现代电力系统分析作业------基于Matpower的电力系统潮流计算
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基于Matpower 的电力系统潮流计算 1.本次潮流计算的目的及意义
本次潮流计算的目的及意义主要是了解电力系统潮流计算及其意义，在此基础上，了解电力系统潮流计算的模型以及常规的潮流计算的方法，掌握并熟练使用电力系统潮流计算软件Matpower 。最后，利用Matpower 计算美国西部电网WSCC 三机九节点系统的静态潮流及最优潮流并给出分析。 2.电力系统潮流计算及其意义
电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的基本电气计算，电力系统潮流计算的任务是根据给定的网络结构及运行条件，求出电网的运行状态，其中包括各母线的电压、各支路的功率分布以及功率损耗等。
潮流计算分为离线计算和在线计算两大类。离线计算可以用于电力系统调度，并确定系统的运行方式；离线计算的结果还可以用于电力系统规划方案的分析以及优化系统的运行状态；此外离线潮流计算可以作为初值，用于配合系统的故障分析以及稳定性分析。在线计算可以用于能量管理系统EMS 中，主要用作静态分析；在线计算结果还可以帮助调度员合理安排系统潮流以及进行系统的安全性分析；此外在线潮流计算还可以帮助优化系统的潮流及运行状态。 3.电力系统潮流计算常规方法 牛顿-拉夫逊法
电力系统潮流计算本质上是多元非线性方程组的求解问题，而求解的方法有很多种。最常见的方法则是牛顿—拉夫逊法、高斯-塞德尔法、快速解耦法及直流潮流法。
牛顿—拉夫逊法能有效地解决非线性方程组，有较好的收敛性；它利用了导纳矩阵的对称性、稀疏性以及节点标号顺序优化的技巧，已经成为电力系统潮流计算的最常用方法。因此，本次潮流计算将重点了解牛顿—拉夫逊法。
牛顿—拉夫逊法实质上就是切线法，是一种逐步线性化的方法。设有非线性方程组
()()()1
2
11
2
2
12,,,0,,,0,,,0n
n
n n f x x x f x x x f
x x x ?
=?
?=?
?
?
?
=??
L L L L L (1.1)
其近似解为(0)
1x ，(0)2x ，...，(0)n x 。设近似解与精确解分别相差(0)1x ?，(0)2x ?，…，
(0)
n
x ?，则可得到
(0)(0)(0)(0)(0)(0)
11122(0)(0)(0)(0)(0)(0)
21122(0)(0)(0)(0)(0)(0)
1122(,,...,)0(,,...,)0 (,,...,)0n n n n n n n f x x x x x x f x x x x x x f x x x x x x ?
+?+?+?=?+?+?+?=?
??
?+?+?+?=?
M (1.2)
将上式(1.2)中的多元函数在初值附近分别展开成泰勒级数。则可得到
(0)
(0)(0)(0)(0)(0)11111
2
1212000
(0)(0)(0)0(0)(0)22
22121212000(0)(0)(0)012110(,,...,)...0(,,...,)...0 (,,...,)n
n n n n n n n n n f f f f x x x x x x x x x f f f f x x x x x x x x x f f f x x x x x x ???+?+?++?=??????+?+
?++?=?????+?+??M （）（）(0)(0)
2200...0n n n f x x x ??
??
????
?
???
?++?=???
(1.3)
忽略上式(1.3)中(0)1x ?，(0)2x ?，…，(0)
n x ?的二次及以上阶次的各项，整理便可以
得到
1
1
11
20
0(0)(0)(0)
(0)
1121222(0)(0)(0)(0)21221
20
0(0)(0)(0)(121
2
0(,,...,)(,,...,)(,,...,)n n n n n n n n n n n f f f x x x f x x x x f f f f x x x x
x
x x f x x x x f f f x x x ??
??????????
?????????????????=-?????????????????
?????????????
L
L
M M M
L
0)????
??????????
(1.4)
上式(1.4)是对于修正量(0)1x ?，(0)2x ?，…，(0)
n x ?的线性方程组，称为牛顿法的修
正方程式。利用高斯消去法或三角分解法可以求出修正量(0)1x ?，(0)2x ?，…，(0)n x ?。
然后对初始解近似解进行修正
(1)()()(1,2,...,)k k k i i i x x x i n +=+?=， (1.5)
经过k 次迭代即可将上式(1.4)写成如下形式 ()()()(1)
()
()
()k k k k k k +=-?=+?F X J X X
X
X
(1.6)
如此反复的迭代，直至满足收敛判据
{}
()()()
121max (,,...,)k k k i n f x x x ε< (1.7)
或
{}
()2max k i x ε?< (1.8)
将牛顿-拉夫逊法用于潮流计算，要求潮流方程写成形如方程式(1.1)的形式，由于节点电压可以采用不同的坐标表示，牛顿—拉夫逊潮流计算也将相应地采用不同的计算公式。
节点电压用直角坐标表示时的牛顿—拉夫逊潮流计算
采用直角坐标系时，节点电压可表示为
i i i
V e jf =+& (1.9)
导纳矩阵元素表示为
ij ij ij Y G jB =+ (1.10)
则可得到节点相应的有功功率和无功功率为
()()()()1111n
n
i i ij j ij j i ij j ij j j j n n
i i ij j ij j i ij j ij j j j P e G e B f f G f B e Q f G e B f e G f B e ====?=-++?
?
??
=--+??
∑∑∑∑ (1.11)
假定系统中的第1，2，…，m 号节点为PQ 节点；假定系统中的第m +1，m +2，…，
n -1号节点为PV 节点，第i 个节点的给定功率设为is P 和is Q ，对节点可列写如下方程
()()()()()11
11222201,2,...,1
01,2,...,=0 n n i is i is i ij j ij j i ij j ij j j j n n i is i is i ij j ij j i ij j ij j j j i
is i i P P P P e G e B f f G f B e i n Q Q Q Q f G e B f e G f B e i m V V e f ====?=-=--++==-?=-=---+==?=-+∑∑∑∑，， 1,...,1
i m n ?
??
??
??
?=+-???
