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摘要
电力系统分析是电气工程及其自动化专业的必修课。主要通过理论和仿真计算使学生掌握电力系统三大计算（电力系统短路计算、系统稳定计算、潮流计算）的基本方法，深化学生对电力系统基本理论和计算方法的理解，培养学生分析、解决问题的能力和电力系统计算软件的应用能力。
PSCAD/EMTDC仿真软件为我们电力系统分析的学习提供了一个有效
的工具，可利用该仿真软件对电力电子电路进行仿真，并以单相交流调压电路为例对其进行了仿真分析，对提高学习质量有重要意义。潮流计算是电力系统最基本最常用的计算。根据系统给定的运行条件，网络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线的电压幅值和相角，各元件流过的功率，整个系统的功率损耗。潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手段和重要工作环节。因此，潮流计算在电力系统的规划计算，生产运行，调度管理及科学计算中都有着广泛的应用。也就是说，对于电气工程及其自动化专业的学生来说，掌握潮流计算是非常重要和必要的。
关键词：PSCAD/EMTDC仿真；潮流计算；单相交流调压
目录
摘要………………………………………………………………………1概述………………………………………………………………………
1.1电力系统叙述…………………………………………………………
1.2 设计目的……………………………………………………………
1.3 设计要求……………………………………………………………2电力系统潮流计算概述及课题……………………………………
2.1潮流计算概述………………………………………………………
2.2潮流计算的意义及其发展……………………………………………
2.3课程设计题目相关技术参数………………………………………
3 PSCAD仿真软件简介………………………………………………4课程设计的调试与仿真结果…………………………………………4.1 系统仿真图…………………………………………………………
4.2 输出端显示图………………………………………………………
4.3仿真波形图…………………………………………………………总结…………………………………………………………………
参考文献……………………………………………………………
致谢……………………………………………………………………
1概述
1.1 电力系统叙述
电力工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站（或称发电厂）中生产的，各发电站孤立运行。随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加，而热能资源和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区，为了解决这个矛盾，就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。
现代电力系统提出了“灵活交流输电和新型直流输电”的概念。灵活交流输电技术是指运用固态电子器件与现代自动控制技术对交流电网的电压、相位角、阻抗、功率以及电路的通断进行实时闭环控制，从而提高高压输电线路的诉讼能力和电力系统的稳态水平。新型直流输电技术是指应用现电力电子技术的最新成果，改善和简化变流站的造价等。
运营方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点：在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提供了电网在预想操作预想下的电网的潮流分布以及校验运行的可靠性。在电力系统调度运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。潮流是确定电力网咯运行状态的基本因素，潮流问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。
1.2 设计目的
⑴掌握电力系统潮流计算的基本原理；
⑵掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件；
⑶采用PSCAD/MATLAB软件，做出系统接线图的潮流计算仿真结果。
1.3设计要求
⑴熟悉PSCAD/MATLAB软件；
⑵编写潮流计算流程图；
⑶建立系统接线图的仿真过程；
⑷得出仿真结果。
2电力系统潮流计算的概述及课题
2.1 潮流计算概述
在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的损耗也将发生变化。要严格保证所有的用户在任何时刻都有额定的电压是不可能的，因此系统运行中个节点出现电压的偏移是不可避免的。为了保证电力系统的稳定运行，要进行潮流调节。
随着电力系统及在线应用的发展，计算机网络已经形成，为电力系统的潮流计算提供了物质基础。电力系统潮流计算是电力系统分析计算中最基本的内容，也是电力系统运行及设计中必不可少的工具。根据系统给定的运行条件、网络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线电压的幅值及相角、各元件中流过的功率、整个系统的功率损耗等。潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手段和重要工作环节，因此潮流计算在电力系统的规划设计、生产运行、调度管理及科学研究中都有着广泛的应用。它的发展主要围绕这样几个方面：计算方法的收敛性、可靠性；计算速度的快速性；对计算机存储容量的要求以及计算的方便、灵活等。
常规的电力系统潮流计算中一般具有三种类型的节点：PQ、PV及平衡节
点。一个节点有四个变量，即注入有功功率、注入无功功率，电压大小及相角。常规的潮流计算一般给定其中的二个变量：PQ 节点（注入有功功率及无功功率），PV 节点（注入有功功率及电压的大小），平衡节点（电压的大小及相角）。 ⑴变量的分类：
①负荷消耗的有功、无功功率——1L P 、1L Q 、2L P 、2L Q ；
②电源发出的有功、无功功率——1G P 、1G Q 、2G P 、2G Q ；
③母线或节点的电压大小和相位——1U 、2U 、1δ、2δ。
在这十二个变量中，负荷消耗的有功和无功功率无法控制，因它们取决于用户，它们就称为不可控变量或是扰动变量。电源发出的有功无功功率是可以控制的自变量，因此它们就称为控制变量。母线或节点电压的大小和相位角——是受
