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华中科技大学现代电力系统分析潮流计算作业

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现代电力系统分析作业 ------基于Matpower的电力系统潮流计算 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 目录 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 





12112212,,,0,,,0,,,0n

n

nn

fxxx

fxxx

fxxx







(1.1)

其近似解为(0)1x，(0)2x，...，(0)nx。设近似解与精确解分别相差(0)1x，(0)2x，…，(0)nx，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 (,,...,)0nn

nn

nnn

fxxxxxxfxxxxxxfxxxxxx



(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)111

1121212000(0)(0)(0)0(0)(0)2222121212000(0)(0)(0)012110(,,...,)...0(,,...,)...0 (,,...,)nn

n

nnn

nnnnffffxxxxxxxxxffffxxxxxxxxxfffxxxxxx（）（）(0)(0)2200...0nn

n

fxxx



(1.3)

忽略上式(1.3)中(0)1x，(0)2x，…，(0)nx的二次及以上阶次的各项，整理便可以得到 11112000(0)(0)(0)(0)1121222(0)(0)(0)(0)212212000(0)(0)(0)(1212000(,,...,)(,,...,)(,,...,)nn

nn

nnnnnn

n

fffxxxfxxxxffffxxxxxxxfxxxxfffxxx

0)



(1.4)

上式(1.4)是对于修正量(0)1x，(0)2x，…，(0)nx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)nx。然后对初始解近似解进行修正 (1)()()(1,2,...,)kkkiiixxxin， (1.5)

经过k次迭代即可将上式(1.4)写成如下形式 ()()()(1)()()()kkkkkkFXJX

XXX (1.6)

如此反复的迭代，直至满足收敛判据 ()()()121max(,,...,)kkk

infxxx (1.7)

或 ()2maxk

ix (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

iiiVejf (1.9) 导纳矩阵元素表示为 ijijijYGjB (1.10)

则可得到节点相应的有功功率和无功功率为 

1111nniiijjijjiijjijjjjnniiijjijjiijjijjjjPeGeBffGfBeQfGeBfeGfBe











 (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isP和isQ，对节点可列写如下方程



1111222201,2,...,101,2,...,=0 nniisiisiijjijjiijjijjjjnniisiisiijjijjiijjijjjjiisiiPPPPeGeBffGfBeinQQQQfGeBfeGfBeimVVef



，

， 1,...,1imn， (1.12)

由于第n号节点为平衡节点，其电压nnnVejf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 WJV (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： 表4-1 发电机参数标幺值 参数名称 VN/kV xd x'd xq x'q xl T'd0 T'q0 H D G1 0s 0 G2 18 6s 0 G3 0 表2 变压器参数的标幺值 变压器名称 T1 T2 T3 电抗X(pu) 变比K 1 1 1 表3 线路参数的标幺值 线路名称 line1 line2 line3 line4 line5 line6 阻抗 Z(pu) R L 导纳B(pu) 表4 负荷参数 负荷名称 LumpA LumpB LumpC 有功/MW 125 90 100 无功/Mvar 50 30 35 5.利用软件matpower计算潮流 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 ;