， (1.12)
由于第n 号节点为平衡节点，其电压n n n
V e jf =+&是给定的，故不参加迭代。 式(1.12)总共包含了2(n-1)个变量，而由(1.9)可知，待求的变量也是2(n-1)个。还注意到(1.12)已经具备了方程组(1.1)的形式。因此即可得到如下的修正方程式 ?=-?W J V (1.13) 式(1.13)中
而J 则为雅克比矩阵。 有了这些，即可按照上面的牛顿—拉夫逊法计算电力系统的潮流。由于极坐标下的牛顿—拉夫逊潮流计算的推导过程与上类似，这里就不在详尽介绍。 牛顿—拉夫逊法潮流计算程序框图
牛顿—拉夫逊法潮流计算程序框图如下图所示。
图 3-1牛顿—拉夫逊法潮流计算程序框图
4.选用的潮流计算的系统
本次选用的潮流计算系统为美国西部电网WSCC 三机九节点系统。该系统比较经典，经常被业内人士用来作为分析的典型例子。其接线图如下图所示
图 4-1三机九节点系统连接图
统的基准值和频率取为：
系统中设备和线路的参数如表1~4所示：
5.利用软件matpower
matpower简介
Matpower更准确地讲，应该是matlab中的一个工具箱，而不是一个独立的软件。它是由卡奈尔大学电气学院电力系统工程研究中心的RAY ，CARLOS 和甘德强在ROBERT THOMAS的指导下开发出来的。最初的基于MATLAB的电力潮流和最优潮流代码是为POWERWEB项目的需要而编写的。
Matpower是一个基于matlab m文件的组建包，用来解决电力潮流和优化潮流的问题。它致力于为研究人员和教育从业者提供一种易于使用和可更新的仿真工具。Matpower的设计理念是用尽可能简单、易懂，可更新的代码来实现最优秀的功能。基态潮流计算
基态潮流计算条件说明及数据输入
本次潮流计算时选取Bus1为平衡节点，Bus2，Bus3为PV节点，其余的节点为PQ节点；取发电机G2、G3的输出有功功率为其额定功率，则依据matpower用户手册即可输入以下数据（数据说明见注释）：
function [baseMVA,bus,gen,branch,areas,gencost] = case9hbyq
%定义case9hbyq为一个含变压器的三机九节点电力系统的潮流算例
version ='2';
%定义系统的基值为100MVA
baseMVA = 100;
%bus_i type Pd Qd Gs Bs area Vm Va baseKV zone Vmax Vmin
%%母线参数，定义母线的序号、节点类型(PV、PQ、Swing节点)、注入的有功/无功、分区、%%母线电压标幺值、基值、相角、电压标幺值的上下限等
bus = [
1 3 0 0 0 0
2 1 0 1 ;
2 2 0 0 0 0 1 1 0 18 1 ;
3 2 0 0 0 0 1 1 0 1 ;
4 1 0 0 0 0 2 1 0 230 1 ;
5 1 90 30 0 0 2 1 0 230 1 ;
6 1 0 0 0 0 1 1 0 230 1 ;
7 1 100 35 0 0 1 1 0 230 1 ;
8 1 0 0 0 0 1 1 0 230 1 ;
9 1 125 50 0 0 2 1 0 230 1 ;
];
%bus Pg Qg Qmax Qmin Vg mBase status Pmax Pmin Pc1 Pc2 Qc1min
%Qc1max Qc2min Qc2max ramp_agc ramp_10 ramp_30 ramp_q apf
%% 电机参数，定义电机的有功无功出力，无功输出上下限、端口电压标幺值、电机基值等gen = [
1 0 0 300 300 1 100 1 250 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
2 0 300 300 1 100 1 300 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
3 0 300 300 1 100 1 270 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
];
%% 线路参数，定义两母线之间线路的阻抗和导纳值等
%branch data
%fbus tbus r x b rateA rateB rateC ratio angle status angmin angmax branch = [
1 4 0 0 250 250 250 1 0 1 -360 360;
4 5 250 250 250 0 0 1 -360 360;
5 6 150 150 150 0 0 1 -360 360;
3 6 0 0 300 300 300 1 0 1 -360 360;
6 7 150 150 150 0 0 1 -360 360;
7 8 250 250 250 0 0 1 -360 360;
8 2 0 0 250 250 250 1 0 1 -360 360;
8 9 250 250 250 0 0 1 -360 360;
9 4 250 250 250 0 0 1 -360 360;
];
%%----- OPF Data -----%%
%% area data
% area refbus
areas = [
1 5;
];
%%最优潮流计算所需的条件
%% generator cost data
% 1 startup shutdown n x1 y1 ... xn yn
% 2 startup shutdown n c(n-1) ... c0
gencost = [
2 1500 0
3 5 150;
2 2000 0
3 600;
2 3000 0
3 1 335;
];
潮流计算结果 将上述数据输入到文件中保存并运行后，在命令行窗口中输入runpf('case9hbyq')指令即可得到基态潮流计算的结果。实际仿真结果见附录一。
表5-1 母线的潮流计算结果
表5-2 线路的潮流计算结果
由基态潮流计算结果可以得到，该三机九节点系统的潮流计算采用的是牛顿-拉夫逊算法，总共迭代了4次、共计秒就收敛了，且各母线电压水平及有功无功功率在约束条件内。
其次，可知发电机总共发出的功率为(321.08j41.31)G G P jQ MVA +=+，而负荷总
共消耗了315.00115.0(0)L L j VA P M jQ +=+。显然,G L G L P P Q Q ≠≠。
造成有功功率不等的主要原因是输电线路存在电阻，部分有功消耗在了输电线路上，由潮流计算结果可得知(315 6.08)321.08G L loss P P P MW MW =+=+=；三台发电机的有功输出分别为、和。三台发电机之所以有这样的有功输出，是因为的前提假设是与发电机1相连的母线为平衡节点，与发电机2、3相连的节点为PV 节点，
这意味着发电机节点的有功出力可变，而发电机2和3的有功出力不变。在给定初始数据时，已经假定发电机2和3按照额定的有功功率出力和，由有功功率平衡可知，此时的发电机1的有功出力只能为。
造成无功功率不等的主要原因是变压器和输电线路会产生或消耗部分无功功率。由基态潮流计算结果很容易验证发电机发出的无功功率加上输电线电纳产生的无功功率之和与线路上消耗的无功功率加上负荷消耗的无功功率之和。
当然，改变初始条件，如发电机出力及部分母线电压时，所算出的潮流会和此种情况有所不同，但是它们都有相同规律，那就是系统的有功功率和无功功率要平衡，且满足极限运行条件。 最优潮流计算 在运用matpower 计算本次潮流计算之前，首先要清楚什么是最优潮流。这里所谓的最优潮流的指标就是电力系统的经济运行，即在满足极限运行条件下，电力系统用最少的成本，发出能满足负荷需求的功率。
假定有n 个火电厂，其燃料消耗特性分别为1122(),(),,(),G G n Gn F P F P F P ???系统的总
负荷为LD P ，暂不考虑网络中的功率损耗，假定各个发电厂的输出功率不受限制，则系统负荷在n 个发电厂间的经济分配问题可以表示为：在满足下式(5.1)
1
0n
Gi
LD i P
P =-=∑ (3.1)
的条件下，使目标函数
1()n
i Gi i F F P ==∑ (3.2)
为最小。 这是多元函数求条件极值的问题。由拉格朗日乘数法可知，当其满足以下(5.3)条件时，在发出满足负荷功率需求的条件下，所消耗的燃料最少，即经济性最好。
(1,2,...,)i
Gi
dF i n dP λ== (3.3) 当然，任一发电厂的有功功率和无功功率都不应该超出它的上、下限，各节点电压也必须维持在其允许的变化范围内，及
min max min max min
max
max 1,2,...,1,2,...,1,2,...,Gi Gi Gi Gi Gi Gi i i i i j i j
P P P i n Q
Q Q i n
V V V i n
δδδδ≤≤=??≤≤=??≤≤=??-<-?
，，， (3.4) 最优潮流计算条件说明及数据输入
和基态潮流计算一样，最优潮流计算时依旧选取Bus1为平衡节点，Bus2，Bus3为PV 节点，其余的节点为PQ 节点；取发电机G2、G3的输出有功功率为其额定功率。需要在此说明的是generator cost data 是最优潮流计算的必须条件。 最优潮流的理论结果
由中输入的数据可得到三机九节点系统中三台发电机123,,G G G 的燃料特性分别为
21112
22223330.1151500.085 1.26000.1225335G G G G G G F P P F P P F P P ?=++?=++??=++?
(3.5) 其中有
123315G G G P P P MW ++≈
(3.6)
结合(3.3)、(3.5)与(3.6)即可求得
12386.564,134.377,94.057G G G P MW P MW P MW === (3.7)
最优潮流仿真计算结果 在Matpower 中，有专门的函数计算系统的最优潮流。在命令行窗口中输入runopf('case9hbyq')指令即可得到基态潮流计算的结果。实际仿真结果见附录二。
除了可以得到与基态潮流计算结果类似的分析外，还可以得到以下分析结果。
线路损耗明显比基态潮流计算结果的小。
由最优潮流计算结果可以得到，三台发电机的有功功率输出分别为、和，与理论计算结果(3.7)比较接近。之所以会有些差别是因为输电线路存在电阻，而电阻上会消耗有功功率，因此实际功率平衡条件(3.6)并没有得到充分的满足。因此，理论计算结果和实际计算结果接近，但并不完全一致。但这并不意味着理论计算结果毫无意义，当用软件计算电力系最优统潮流时，完全可以利用理论上的结果来判断潮流计算的结果是否合理或正确。
6.感想与小结
本次潮流计算让我收获颇多，我不仅学会了利用matpower计算电力系统潮流和最优潮流的方法，还懂得了与人多交流的重要性，更领悟到了一种学术研究的方式。
通过本次潮流计算，我了解到了电力系统潮流计算及其意义，在此基础上，了解电力系统潮流计算的模型以及常规的潮流计算的方法，掌握并熟练使用电力系统潮流计算软件Matpower。最后，利用Matpower计算美国西部电网WSCC三机九节点系统的静态潮流及最优潮流并给出分析。达到了本次潮流计算的最初目的。
除此之外，我还懂得了与人交流的重要性。在本次潮流计算之前，我完全不知道该如何使用matpower，因此不得不慢慢地详读matpower手册。然而手册上的某些参数的说明并不完善，且无例子可参靠，因此学习进程相当缓慢。后来在一次和师兄师姐的聊天中，知道了他们用过matpower，于是便向他们请教，最终解决了疑问，快速地完成了潮流计算。从这次潮流计算中，我学会了与人交流，与人分享，交流和分享将会推动集体的进步，会让自己受益颇多。
最后，我还领悟到了一种学术研究的方式。在开始做潮流计算之前，我便有个疑问，我们为什么要做潮流计算？潮流计算该如何算？因此，围绕这个问题，我又开始了自己的思考，并小有所获。这种收获在我的报告中有所体现，我的报告的书写逻辑很明确，首先介绍什么是潮流计算，潮流计算有何意义，常用的计算方法有哪些，最后才过渡到利用matpower计算电力系统的潮流这一块。这意味着在干一件事之前，我们首先要搞清楚做这件事有何意义，因为做一件没有意义的事情只会浪费我们的时间。对于一个课题，我们认识到它是一个问题甚至比我们该如何去做更重要。
总而言之，我将好好利用这一次的收获，帮助我在未来科研的道路上越走越远，越走越顺。
参考文献
[1] 何仰赞, 温增银. 电力系统分析:上册[M].华中科技大学出版社,2002.
