电力系统潮流计算

电力系统

课程设计题目: 电力系统潮流计算

院系名称：电气工程学院

专业班级：电气F1206班

学生姓名：

学号：

指导教师：张孝远

1

2

2.2 节点的分类 (5)

3 计算方法简介 (6)

3.1 牛顿—拉夫逊法原理 (6)

3.1.1 牛顿—拉夫逊法概要 (6)

3.1.2 牛顿法的框图及求解过程 (8)

3.2 MATLAB简介 (9)

4 潮流分布计算 (10)

4.1 系统的一次接线图 (10)

4.2 参数计算 (10)

4.3 丰大及枯大下地潮流分布情况 (14)

4.3.1 该地区变压器的有功潮流分布数据 (15)

4.3.2 重、过载负荷元件统计表 (17)

5 设计心得 (17)

参考文献 (18)

附录:程序 (19)

原始资料

一、系统接线图见附件1。

二、系统中包含发电厂、变电站、及其间的联络线路。500kV变电站以外的系统以一个等值发电机代替。各元件的参数见附件2。

设计任务

1、手动画出该系统的电气一次接线图，建立实际网络和模拟网络之间的联系。

2、根据已有资料，先手算出各元件的参数，后再用Matlab表格核算出各元件的参数。

3、潮流计算

1）对两种不同运行方式进行潮流计算，注意110kV电网开环运行。

2）注意将电压调整到合理的范围

110kV母线电压控制在106kV～117kV之间;

220kV母线电压控制在220 kV～242kV之间。

附件一：

72

水电站2

水电站1

30

3x40

C

20+8

B 2x8

A

2x31.5

D

4x7.5

水电站5

E

2x10

90+120

H

12.5+31.5

F

G

1x31.5

水电站3

24

L

2x150

火电厂

1x50

M

110kV线路220kV线路课程设计地理接线示意图

110kV变电站220kV变电站牵引站火电厂水电站500kV变电站

附件二：

1、变压器：两个220kV变电站均采用参数一致的三绕组变压器，具体参数如下。

110kV及以下的变电站的变压器省略，即可将负荷直接挂在110kV母线上。而110kV升压变只计及以下参数。

2、线路：具体参数如下。

3、发电机

各发电机的参数如下：

出力情况：

水力发电机丰大出力70%,枯大出力20%。

火力发电机丰大出力80%,枯大出力80%。

4、负荷

各110kV变电站丰大负荷按该站变电容量的50%估算，枯大负荷按该站变电容量的60%估算。

两个220kV变电站的低压侧上各挂10MW的负荷，中压侧各挂20MW负荷。

功率因素均为0.95。

5、并联电容器

两个220kV变电站的低压侧上均装设并联补偿。补偿总量按该站变电容量的20%装设，分组原则以每组电容器的容量不超过10MVar且经济性较好为准。

1 概述

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，包括电压的幅值和相角，各元件流过的功率，整个系统的功率损耗等一系列系统中的潮流数据。

近几年，对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，即高斯-塞德尔法、牛顿法和快速解耦法。牛顿法，由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法。后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法。

潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种，牛顿—拉夫逊Newton-Raphson法是数学上解非线性方程组的有效方法，有较好的收敛性。将N-R法用于潮流计算是以导纳矩阵为基础的，由于利用了导纳矩阵的对称性，稀疏性及节点编号顺序优划等技巧，使N-R法在收敛性，占用内存，计算速度等方面的优点都超过了阻抗法

总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时为了实时监控电力系统的运行状态也需要进行大量而快速的潮流计算。因此潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时采用离线潮流计算在电力系统运行状态的实时监控中则采用在线潮流计算。

2 潮流计算节点介绍

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）。

2.1 变量的分类

负荷消耗的有功、无功功率——1L P 、1L Q 、2L P 、2L Q 电源发出的有功、无功功率——1G P 、1G Q 、2G P 、2G Q 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 对没有电源的节点则为 对状态变量i U 的约束条件则是 对某些状态变量i δ还有如下的约束条件

2.2 节点的分类

⑴ 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。

⑵ 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 δ。有一定无功功率储备的发电厂和有一定无功功率电源