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电力系统分析课程教学大纲

电力系统分析课程教学大纲

电力系统分析课程教学大纲适用电气工程及其自动化专业电气工程方向共 80 学时一、课程的性质、地位、任务和教学目标一课程的性质和地位本课程是电气工程及其自动化专业的专业核心基础课程之一;是一门理论性和实践性都很强的课程..本课程为高低压电气设备、电力系统继电保护、电力系统自动化以及其他相关专业选修课程奠定理论基础..二课程的主要任务通过本课程的学习;使学生对电力系统的组成、运行特点、分析方法有全面的了解；熟悉电力系统各元件的特点、数学模型和相互间的关系;理解并掌握电力系统稳态和暂态分析分析的物理概念、原理和方法；并在工程分析计算和解决实际问题的能力上得到训练和培养;为今后进一步的学习和在实践中的应用打下一定的基础..三课程的教学目标通过本课程的学习;掌握电力系统稳态、暂态分析的基本原理和方法;培养学生分析问题和解决问题的能力..在学习本门课程前;应掌握“电路”、“电机学”等课程中的相关理论..通过学习;使学生对电力系统的组成和运行有全面、深刻的了解..掌握电力系统稳态运行、电力系统电磁和机电暂态过程、电力系统控制的各种分析和计算方法..对应用计算机进行电力系统分析和计算有一定程度的了解并能简单应用..二、课程教学环节组成本课程的教学环节包括课堂讲授;师生讨论学生自学;习题讨论课;习题;答疑;质疑和期末考试..三、课程教学内容纲要第一章电力系统基本概述和基本概念目的和要求：了解电力系统及其发展情况；掌握电力系统中性点的接地方式；掌握电能生产的特点及对电力系统运行的基本要求、电力系统额定电压的概念、电力系统的负荷和负荷曲线..重点和难点：电力系统的概念和电能生产的特点及对电力系统运行的基本要求；电力系统各元件的额定电压；电力系统中性点接地方式..教学内容第一节电力系统概述第二节第二节电力系统的电压等级和负荷第三节电力系统中性点的接地方式第二章电力系统元件参数和等值电路目的和要求：了解电力线路结构；掌握线路等值电路、变压器的等值电路、发电机及负荷的等值电路；掌握有名制和标幺制的计算..重点和难点：以有名制和标幺制表示的等值网络教学内容第一节电力线路参数和等值电路第二节变压器、电抗器的参数和等值电路第三节发电机和负荷的参数及等值电路第四节电力网络的等值电路第三章简单电力网络潮流的分析与计算目的和要求：掌握电力线路和变压器的功率损耗和电压降落；了解运算负荷和运算功率；掌握开式网络的电压和功率分布计算；了解环形网络的电压和功率分布计算..重点和难点：环形网络的电压和功率分布计算；运算负荷和运算功率..教学内容第一节电力线路和变压器的功率损耗和电压降落第二节开式网络的潮流分布第三节环形网络的潮流分布第四章电力系统潮流的计算机算法目的和要求：了解电力网络的数学模型；掌握等值变压器模型及应用；掌握节点导纳矩阵的修改；熟悉高斯塞得尔法、牛顿拉夫逊法和P-Q分解法潮流计算..重点和难点：节点导纳矩阵；高斯塞得尔法、牛顿拉夫逊法和P-Q分解法潮流计算..教学内容第一节电力网络的数学模型第二节等值变压器模型及其应用第三节节点导纳矩阵的形成和修改第四节功率方程和变量及节点分类第五节高斯一塞德尔法潮流计算第六节牛顿一拉夫逊法潮流计算第七节 P-Q分解法潮流计算本内容可根据实际情况选择讲授第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整目的和要求：了解系统备用容量的概念和分类；了解有功功率负荷的平衡；掌握有功功率负荷的最优分配；掌握电力系统和发电机的频率特性和频率调整..