[2] 丁晓莺, 王锡凡. 最优潮流在电力市场环境下最新发展[J].电力系统自动化,2002,26(13):1-7.
[3]徐恒娇, 王洪诚, 胡江航,等. 基于Matpower的潮流计算方法[J]. 物联网技术, 2013, 3(1):
43-45.
[4]肖宇, 董珉. 应用Matlab 计算电力系统的最优潮流[J]. 机械工程与自动化, 2006 (4): 60-62. 附录一、基态潮流计算文件
>> runpf('case9hbyq')
MATPOWER Version , 14-Dec-2011 -- AC Power Flow (Newton)
Newton's method power flow converged in 4 iterations.
Converged in seconds
===============================================================================
| System Summary |
=============================================================================== How many How much P (MW) Q (MVAr)
--------------------- ------------------- ------------- -----------------
Buses 9 Total Gen Capacity to
Generators 3 On-line Capacity to
Committed Gens 3 Generation (actual)
Loads 3 Load
Fixed 3 Fixed
Dispatchable 0 Dispatchable of
Shunts 0 Shunt (inj)
Branches 9 Losses (I^2 * Z)
Transformers 3 Branch Charging (inj) -
Inter-ties 2 Total Inter-tie Flow
Areas 2
Minimum Maximum
------------------------- --------------------------------
Voltage Magnitude . @ bus 9 . @ bus 6
Voltage Angle deg @ bus 9 deg @ bus 2
P Losses (I^2*R) - MW @ line 8-9
Q Losses (I^2*X) - MVAr @ line 8-2
=============================================================================== | Bus Data | Bus Voltage Generation Load
# Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr)
----- ------- -------- -------- -------- -------- --------
1 * - -
2 - -
3 - -
4 - - - -
5 - -
6 - - - -
7 - -
8 - - - -
9 - -
-------- -------- -------- --------
Total:
=============================================================================== | Branch Data | =============================================================================== Brnch From To From Bus Injection To Bus Injection Loss (I^2 * Z)
# Bus Bus P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) ----- ----- ----- -------- -------- -------- -------- -------- --------
1 1 4
2 4 5
3 5 6
4 3 6
5 6 7
6 7 8
7 8 2
8 8 9
9 9 4
-------- --------
Total:
附录二、最优潮流计算文件
>> runopf('case9hbyq')
MATPOWER Version , 14-Dec-2011 -- AC Optimal Power Flow
MATLAB Interior Point Solver -- MIPS, Version , 07-Feb-2011
Converged!
Converged in seconds
Objective Function Value = $/hr
================================================================================ | System Summary | ================================================================================ How many How much P (MW) Q (MVAr)
--------------------- ------------------- ------------- -----------------
Buses 9 Total Gen Capacity to
Generators 3 On-line Capacity to
Committed Gens 3 Generation (actual)
Loads 3 Load
Fixed 3 Fixed
Dispatchable 0 Dispatchable of
Shunts 0 Shunt (inj)
Branches 9 Losses (I^2 * Z)
Transformers 3 Branch Charging (inj) -
Inter-ties 2 Total Inter-tie Flow
Areas 2
Minimum Maximum
------------------------- --------------------------------
Voltage Magnitude . @ bus 9 . @ bus 8
Voltage Angle deg @ bus 9 deg @ bus 2
P Losses (I^2*R) - M @ line 8-9
Q Losses (I^2*X) - MVAr @ line 8-2
Lambda P $/MWh @ bus 2 $/MWh @ bus 9
Lambda Q $/MWh @ bus 3 $/MWh @ bus 9
================================================================================ | Bus Data | ================================================================================ Bus Voltage Generation Load Lambda($/MVA-hr)
# Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) P Q
----- ------- -------- -------- -------- -------- -------- ------- -------
1 * - - -
2 - - -
3 - - -
4 - - - -
5 - -
6 - - - - -
7 - -
8 - - - - -
9 - -
Total:
================================================================================ | Branch Data | ================================================================================ Brnch From To From Bus Injection To Bus Injection Loss (I^2 * Z)