控制变量控制的因变量。其中, 1U 、2U 主要受1G Q 、2G Q 的控制, 1δ、2δ主要受
1G P 、2G P 的控制。这四个变量就是简单系统的状态变量。为了保证系统的正常运行必须满足以下的约束条件：
对控制变量有max
min max min ;Gi Gi Gi Gi Gi Gi Q Q Q P P P <<<<； 对没有电源的节点则为
0;0==Gi Gi Q P ； 对状态变量i U 的约束条件则是max min i i i U U U <<；
对某些状态变量i δ还有如下的约束条件为 max j i j i δδδδ-<-。
⑵节点的分类：
① 第一类称PQ 节点。等值负荷功率Li P 、Li Q 和等值电源功率Gi P 、Gi Q 是给定的，从而注入功率
i P 、i Q 是给定的，待求的则是节点电压的大小i U 和相位角i δ。属于这类节点的有按给定有功、无功率发电的发电厂母线和没有其他电源的变电所母线。
② 第二类称PV 节点。等值负荷和等值电源的有功功率Li P 、Gi P 是给定的，
从而注入有功功率i P 是给定的。等值负荷的无功功率Li Q 和节点电压的大小
i U 也是给定的。待求的则是等值电源的无功功率
Gi Q ，从而注入无功功率i Q 和节点电压的相位角i 。有一定无功功率储备的发电厂和有一定无功功率电源的变电所母线都可以作为PV 节点；
③ 第三类平衡节点。潮流计算时一般只设一个平衡节点。等值负荷功率Ls P 、Ls Q 是给定的，节点电压的大小和相位也是给定的。担负调整系统频率任务的发电厂母线往往被选作为平衡节点。
2.2潮流计算的意义及其发展
电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算，即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷。各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有的电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和稳态分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。实际电力系统的潮流技术那主要采用牛顿—拉夫逊法。
运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点；在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以及校验运行可靠性。在电力系统调度运行的多个领域问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。
在用数字见算计算机解电力系统潮流问题的开始阶段，普遍采取以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机内存量比较差下，适应50年代电子计算机制造水平和当时电力系统理论水平，但它的收敛性较差，当系统规模变大时，迭代次数急剧上升，在计算中往往出现迭代不收敛的情况。这就迫使电力系统的计算人员转向以阻抗矩阵为基础的逐次代入
法。阻抗法改善了系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳无法求解的一些系统的潮流计算，在60年代获得了广泛的应用，阻抗法德主要缺点是占用计算机内存大，每次迭代的计算量大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出，为了克服这些缺点，60年代中期发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需要存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间联络的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同时也提高了计算速度。
克服阻抗法缺点是另一个途径是采用牛顿-拉夫逊法。这是数学中解决非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。在解决电力系统潮流计算问题时，是以导纳矩阵为基础的，因此，只要我们能在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿法潮流程序的效率。自从60年代中期，牛顿法中利用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性。内存要求。速度方面都超过了阻抗法，成为了60年代末期以后广泛采用的优秀方法。
2.3 课程设计题目相关技术参数
基准值取SB=100MVA，UB=230kV，系统频率为50Hz。
发电机参数：
G1：247.5MVA，16.5kV，功率因数为1，水轮机组（Salient-Pole）。
G2：192MVA，18kV，功率因数为0.85，汽轮机组（Round-Rotor）。
G3：128MVA，13.8kV，功率因数为0.85，汽轮机组（Round-Roto r）。
变压器参数：发电机和变压器容量应输入100MVA。
T1：16.5/230kV，XT=0.0576；
T2：18/230kV，XT=0.0625；
T3：13.8/230kV，XT=0.0586
线路参数：
Line1：Z=0.01+j0.085，B/2=j0.088；
Line2：Z=0.032+j0.161，B/2=j0.153；Line3：Z=0.017+j0.092，B/2=j0.079；
Line4：Z=0.039+j0.17，B/2=j0.179；
Line5：Z=0.0085+j0.072，B/2=j0.0745；
Line6：Z=0.0119+j0.1008，B/2=j0.1045；
负荷参数：
Lump A：125+j50MVA
Lump B：90+j30MVA
Lump C：100+j35MVA
在图2.1所示的简单电力系统接线图中，将发电机G1设为系统的平衡节点（Slack），设置电压幅值为1.04pu，电压参考相角为0°；将G2和G3设为PV节点，分别设置有功出力为1.63pu和0.85pu，设置电压幅值都为1.025pu。收敛系数0.00001。电路图如图所示。
图2.1 WSCC 三机九节点系统