重点和难点：电力系统有功功率平衡；电力系统和发电机的频率特性和频率调整..教学内容第一节电力系统中有功功率的平衡第二节电力系统的频率调整第六章电力系统无功功率的平衡和电压调整目的和要求：了解电力系统的无功功率平衡的概念和无功电源分类；了解电力线路导线界面的选择方法；掌握电压调整的方法和调压措施..重点和难点：电力系统中电压调整的方法及措施..教学内容第一节电力系统中无功功率的平衡第二节电力系统的电压管理第三节电力系统的几种主要调压措施第四节电力线路导线截面的选择第七章电力系统各元件的序参数和等值电路目的和要求：掌握对称分量法、电力系统各元件的正序、负序和零序阻抗发电机、变压器、输电线路、综合负荷和等值电路、电力系统正负零序网络的制定；掌握对称分量法在不对称短路计算中的应用..重点和难点：零序、正序和负序阻抗、对称分量法在不对称短路计算中的应用..教学内容第一节对称分量法第二节同步发电机的负序电抗和零序电抗第三节异步电动机的参数和等值电路第四节变压器的零序参数和等值电路第五节电力线路的零序阻抗和等值电路第六节电力系统故障运行的等值网络第八章电力系统故障的分析与实用计算目的和要求：熟悉无限大容量电源的概念；掌握无限大容量供电系统短路计算；掌握简单不对称短路、不对称短路时网络中的电流和电压的计算、非全相断线的分析和计算..重点和难点：电力系统不对称短路的分析与计算教学内容第一节由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算第二节电力系统三相短路的实用计算第三节电力系统不对称短路的分析与计算第四节电力系统非全相运行的分析第九章机组的机电特性目的和要求：了解发电机的功-角特性方程式；掌握网络接线及参数对功-角特性的影响；了解异步电动机组的机电特性；了解自动调节励磁系统对功-角特性的影响..重点和难点：网络接线及参数对功-角特性的影响；自动调节励磁系统对功-角特性的影响教学内容第一节同步发电机组的运动方程式第二节发电机的功-角特性方程式第三节异步电动机组的机电特性第四节自动调节励磁系统对功-角特性的影响第十章电力系统的静态稳定性目的和要求：了解电力系统静态稳定的概念；掌握静态稳定的判据和静态稳定的储备系数；了解扰动发基本原理和调节励磁对静态稳定影响..掌握电力系统电压、频率及负荷的稳定性；熟悉提高电力系统静态稳定性的措施..重点和难点：静态稳定的判据；电力系统电压、频率及负荷的稳定性；小扰动法..教学内容第一节电力系统静态稳定性的基本概念第二节小扰动法的基本原理和在分析电力系统静态稳定性中的应用第三节调节励磁对电力系统静态稳定性的影响第四节电力系统电压、频率及负荷的稳定性第五节保证和提高电力系统静态稳定性的措施第十一章电力系统的暂态稳定性目的和要求：重点和难点：等面积定则；发电机转子运动方程的数值解法..教学内容第一节电力系统暂态稳定性概述第二节简单电力系统暂态稳定性的定性分析第三节简单电力系统暂态稳定性的定量分析第四节发电机组转子运动方程式的数值解法第五节提高电力系统暂态稳定性的措施四、课程教学内容和学时分配五、本课程教学方法建议及考核方式联系实际;采用多媒体与黑板板书相结合的教学方式进行教学;运用举例、启发、提问等并结合工程实例多种教学方法进行教学;使理论与实践融为一体..考核方式为闭卷方式..总成绩＝平时成绩30%＋期末考试成绩70%..六、选用教材及教学辅助材料说明教材：电力系统分析;于永源等编;中国电力出版社;2007.参考书：1 何仰赞主编电力系统分析华中科技大学出版社;2003.3 .2 陈桁主编电力系统稳态分析中国电力出版社;2004.2.3 陈桁主编电力系统暂态分析中国电力出版社4 刘天琪、邱晓燕编电力系统分析理论;科学出版社出版;2005年..。