# Bus Bus P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) ----- ----- ----- -------- -------- -------- -------- -------- --------
1 1 4
2 4 5
3 5 6
4 3 6
5 6 7
6 7 8
7 8 2
8 8 9
9 9 4
-------- --------
Total:
================================================================================ | Voltage Constraints |
================================================================================ Bus # Vmin mu Vmin |V| Vmax Vmax mu
----- -------- ----- ----- ----- --------
1 -
6 -
8 -
电力系统潮流计算综述 学院：电气工程学院 专业：电力系统及其自动化 学号：s 姓名：张雪
摘要 电力系统潮流计算是电力系统分析中最基本的一项计算。本文对电力系统潮流计算进行了综述。首先简单回顾了潮流计算的发展历史，对当前基于计算机的各种潮流算法的原理及其优缺点，作了简要介绍和比较，并介绍了它们采用的一些特别技术及程序设计技巧；接着简要分析了三种新型的潮流计算方法的计算原理及优缺点，它们分别是基于人工智能的潮流计算方法、基于L1范数和现代内点理论的电力系统潮流计算方法、基于符号分析的潮流计算方法等。除此之外还介绍了配电系统潮流计算算法。 关键词：电力系统；潮流计算；综述；新型潮流计算方法；配电系统 1 概述 电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行的一项基本运算。它根据给定系统的网络结构及运行条件来确定整个系统的运行状态：主要是各节点电压(幅值和相角)，网络中功率分布及功率损耗等。它既是对电力系统规划设计和运行方式的合理性、可靠性及经济性进行定量分析的依据，又是电力系统静态和暂态稳定计算的基础。潮流计算经历了一个由手工，利用交、直流计算台到应用数字电子计算机的发展过程。现在的潮流算法都以计算机的应用为前提。1956年ward 等人编制成实用的计算机潮流计算程序，标志着电子计算机开始在电力系统潮流计算中应用。基于导纳矩阵的高斯—塞德尔法是电力系统中最早得到应用的潮流计算方法。因它对病态条件(所谓具有病态条件的系统是指：重负荷系统；包含有负电抗支路的系统；具有较长辐射型线路的系统；长线路与短线路接在同一节点，且其长度比值又很大的系统；或平衡节点位于网络远端的系统)特别敏感，又发展了基于阻抗阵的高斯—塞德尔法，但此法中阻抗阵是满阵占大量内存，而限制了其应用。1961年VanNes等人提出用牛顿法求解系统潮流问题，经后人的不断改进，而得到广泛应用并出现了多种变型以满足不同的需要，如快速解耦法、直流法、保留非线性算法等。同时，60年代初开始出现运用非线性规划的最优潮流算法。60年代末Dom-8mel和Tinney提出最优潮流的简化梯度法，70年代有人提出海森矩阵法，80年代SunDl提出最优潮流牛顿算法，还可把解耦技术应用于最优潮流,从而形成解耦型最优潮流牛顿算法，还可把解祸技术应用于最优潮流，从而形成解耦型最优潮流牛顿算法。随着直流输电技术的发展，交直流联合电力系统的潮流计算方法相应出现。另外，其它各种潮流算法如最小化潮流算法、随机潮流算法等也不断涌现。至于用于特殊用途的潮流算法如谐波潮流、适于低压配电网的潮流算法也得到了较快的发展。 潮流算法多种多样，但一般要满足四个基本要求：(i)可靠收敛；(ii)计算速度
作业 1、什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？ 答：把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体成为电力系统。 电力系统加上发电厂的动力部分就称为动力系统。 电力系统中输送和分配电能的部分就称为电力网 当输送的功率和距离一定时，线路的电压越高，线路中的电流就越小，所用导线的截面积可以减小，用于导线的投资也越小，同时线路中的功率损耗。电能损耗也相应减少。 2、为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？ 答：为了使电力设备生产实现标准化和系列化，方便运行、维修，各种电力设备都规定额定电压。 电力系统的额定电压和用电设备的额定电压相等。 发电机的额定电压比网络的额定电压高5%。 变压器一次绕组和额定电压与网络额定电压相等，但直接与发电 机连接时，其额定电压等于发电机额定电压。变压器二次绕组的额定
电压定义为空载时的额定电压，满载时二次绕组电压应比网络额定电 压咼10%。 3、我国电网的电压等级有哪些? 答：0 . 22kv 、0 . 38kv 、3kv 、6kv 、10kv 、 3 5kv 、11 v 、 220kv 、 330kv 、 500kv 、7 5 0kv 、10 kv 答：：10 . 5kv 、121kv 、 2 4 2 kv kv 、 2 1kv 、 kv 、 .6kv 、38 . 5 kv v 、1 kv v 、4 0 kv 4、标出图 电力系统中各元件的额定电压。 1-7 E1-7
0 kv、.5kv kv、6 v、40 .5kv、400kv 作业二 1、一条110kV、的单回输电线路，导线型号为LGJ-150，水平排列，其线间距离为，导线的计算外径为，求输电线路在的参数，并画出等值电路。 对LGJ-150型号导线经查表得，直径d=。 于是有：半径r=17/2=， 单位XX的电阻: r i =「40 =「20 -20)]= 0.21* [1+0.0036(40-20)]= 0.225(0/km) 单位XX的电抗为 D 5040 捲=0.14451 Ig 4 +0.0157 = 0.14451 Ig + 0.0157 = 0.416( O / km ) r 8.5 单位XX的电纳为
一、解释下列名词和术语 1、能量管理系统：EMS主要包括SCADA系统和高级应用软件。高级应用软件从发电和输配电的角度来分，发电部分包括AGC等，输配电部分包括潮流计算、状态估计、安全分析及无功优化。其功能是根据电力系统的各种两侧信息，估计出电力系统当前的运行状态。 2、支路潮流状态估计：进行状态估计所需的原始信息只取支路潮流量测量，而不用节点量。在计算推导过程中，将支路功率转变成支路两端电压差的量，最后得到与基本加权最小二乘法类似的迭代修正公式。 3、不良数据：误差特别大的数据。由于种种原因（如系统维护不及时等），电力系统的遥测结果可能远离其真值，其遥信结果也可能有错误，这些量测称为坏数据或不良数据； 4、状态估计：利用实时量测系统的冗余度提高系统的运行能力，自动排除随机干扰引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态。 5、冗余度：全系统独立量测量与状态量数目之比，一般为1.5-3.0 6、最小二乘法：以量测值z和测量估计值之差的平方和最小为目标准则的估计方法。 7、静态等值：在一定稳态条件下，内部系统保持不变，而把外部系统用简化网络来代替，这种与潮流计算，静态安全分析有关的简化等值方法就是电力系统的静态等值； 8、静态安全分析：电力系统的静态安全分析只考虑事故后系统重新进入新稳定运行情况的安全性，而不考虑从当前运行状态向事故后新稳定运行状态转变的暂态过程，其主要内容包括预想事故评定、自动事故选择以及预防控制。 9、预想事故自动筛选：静态安全分析中，先用简化潮流计算方法对预想事故集中的每一个事故进行近似计算，剔除明显不会引起安全问题的预想事故，且按事故的严重性进行排序，组成预想事故一览表，然后用更精确的潮流算法对表中的事故依次进行分析 10、电力系统安全稳定控制的目的：实现正常运行情况和偶然事故情况下都能保证电网各运行参数均在允许范围内，安全、可靠的向用户供给质量合格的电能。也就是说，电力系统运行是必须满足两个约束条件：等式约束条件和不等式约束条件。 11、小扰动稳定性/静态稳定性：如果对于某个静态运行条件，系统是静态稳定的，那么当受到任何扰动后，系统达到一个与发生扰动前相同或接近的运行状态。这种稳定性即称为小扰动稳定性。也可以称为静态稳定性。 12、暂态稳定性/大扰动稳定性：如果对于某个静态运行条件及某种干扰，系统是暂态稳定的，那么当经历这个扰动后系统可以达到一个可以接受的正常的稳态运行状态。 13、动态稳定性：指电力系统受到小的或大的扰动后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。 14、极限切除角：保持暂态稳定前提下最大运行切除角，即最大可能的减速面积与加速面积大小相等的稳定极限情况下的切除角。 15 常规潮流计算的任务：根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，如各母线电压，网络中的功率分布以及功率损耗。 16 静态特性：在潮流计算时计及电压变化对各节点负荷的影响。
电力系统稳定与控制小作业 学院：电气与电子工程学院 年级：2014级研究生 专业：电气工程 姓名：罗慧 学号：20140208080008 指导老师：罗杰
1. 为什么要进行派克变换？简述派克变换的物理含义？ 答：派克变换的原因有：(1) 转子的旋转使定、转子绕组间产生相对运动，致使定、转子绕组间的互感系数发生相应的周期性变化。 (2) 转子在磁路上只是分别对于d轴和q轴对称而不是任意对称的，转子的旋转也导致定子各绕组的自感和互感的周期性变化。 ①变换后的电感系数都变为常数，可以假想dd绕组，qq绕组是固定在转子上的，相对转子静止。 ②派克变换阵对定子自感矩阵起到了对角化的作用，并消去了其中的角度变量。Ld,Lq,L0 为其特征根。 ③变换后定子和转子间的互感系数不对称，这是由于派克变换的矩阵不是正交矩阵。 ④Ld为直轴同步电感系数，其值相当于当励磁绕组开路，定子合成磁势产生单纯直轴磁场时，任意一相定子绕组的自感系数。物理意义上理解，它将观察者的角度从静止的定子绕组转移到随转子一同旋转的转子上，从而使得定子绕组自、互感，定、转子绕组间互感变成常数，大大简化了同步电机的原始方程。 派克变换的物理意义：将a、b、c三相静止的绕组通过坐标变换等效为d轴dd绕组、q轴qq绕组，与转子一同旋转 2.派克方程具有怎样的特点？ 答：派克方程它具有的特点是，派克方程是将三相电流 i、b i、c i a 变换成了等效的两相电流 i和q i，0dq i=P abc i。如果定子绕组内存在三 d 相不对称的电流，只要是一个平衡的三相系统，即满足
a i + b i + c i =0 当定子三相电流中存在不平衡系统时，即a i +b i +c i ≠0，此时三相电流时三个独立的变量，仅用两个新变量不足以代表原来的三个变量。 这时可以找出a i ='a i +0i ，b i =0'i i b +，0'i i i c c +=的关系，使0'''=++c b a i i i 。0i 为 零轴分量，其值为)(3/10c b a i i i i ++=。三相系统中的对称倍频交流和直流经过派克变换后，所得的d 轴和q 轴分量是基频电流，三相系统的对称基频交流则转化为dq 轴分量中的直流。 3. 为什么要引入暂态电势q E '和暂态电抗d X '，它们具有怎样的物理含义？ 答：我们引入暂态电动势'q E 和暂态电抗' d x 是为了暂态分析方便。暂态电动势' q E 在发电机运行状态突变瞬间数值保持不变，可以把突变前后的状态联系起来。 其的物理意义为：暂态电动势' q E 可看成无阻尼绕组发电机暂态过程中虚构的气隙电动势，暂态电抗' d x 是无阻尼绕组发电机在暂态开始瞬间的定子纵轴漏抗。 4. 试比较同步发电机各电动势（Q q q q d E E E E E '''''、、、、）、各电抗 （d q d d q X X X X X '''''、、、、）的大小？ 答： ' "" '"" d q d q d q Q q q d x x x x x E E E E E > >>>>>>> 5. 无阻尼绕组同步发电机端突然三相短路时定子、转子、等效绕组（d-d 、q-q ）中会出现哪些自由分量的电流？分别以什么时间常数衰减？ 答：他们会出现的自由分量电流有：基频交流分量（含强制分量和自
自测题（一）一电力系统的基本知识 一、单项选择题（下面每个小题的四个选项中，只有一个是正确的，请你在答题区填入正确答案的序号，每小题 2.5分，共50分） 1、对电力系统的基本要求是（）。 A、保证对用户的供电可靠性和电能质量，提高电力系统运行的经济性，减少对环境的不良影响； B、保证对用户的供电可靠性和电能质量； C、保证对用户的供电可靠性，提高系统运行的经济性； D保证对用户的供电可靠性。 2、停电有可能导致人员伤亡或主要生产设备损坏的用户的用电设备属于（）。 A、一级负荷； B、二级负荷； C、三级负荷； D、特级负荷（ 3、对于供电可靠性，下述说法中正确的是（）。 A、所有负荷都应当做到在任何情况下不中断供电； B、一级和二级负荷应当在任何情况下不中断供电； C、除一级负荷不允许中断供电外，其它负荷随时可以中断供电； D—级负荷在任何情况下都不允许中断供电、二级负荷应尽可 能不停电、三级负荷可以根据系统运行情况随时停电。 4、衡量电能质量的技术指标是（）。 A、电压偏移、频率偏移、网损率； B ［、电压偏移、频率偏移、电压畸变率； C、厂用电率、燃料消耗率、网损率； D、厂用电率、网损率、
电压畸变率 5、用于电能远距离输送的线路称为（）。 A、配电线路； B、直配线路； C、输电线路； D、输配 电线路。 6、关于变压器，下述说法中错误的是（） A、对电压进行变化，升高电压满足大容量远距离输电的需要，降低电压满足用电的需求； B、变压器不仅可以对电压大小进行变换，也可以对功率大小进行变换； C、当变压器原边绕组与发电机直接相连时（发电厂升压变压器的低压绕组），变压器原边绕组的额定电压应与发电机额定电压相同； D变压器的副边绕组额定电压一般应为用电设备额定电压的 1.1倍。 7、衡量电力系统运行经济性的主要指标是（）。 A、燃料消耗率、厂用电率、网损率； B 、燃料消耗率、建 设投资、网损率； C、网损率、建设投资、电压畸变率； D 、网损率、占地面积、建设投资。 8关于联合电力系统，下述说法中错误的是（）。 A、联合电力系统可以更好地合理利用能源; B、在满足负荷要求的情况下，联合电力系统的装机容量可以减 少;
工程硕士研究生2014年《现代电力系统分析》复习提纲 2014.6 一、 简述节点导纳矩阵自导纳及互导纳的物理意义；试形成如图电路的节点导纳矩阵和节点阻抗矩阵。 答：节点导纳的阶数等于网络的节点数，矩阵的对角元素即自导纳等于与该节点连接的所有支路的导纳之和，非对角元素即互导纳则为连接两点支路导纳的负值。（李）在电力网络中，若仅对节点i 施加单位电压，网络的其它节点接地时，节点i 对网络的注入电流值称为节点i 的自导纳；此时其它节点j 向网络的注入电流值，称为节点j 对节点i 的互导纳。 节点导纳矩阵为：在电力网络中，若仅对节点i 施加单位电压，网络的其它节点接地即U =0时，节点i 对网络的注入 电流值称为节点i 的自导纳；此时其它节点j 向网络的注入电流值，称为节点j 对节点i 的互导纳。 ???? ????? ??????? ????? ?----- ++-- =j j jk jk j jk jk j j j j j Y 10 2 10011021 1121110011 2 ；李 ????? ?? ? ???? ? ???---=105.00 01.111.1105.01.115.2100 112j j j j j j j j j j Y 节点阻抗矩阵为：在电力网络中，若仅对节点i 施加单位电电流。 ????????????=22222544244424452 k k k k k k k j Z ；李????????????=22.222 2.205.64.44.424.44424.445j j j j j j j j j j j j j j j j Z 二、 写出下图所示变压器电路的П型等效电路及物理意义。 1：k 答：1、物理意义： ①无功补偿实现开降压；②串联谐振电路；③理想电路（r<0）。 2、П型等效电路： ??????+--+=??????201212 1212 1022211211Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y ，令U1=1时，点2接地U2=0 图一 Y 10 Y 20 Y 12