电力系统分析短路故障实验报告

电力系统分析短路故障实验报告

电力系统分析上机报告——短路计算程序设计姓名：学号：班级:一、目的根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个切实可行的电力系统计算应用程序。

通过自己设计电力系统计算程序使同学对电力系统分析有进一步理解，同时加强计算机实际应用能力的训练。

二、上机内容电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。

采用所编制的程序进行《电力系统分析》例6-3题的对称短路计算。

有关数学模型和原理框图以及已知结果的例题，参见《电力系统分析》第六章。

常用的计算方法为节点导纳矩阵法或节点阻抗矩阵法，其形成方法分别参见《电力系统分析》第四章。

三、选择所用计算机语言的理由我们使用的是第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，它的优点如下：1.语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。

MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。

由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。

可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。

2.运算符丰富。

由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。

3.MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。

4.程序限制不严格，程序设计自由度大。

例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。

5.程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。

6.MATLAB的图形功能强大。

在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。

MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。

7.MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。

由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。

电力系统分析课程设计报告_4

电力系统分析课程设计报告_4

电力系统分析课程设计报告题目: 电力系统三相对称短路计算专业: 电气工程及其自动化班级:姓名:学号:指导教师:目录电力系统分析........................................................................................................................... - 0 -第一章设计目的与任务 ......................................................................................................... - 2 -1.1设计目的.................................................................................................................... - 2 -1.2设计任务.................................................................................................................... - 2 -第二章基础理论与原理 ......................................................................................................... - 2 -2.1 对称短路计算的基本方法 ....................................................................................... - 2 -2.2 用节点阻抗矩阵的计算方法 ................................................................................... - 4 -2.3 用节点导纳矩阵的计算方法 ................................................................................... - 6 -2.4 用三角分解法求解节点阻抗矩阵 ........................................................................... - 7 -2.5 短路发生在线路上任意处的计算方法 ................................................................... - 8 -第三章程序设计..................................................................................................................... - 9 -3.1 变量说明................................................................................................................... - 9 -3.2 程序流程图............................................................................................................. - 10 -3.2.1主程序流程图 .............................................................................................. - 11 -3.2.2导纳矩阵流程图 .......................................................................................... - 12 -3.2.3三角分解法流程图 ...................................................................................... - 13 -3.3 程序源代码见附录1 ............................................................................................ - 14 -第四章结果分析................................................................................................................... - 14 -第五章收获与建议............................................................................................................... - 15 -参考文献................................................................................................................................. - 17 -附录......................................................................................................................................... - 17 -附录1: 程序源代码..................................................................................................... - 18 - 附录2: 测试系统数据与系统图 ................................................................................... - 23 - 附录3: 测试系统的运行结果- 25 -第一章设计目的与任务1.1设计目的1、加深理解并巩固电力系统发生短路的基本知识。

风电场模型及其对电力系统的影响.kdh

风电场模型及其对电力系统的影响.kdh

第31卷增刊2 电 网 技 术V ol. 31 Supplement 2 2007年12月Power System Technology Dec. 2007文章编号：1000-3673（2007）S2-0330-05中图分类号：TM938文献标识码：A学科代码：470·4017 风电场模型及其对电力系统的影响娄素华1，李志恒1，高苏杰2，吴耀武1（1．华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074；2．国网新源控股有限公司，北京市东城区 100005）Wind Farms Models and Its Impacts on Wind Farms Integration into Power SystemLOU Su-hua1，LI Zhi-heng1，GAO Su-jie2，WU Yao-wu1（1．School of Electrical and Electronic Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，Hubei Province，China；2．State Grid Xin Yuan Company Limited，Dongcheng District，Beijing 100005，China）摘要：介绍了风力发电系统建模的一般思路及常用的风电场模型，然后对风电并网几个重要课题的分析方法进行了研究，比较了适用于不同研究目的的风电场模型的优劣及相应的分析方法，指出了风电场建模方法存在的主要文体，总结了风电接入对系统影响的几个主要方面。

关键词：风力发电；风电场模型；潮流；电能质量；稳定性0引言作为一种可再生能源，风电由于其分布较广的特点及其相对成熟的开发技术而在全世界得到了长足的发展。

风电的优势在于其环境友好性，但它的缺点也是很明显的：风力的随机性和间歇性不能保证输出平稳的电力，这对电力系统的稳定性以及发电和运行计划的制定带来很多困难；风电场一般远离负荷中心，承受冲击的能力很弱，随着风电装机规模的扩大，风电的不可控性将给电力系统带来新的挑战。