1.什么是潮流计算？潮流计算的主要作用有哪些？ 潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。 对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置整定计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。 2.潮流计算有哪些待求量、已知量？ （已知量： 电力系统网络结构、参数； 决定系统运行状态的边界条件 待求量：系统稳态运行状态 例如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等）通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。 待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。 3.潮流计算节点分成哪几类？分类根据是什么？ （分成三类：PQ节点、PV节点和平衡节点，分类依据是给定变量的不同） PV节点（电压控制母线）：有功功率Pi和电压幅值Ui为给定。这种类型节点相当于发电机母线节点，或者相当于一个装有调相机或静止补偿器的变电所母线。 PQ节点：注入有功功率Pi和无功功率Qi是给定的。相当于实际电力系统中的一个负荷节点，或有功和无功功率给定的发电机母线。 平衡节点：用来平衡全电网的功率。平衡节点的电压幅值Ui和相角δi是给定的，通常以它的相角为参考点，即取其电压相角为零。 一个独立的电力网中只设一个平衡节点。 4.教材牛顿-拉夫逊法及有功-无功分解法是基于何种电路方程？可否采用其它类型方程？ 基于节点电压方程，还可以采用回路电流方程和割集电压方程等。但是后两者不常用。
练习二：单项选择题 1、通过10输电线接入系统的发电机的额定电压是（）。 A 10 B 10.5 C11 （答案：B） 2、根据用户对（）的不同要求，目前我国将负荷分为三级。 A 供电电压等级 B 供电经济性 C供电可靠性 （答案：C） 3、为了适应电力系统运行调节的需要，通常在变压器的（）上设计制造了分接抽头。 A 高压绕组 B中压绕组 C低压绕组 （答案：A） 4、采用分裂导线可（）输电线电抗。 A 增大 B 减小 C保持不变 （答案：B） 5、在有名单位制中，功率的表达式为( ) A 1.732×V×I B ×I C 3×V×I （答案：A） 6、电力系统的中性点是指( ) A变压器的中性点 B星形接线变压器的中性点 C发电机的中性点 D B和C （答案：D）
7、我国电力系统的额定电压等级为( ) A 3、6、10、35、110、220() B 3、6、10、35、66、110、220() C 3、6、10、110、220、330() D 3、6、10、35、60、110、220、330、500() （答案：D） 8、计算短路后任意时刻短路电流周期分量时，需要用到（）。 A.互阻抗 B.转移阻抗 C.计算电抗 （答案：C） 9、冲击电流是短路电流（）。 A.最大瞬时值 B.最小瞬时值 C.有效值 （答案：A） 10、短路电流周期分量的标么值与（）有关。 A.转移电抗和短路时间 B.计算电抗和短路点距离 C.计算电抗和短路时间 （答案：C） 11、在系统发生短路时，异步电动机（）向系统提供短路电流。 A.绝对不 B.一直 C.有时 （答案：C） 12、对于静止元件来说，其（）。 A 正序电抗＝负序电抗 B正序电抗＝零序电抗 C负序电抗＝零序电抗 （答案：A） 13、有架空地线的输电线的零序电抗（）无架空地线的输电线的零序电抗。
2019国家电网校园招聘题库参考—现代电力系统分析 2019国家电网校园招聘尚未开始，预计将于2018年11月份开始招聘，每年招聘两批，总人数超过两万人。今天中公电网小编给大家整理一下备考2019国家电网笔试的试题资料，帮助大家备考。 1、电力系统暂态稳定分析用的逐步积分法是( ) A、时域仿真法 B、直接法 C、频域法 D、暂态能量函数法 2、( )是一个多约束的非线性方程组问题，采用牛顿法和基于线性规划原理处理函数不等式约束的方法。 A、状态估计 B、网络拓扑 C、最优潮流 D、静态安全分析 3、电力系统( )就是利用实时量测系统的冗余性，应用估计算法来检测和剔除坏数据。其作用是提高数据精度及保持数据的前后一致性，为网络提供可信的实时潮流数据。 A、网络拓扑 B、状态估计 C、静态安全分析 D、调度员潮流
4、稳定计算的数学模型是一组( )方程 A、代数 B、微分 C、长微分 D、其它三个选项都不是 5、离线计算主要应用范围( ) A、规划设计 B、运行方式分析 C、为暂态分析提供基础数据 D、安全监控 6、柔性交流输电可实现的功能是( ) A、控制潮流 B、远程调用 C、增加电网安全稳定性 D、提高电网输送容量 7、电力系统潮流计算出现病态的条件是( ) A、线路重载 B、负电抗支路 C、较长的辐射形线路 D、线路节点存在高抗 8、最优潮流常见目标函数( )
A、总费用 B、有功网损 C、控制设备调节量最小 D、投资及年运行费用之和最小 E、偏移量最小 9、静态不安全的判断准则( ) A、频率失稳 B、电压失稳 C、电压越限 D、发电机不能同步运行 10、属于分布式发电的有( ) A、建筑一体化光伏 B、大型风电厂 C、小型光伏 D、小型风电厂 11、微电网的常态运行方式有( ) A、独立运行模式 B、正常运行模式 C、联网运行模式 D、不正常运行
第三章 电力系统的潮流计算 3-1 电力系统潮流计算就是对给定的系统运行条件确定系统的运行状态。系 统运行条件是指发电机组发出的有功功率和无功功率（或极端电压），负荷的有 功功率和无功功率等。运行状态是指系统中所有母线（或称节点）电压的幅值和 相位，所有线路的功率分布和功率损耗等。 3-2 电压降落是指元件首末端两点电压的相量差。 电压损耗是两点间电压绝对值之差。当两点电压之间的相角差不大时， 可以近似地认为电压损耗等于电压降落的纵分量。 电压偏移是指网络中某点的实际电压同网络该处的额定电压之差。电压 偏移可以用kV 表示，也可以用额定电压的百分数表示。 电压偏移= %100?-N N V V V 功率损耗包括电流通过元件的电阻和等值电抗时产生的功率损耗和电压 施加于元件的对地等值导纳时产生的损耗。 输电效率是是线路末端输出的有功功率2P 与线路首端输入的有功功率 1P 之比。 输电效率= %1001 2 ?P P 3-3 网络元件的电压降落可以表示为 ()? ? ? ? ? +=+=-2221V V I jX R V V δ? 式中，?2V ?和? 2V δ分别称为电压降落的纵分量和横分量。 从电压降落的公式可见，不论从元件的哪一端计算，电压降落的纵、横分量计算公式的结构都是一样的，元件两端的电压幅值差主要有电压降落的纵分量决定，电压的相角差则由横分量决定。在高压输电线路中，电抗要远远大于电阻，即R X ??，作为极端的情况，令0=R ，便得 V QX V /=?，V PX V /=δ 上式说明，在纯电抗元件中，电压降落的纵分量是因传送无功功率而产生的，而电压降落的横分量则是因为传送有功功率产生的。换句话说，元件两端存在电压幅值差是传送无功功率的条件，存在电压相角差则是传送有功功率的条件。 3-4 求解已知首端电压和末端功率潮流计算问题的思路是，将该问题转化成 已知同侧电压和功率的潮流计算问题。
(单选题)1: 根据元件约束及拓扑约束建立一组方程，并求满足该组方程的变量解的分析方法称为:（）。 A: 解析法 B: 图解法 C: 网络法 D: 变量法 正确答案: (单选题)2: 高斯消元法是（）直接解决法中最优秀的解法之一。 A: 线性方程 B: 非线性方程 C: 微分方程 D: 积分方程 正确答案: (单选题)3: 反射系数越小，输入阻抗与电源内阻相差越（）。 A: 大 B: 小 C: 先小后大 D: 先大后小 正确答案: (单选题)4: 节点导纳矩阵行和列中元素之和为（）。 A: 0 B: 1 C: 2 D: 3 正确答案: (单选题)5: 任意响应的变换式都是各激励变换式的（）。 A: 线性组合 B: 非线性组合 C: 正弦函数 D: 余弦函数 正确答案: (单选题)6: 对一般大规模的电路来讲，元件的数目是节点数目的（）。 A: 1~2倍 B: 2~4倍 C: 4~6倍 D: 6~8倍 正确答案: (单选题)7: PSpice交流分析中所有参量和变量均为:（）。
A: 正数 B: 负数 C: 实数 D: 复数 正确答案: (单选题)8: 基尔霍夫定律使电路受到（）约束。 A: 时域 B: 频域 C: 拓扑 D: 电流 正确答案: (单选题)9: 当终端开路时，终端反射系数为：（）。 A: 0 B: 1 C: 2 D: 3 正确答案: (单选题)10: 理想运算放大器的频带范围是:（）。 A: 0~∞ B: 0~100 C: 0~1000 D: 0~10000 正确答案: (多选题)11: 开关电容滤波器包含：（）。 A: MOS开关 B: MOS运放 C: 电容 D: 电阻 正确答案: (多选题)12: 在电路分析与设计中，所采用的归一化方法主要是对（）同时归一化。A: 电压 B: 电流 C: 频率 D: 阻抗 正确答案: (多选题)13: 拉普拉斯变换法求解时域解的全过程是:（）。 A: 将一给定的时域方程对应到复变量域的代数方程 B: 求s域解
作业一 1、什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？ 答：把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体成为电力系统。 电力系统加上发电厂的动力部分就称为动力系统。 电力系统中输送和分配电能的部分就称为电力网 当输送的功率和距离一定时，线路的电压越高，线路中的电流就越小，所用导线的截面积可以减小，用于导线的投资也越小，同时线路中的功率损耗。电能损耗也相应减少。 2、为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？答：为了使电力设备生产实现标准化和系列化，方便运行、维修，各种电力设备都规定额定电压。 电力系统的额定电压和用电设备的额定电压相等。 发电机的额定电压比网络的额定电压高５％。 变压器一次绕组和额定电压与网络额定电压相等，但直接与发电机连接时，其额定电压等于发电机额定电压。变压器二次绕组的额定电压定义为空载时的额定电压，满载时二次绕组电压应比网络额定电压高１０％。 3、我国电网的电压等级有哪些？ 答：０.２２ｋｖ、０.３８ｋｖ、３ｋｖ、６ｋｖ、１０ｋｖ、３５ｋｖ、１１０ｋｖ、２２０ｋｖ、３３０ｋｖ、５００ｋｖ、７５０ｋｖ、１０００ｋｖ 4、标出图1-7电力系统中各元件的额定电压。 T：１０.５ｋｖ、１２１ｋｖ、２４２ｋｖ 答： 1 T：２２０ｋｖ、１２１ｋｖ、 2 T：１１０ｋｖ、６.６ｋｖ、３８.５ｋｖ 3 T：３５ｋｖ、１１ｋｖ 4 T：１０ｋｖ、４００ｋｖ 5 T：１１０ｋｖ、３８.５ｋｖ 6
7T ：３５ｋｖ、６６ｋｖ 8T ：６ｋｖ、４００ｋｖ 9T ：１０.５ｋｖ、４００ｋｖ 作业二 1、一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为LGJ-150，水平排列，其线间距离为4m ，导线的计算外径为17mm,求输电线路在40°C 的参数，并画出等值电路。 解： 对LGJ-150型号导线经查表得，直径d=17mm,km 2 mm 5.31Ω=ρ。 于是有：半径r=17/2=8.5mm ，mm m D D D D ca bc ab 504004.5424433m ==???== 单位长度的电阻：2031.5 r 0.21(/)150 km s ρ == =Ω ()()()140201200.21*10.003640200.225/r r r t km α==+-=+-=Ω???????? 单位长度的电抗为 m 15040 0.144510.01570.144510.01570.416(/)8.5 D x lg lg km r =+=+=Ω 单位长度的电纳为 ()66617.587.58b *10*10 2.73*10/5040 lg lg 8.5m S km D r ---= == 集中参数为 ()1r 0.0225*8018R l ===Ω ()1x 0.416*8033.3X l ===Ω ()641b 2.73*10*80 2.18*10B l S --=== ()41.09*102 B S -= 等值电路如图1所示 1833.3j +Ω 4S -
1 第一章 现代电力系统的主要特点， 电网互联的优点及带来的问题， 电力系统的运行状态及运行状态带来的好处。电力系统分析概述。 第二章 电力网络的基本概念 结点电压方程，关联矩阵， 用关联矩阵与支路参数确定结点电压方程，变压器和移向器的等值电路， 节点导纳矩阵， 第三章 常规潮流计算的任务、应用、， 对潮流计算的基本要求， 潮流计算的方法， 电力系统数学表述， 潮流计算问题的最基本方程式 潮流计算的借点类型， 节点功率方程及其表示形式， 潮流计算高斯赛德尔发。 牛顿拉弗逊法， 潮流计算的PQ分解法， 保留非线性潮流算法， 最小化潮流算法（潮流计算和非线性规划潮）， 潮流计算的自动调整， PV节点无功功率越界的处理，PQ节点电压越界的处理，带负荷调压变压器抽头的调整，负荷特性的考虑，互联系统区域间交换功率控制 最优潮流计算 最优潮流和基本潮流的比较，最优潮流计算的算法，最优潮流的数学模型，（目标函数，约束条件），最优潮流计算的简化梯度算法，（迭代求解算法的基本要点），最优潮流的牛顿算法， 交直流电力系统的潮流计算 直流输电的应用 交直流电力系统的潮流计算的特点 交流系统和直流系统的分解 交流系统部分的模型 直流系统部分的模型 直流电力系统模型 直流系统标幺值，直流电力系统方程式，（换流站，及其控制方式） 交直流电力系统潮流算法 联合求解法和交替求解法 直流潮流数学模型 第四章故障类型及分析 双轴变换-派克变换及正交派克变换 两相变换-克拉克变换 顺势对称分量变换（120 +-0）对称分量变换 坐标变换的运用 网络方程网络中的电源模型 不对称短路故障的边界条件 短路故障通用复合序网 断线故障通用负荷序网 两端口网络方程 阻抗行参数方程（有源无源）导纳型参数方程（有源无源）混合型参数方程 复杂故障分析 第五章 状态的确定（状态估计 量测误差随机干扰测量装置在数量上或种类上的限制 电力系统状态估计的功能流程 对量测量的数量要求 状态估计与常规潮流计算比较 条件不同模型和方程数的不同求解的数学方法不同 电力系统运行状态的表征与可观察性 量测方程五种基本测量方式状态估计误差的原因高斯白噪声型的随机误差噪声响亮 电力系统状态的可观察性 最小二乘估计最小方差估计的概念 h(x)为线性函数时的最小二乘准则、h(x)为非线性函数时的最小二乘准则及步骤 快速解耦状态估计算法 支路潮流状态估计法 递推状态估计 追踪估计、估计的目标函数递推估计公式第六章 电力系统安全性 实时安全监控功能结构 安全性、稳定性和可靠性
2、停电有可能导致人员伤亡或主要生产设备损坏的用户的用电设备属于（ ）。 A 、一级负荷； B 、二级负荷； C 、三级负荷； D 、特级负荷。 4、衡量电能质量的技术指标是（ ）。 A 、电压偏移、频率偏移、网损率； B 、电压偏移、频率偏移、电压畸变率； C 、厂用电率、燃料消耗率、网损率； D 、厂用电率、网损率、电压畸变率 5、用于电能远距离输送的线路称为（ ）。 A 、配电线路； B 、直配线路； C 、输电线路； D 、输配电线路。 7、衡量电力系统运行经济性的主要指标是（ ）。 A 、燃料消耗率、厂用电率、网损率； B 、燃料消耗率、建设投资、网损率； C 、网损率、建设投资、电压畸变率； D 、网损率、占地面积、建设投资。 8、关于联合电力系统，下述说法中错误的是（ ）。 A 、联合电力系统可以更好地合理利用能源； B 、在满足负荷要求的情况下，联合电力系统的装机容量可以减少； C 、联合电力系统可以提高供电可靠性和电能质量； D 、联合电力系统不利于装设效率较高的大容量机组。 9、我国目前电力系统的最高电压等级是（ ）。 A 、交流500kv ，直流kv 500±； B 、交流750kv ，直流kv 500±； C 、交流500kv ，直流kv 800±；； D 、交流1000kv ，直流kv 800±。 10、用于连接220kv 和110kv 两个电压等级的降压变压器，其两侧绕组的额定电压应为（ ）。 A 、220kv 、110kv ； B 、220kv 、115kv ； C 、242Kv 、121Kv ； D 、220kv 、121kv 。 11、对于一级负荷比例比较大的电力用户，应采用的电力系统接线方式为（ ）。 A 、单电源双回路放射式； B 、双电源供电方式； C 、单回路放射式接线； D 、单回路放射式或单电源双回路放射式。 12、关于单电源环形供电网络，下述说法中正确的是（ ）。 A 、供电可靠性差、正常运行方式下电压质量好； B 、供电可靠性高、正常运行及线路检修（开环运行）情况下都有好的电压质量； C 、供电可靠性高、正常运行情况下具有较好的电压质量，但在线路检修时可能出现电压质量较差的情况； D 、供电可靠性高，但电压质量较差。 13、关于各种电压等级在输配电网络中的应用，下述说法中错误的是（ ）。 A 、交流500kv 通常用于区域电力系统的输电网络； B 、交流220kv 通常用于地方电力系统的输电网络； C 、交流35kv 及以下电压等级通常用于配电网络； D 、除10kv 电压等级用于配电网络外，10kv 以上的电压等级都只能用于输电网络。 14、110kv 及以上电力系统应采用的中性点运行方式为（ ）。 A 、直接接地； B 、不接地； C 、经消弧线圈接地； D 、不接地或经消弧线圈接地。 16、110kv 及以上电力系统中，架空输电线路全线架设避雷线的目的是（ ）。
移相器（Phaser）能够对波的相位进行调整的一种装置。任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移，这是早期模拟移相器的原理；现代电子技术发展后利用A/D、D/A 转换实现了数字移相，顾名思义，它是一种不连续的移相技术，但特点是移相精度高。移相器在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域都有着广泛的应用。在R-C串联电路中，若输入电压是正弦波，则电路中各处的电压、电流都是正弦波。从相量图可以看出，输出电压相位引前输入电压相位一个φ角，如果输入电压大小不变，则当改变电源频率f或电路参数R或C时，φ角都将改变，而且A点的轨迹是一个半圆。同理可以分析出，以电容电压作为输出电压时，输出电压相位滞后输入电压相位一个φ角。因此，不论以R端或C端作输出，其输出电压较输入电压都具有移相作用，这种作用效果称阻容移相。阻容移相环节，在电子技术应用中广泛采用，如移相电路、耦合电路、微分电路、积分电路等等。 移相器的相关应用 [1]当系统负荷较重、并且有持续快速攀升趋势时，需要进行电压紧急态势分，注视运行工况将可能通过何种途径逼近电网负荷供应能力的临界点。负荷在高位快速攀升时，电源如何分担负荷增量，可以从运行模式的调峰特征去寻找预估线索。主力调峰电源与负荷中心之间，各联络线在潮流上涨逼近限值方面，往往步调上有差异，线路潮流骤增时，对可能首先跳闸的联络线，应该给予特殊的关注，因为其保护跳闸势必引起功率转移，使其它联络线相继跳闸，产生恶性连锁反应，可能导致系统解列。移相器在国外广泛用来进行潮流调控。灵活交流输电系统(FACTS)装置家族中的“静止移相器”(SPS)，由于电力电子技术的采用，在调控性能上有了长足进步，免除了任何机械操作，在安全稳定控制方面具有良好的应用前景，肯定了SPS可用来提高暂态稳定性、阻尼次同步振荡、缓和区域间振荡、减轻轴系暂态扭矩以及稳态环流控制。 移相器的作用是将信号的相位移动一个角度。运用移相器规约敏感联络线的潮流，保障电压稳定性不因联络线连锁跳闸、相继退出而遭到破坏，可以明显提高电压稳定极限。其工作原理根据不同的构成而存在差异。如晶体管电路，可在输入端加入一个控制信号来控制移相大小；在有些电路中则利用阻容电路的延时达到移相；在单片机控制系统还可利用内部定时器达到移相的目的。 牛顿法的性能和特点： 1) 平方收敛，开始时收敛比较慢，在几次迭代后，收敛得非常快，其迭代次数和系统 的规模关系不大，如果程序设计良好，每次迭代的计算量仅与节点数成正比。 2) 对初值很敏感，有时需要其他算法为其提供初值。如果初值选择不当，可能根本不 收敛或收敛到一个无法运行的解点上。 3) 对函数的平滑性敏感，所处理的函数越接近线性，收敛性越好，为改善功率方程的 非线性，实用中可以通过限制修正量的幅度来达到目的。但幅度不能太小。 4)对以节点导纳矩阵为基础的G-S法呈病态的系统，N-L法一般都能可靠收敛。 最小化潮流计算：上述潮流计算问题归结为求解一个非线性代数方程组。另外潮流问题在数学上还可以表示为求某一个由潮流方程构成的目标函数的最小值问题，并以此代替代数方程组的求解。从原理上保证了计算过程永远不会发散，有效解决了病态系统的潮流计算并为给定条件下潮流问题的有节与无解提供了一个明确的判断途径。 对非线性规划进行改进，并将数学规划原理和常规的牛顿潮流算法有机结合起来，形成带有最优乘子的牛顿算法，简称最优乘子法。能有效解决病态电力系统的潮流计算问题。 最优潮流：基本潮流可归结为针对一定的扰动变量，根据给定的控制变量，求出相应的状态
电力系统分析潮流计算大作业（源程序及实验报告）
源程序如下： 采用直角坐标系的牛顿-拉夫逊迭代 function chaoliujisuan() m=3; %m=PQ节点个数 v=1;%v=PV节点个数 P=[-0.8055 -0.18 0]; %P=PQ节点的P值 Q=[-0.5320 -0.12 0]; %Q=PQ节点的Q值 PP=[0.5];%PP=PV节点的P值 V=[1.0];%V=PV节点的U值 E=[1 1 1 1.0 1.0]'; %E=PQ,PV,Vθ节点e的初值 F=[0 0 0 0 0]'; %F=PQ,PV,Vθ节点f的初值 G=[ 6.3110 -3.5587 -2.7523 0 0; -3.5587 8.5587 -5 0 0; -2.7523 -5 7.7523 0 0; 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 ]; B=[ -20.4022 11.3879 9.1743 0 0; 11.3879 -31.00937 15 4.9889 0; 9.1743 15 -28.7757 0 4.9889; 0 4.9889 0 5.2493 0; 0 0 4.9889 0 -5.2493 ]; Y=G+j*B; X=[]; %X=△X n=m+v+1;%总的节点数 FX=ones(2*n-2,1);%F(x)矩阵 F1=zeros(n-1,n-1);%F(x)导数矩阵 a=0;%记录迭代次数 EF=zeros(n-1,n-1);%最后的节点电压矩阵 while max(FX)>=10^(-5) for i=1:m %PQ节点 FX(i)=P(i);%△P FX(n+i-1)=Q(i);%△Q for w=1:n FX(i)= FX(i)-E(i)*G(i,w)*E(w)+E(i)*B(i,w)*F(w)-F(i)*G(i,w)*F(w)-F(i)*B(i,w)*E(w); %△P FX(n+i-1)=FX(n+i-1)-F(i)*G(i,w)*E(w)+F(i)*B(i,w)*F(w)+E(i)*G(i,w)*F(w)+E(i)*B(i ,w)*E(w); %△Q end
东北农业大学网络教育学院 电力系统分析作业题参考答案 作业题一参考答案 一、填空题 1．降压变压器高压侧的主分接头电压为220kv，若选择＋2×2.5%的分接头，则该分接头电压为231KV。 2．电力系统中性点有效接地方式指的是中性点直接接地。 3．输电线路的电气参数包括电抗、电导、电纳和电阻。 4．输电线路的电压偏移是指线路始端或末端母线的实际运行电压与线路额定电压的数值差。 5．电力系统的潮流分布一般是用各节点的电压和功率表示。 6．调整发电机组输出的有功功率用来调整电力系统运行的频率。 7．复合故障一般是指某一时刻在电力系统二个及以上地方发生故障。 8．用对称分量法计算不对称故障，当三相阻抗完全对称时，则其序阻抗矩阵Zsc的非对角 元素为零。 9．系统中发生单相接地短路时故障点短路电流的大小是零序电流 的3倍。10．减小输出电元件的电抗 将提高（改善）系统的静态稳定性。 二、单项选择题 11．同步发电机的转速和系统频率之间是否有严格的关系 （②） ①否②是③不一定④根据发电机的形式定12．三绕组变压器的结构、通常将高压绕组放在（③） ①内层②中间层③外层④独立设置 13．中性点以消弧线圈接地的电力系统，通常采用的补偿方式是 （③） ①全补偿②欠补偿③过补偿④有时全补偿，有时欠补偿 14．三相导线的几何均距越大，则导线的电抗（②） ①越大②越小③不变④无法确定 15．变压器的电导参数GT，主要决定于哪一个实验数据（①） ①△PO ②△PK ③UK% ④IO% 16.当功率的有名值为s＝P＋jQ时（功率因数角为）取基准功率为Sn，则有功功率的标么值为（③） ①P ②P ③P④Pcos S n cos S n si n S n S n 17.环网中功率的自然分布是 （④）
PSASP 潮流计算实验 一、实验目的 理解电力系统分析中潮流计算的相关概念，掌握用PSASP 软件对系统潮流进行计算的过程。学会在文本方式下和图形方式下的对潮流计算结果进行分析。 二、预习要求 复习《电力系统分析》中有关潮流计算的内容，了解有关潮流计算的功能，理解常用潮流计算方法，了解PQ 、PV 和V θ（平衡节点，在PSASP 中称为Slack 节点）的设置。 三、实验内容 （一） PSASP 潮流计算概述 潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。 PSASP 潮流计算的流程和结构如下图所示： 潮流计算 各种计算公共部分 图形方式 文本方式
以一个图所示9节点系统为例，计算其在常规、规划两种运行方式下的潮流。规划运行方式即在常规运行方式下，其中接于一条母线（STNB-230）处的负荷增加，对原有电网进行改造后的运行方式，具体方法为：在母线GEN3-230和STNB-230之间增加一回输电线，增加发电机3的出力及其出口变压器的容量，新增或改造的元件如下图虚线所示。 （二）数据准备 1. 指定数据目录及基准容量 双击PSASP图标，弹出PSASP封面后，按任意键，即进入PSASP主画面：
在该画面中，要完成的工作如下： (1)指定数据目录 第一次可通过“创建数据目录”按钮，建立新目录，如：F:\CLJS。以后可通过“选择数据目录”按钮，选择该目录。 (2)给定系统基准容量 系统基准容量项中，键入该系统基准容量，如100MVA。建立了数据之后，该数不要轻易改动。 2. 录入系统潮流计算数据 基础数据(系统参数)如下：