基于PSSE的电力系统仿真计算及分析

1、本科生毕业设计（论文）题 目：基于PSS/E的电力系统潮流计算及结果分析 姓 名： 学 院： 电气工程与自动化学院 专 业： 电气工程与自动化 年 级： 校内指导教师： （签名） 年 月 日基于PSS/E的电力系统潮流计及结果分析摘 要电力系统潮流计算是研究电力系统的重要手段之一。通过电力系统潮流计算，能够计算出各个节点的电压和功率分布，检查节点电压和潮流分布是否符合要求；同时，能够分析出合理的潮流分布，从而降低全网络的网损；除此之外，在正常检修及特殊运行方式下，还能通过潮流计算得知电厂开机方式，为预想事故、设备退出等情况作出理想的调整方案。为了完成本次设计，需要学习电力系统仿真软件PSS/E

2、，了解其各个功能，学会软件中数据卡的填写，以及各个元件的模型。并通过对电力系统稳态书中的简单例题进行仿真，了解自己学习该软件的程度。接着通过仿真软件PSS/E对IEEE39节点系统进行潮流计算，在仿真成功的基础上，分析改变系统无功功率对系统电压的影响，改变有功功率对系统电压相角的影响以及改变变压器的变比对系统电压的影响，同时对IEEE39节点系统进行经济调度，分析如何合理分配发电机的有功出力，降低网损，以达到经济运行的效果。在分析中，多次用到举例和对比的方法，大大提高了实验结果的可靠性。最后通过上述仿真，得到的实验结论如下：通过调节电力系统的无功功率能够改善系统节点的电压；得到了负荷的有功功率

3、与系统电压的相角的变化关系；得到了变压器变比与电压的关系；还得到了不同煤耗率的发电机与其所承担的负荷的关系，具体参见论文正文。关键字：PSS/E,电力系统潮流计算,IEEE39节点系统,变压器Power flow calculation of power systems and analysis of its results based on PSS/EAbstractPower flow calculation is one of the important means to study power system. Through the power flow calculation, we

4、 can calculate the voltage of each node and the power distribution, so that we can check whether the voltage of nodes and current distribution satisfy demand or not. At the meantime, we can analyse the reasonable distribution of power flow. In addition, under the normal maintenance and the special o

5、peration mode, we can also through power flow calculation to know that the start-up mode of power plants, so we can make good preparations for contingency and the dropping out of equipments.In order to complete the paper, I need to learn about the power system simulation software PSS/E. Including un

6、derstanding its various functions, learning to fill data cards, and studying the model of each component. And use PSS/E to simulate a simple example of the book to check out the degree of learning this software.Then I use PSS/E to simulate IEEE39 nodes system. On the basis of success, I analyze that

7、 the effect of reactive power on the system voltage, the effect of active power on the system voltage phase angle and the influence of variable ratio on the system voltage. Meanwhile, the economic dispatch of IEEE39 node system is carried out to analyze how to allocate the generator active power, so

8、 as to decrease network loss to achieve the effect of economic operation. During this experiment, we use several examples and comparison，and greatly improve the reliability of the experimental results.Finally through the simulation, the experimental conclusion is as follows: By adjusting the power s

9、ystem reactive power can improve system node voltage; I get the relationship between the load of active power and the change of the system voltage phase angle; I get the relationship between ratio and voltage, and the connection between different coal consumption rate of generator and load. Specific

10、 see the text. Key words：PSS/E, power flow calculation, IEEE39 nodes system, transformer 目 录摘 要IAbstractII第一章绪论11.1 引言11.2 国内外研究现状11.3 本文主要工作2第二章 电力系统潮流计算方法介绍32.1 电力系统潮流计算的基本介绍32.2 电力系统潮流计算的基本条件42.3 电力系统潮流计算的主要方法62.3.1 牛顿拉夫逊迭代过程的推导62.3.2 牛顿拉夫逊法潮流计算方法72.3.3 PQ分解法潮流计算方法112.3.4 高斯赛德尔迭代法及其改进方法142.3.5 总结

11、15第三章 利用PSS/E进行电力系统潮流仿真163.1 PSS/E概述163.2 PSS/E潮流计算功能163.3 PSS/E数据卡的填写173.3.1 母线数据173.3.2 发电机数据173.3.3 支路数据183.3.4 变压器数据183.3.5 变压器模型193.4 算例及其分析23第四章 IEEE39节点系统及其分析294.1 IEEE39节点系统的仿真294.2 无功补偿对电压大小的影响304.3 有功功率对电压相角的影响364.4 改变变压器变比对系统电压的影响384.5 经济调度分析42结论48参考文献49致谢49基于PSS/E的电力系统潮流计及结果分析第一章 绪论1.1 引

12、言电力系统是一个复杂的动态系统，电力系统潮流计算是其中最重要的任务之一。电力系统潮流计算是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，如各母线上的电压幅值和相角、各个节点的负荷大小及变压器的参数1,3。电力系统潮流计算是电力系统运行和规划的基础，对整个电力网络的运行有很大的帮助,比如在电网规划时，可通过潮流计算，设计出无功功率的补偿点、选择合适的补偿方案以达到电网的运行条件；在系统进行检修时，通过潮流计算得知电厂中发电机组的启停情况以及如何分配有功、无功；同时，还可以为预想事故、设备退出等情况作出理想的调整方案5,9,12。本课题研究运用仿真软件PSS/E，对电力系统潮流的计算进行模拟

13、，同时研究影响系统电压质量的因素及经济调度分析。1.2 国内外研究现状 在国外，最先将随机分析方法运用于电力系统潮流计算的是B.Borkowska，他提出在潮流计算中，将负荷和发电量在单位时间瞬间被看成随机变量，能够解决在传统的潮流计算中不确定性给结果带来的影响，对系统运行很有用。蒙特卡罗仿真方法是一种可以获得状态变量和支路潮流的累积分布函数方法，它是通过节点注入的有功功率和无功功率来计算，并从多次计算的结果中统计状态变量和支路潮流的随机分布情况。通常为了得到精确值，需要进行上几千次的仿真计算。除上述所述的方法，国外还提出用卷积方法等。目前国内大多还是使用传统的确定性潮流分析方法，它是根据节点

14、负荷和系统中发电机组的使用情况，在已知条件的基础上进行运算。但由于实际情况往往包含很多不确定性，因此有必要将不确定变量的随机理论计入潮流计算中。随后，国内提出了在随机潮流计算中设置电压控制节点的概念和方法，可以分析电压波动对潮流的影响。后来还提出了一种包含统一潮流控制器（UPFC）的随机潮流算法、随机潮流与二阶连续潮流（QCPF）相结合的算法、随机潮流方法应用于随机网损的算法等等15。1.3 本文主要工作绪论部分，阐述电力系统潮流计算的意义及国内外研究现状。正文部分对电力系统潮流计算相关知识进行介绍，以及如何使用仿真软件PSS/E进行仿真时的数据卡填写及操作步骤，并对一个简单的例子进行运算。重

15、点是用软件PSS/E对IEEE39节点系统进行仿真，并在此基础上结合已学知识研究各种条件对系统电压的影响，最终得到结论。第二章 电力系统潮流计算方法介绍2.1 电力系统潮流计算的基本介绍 1956年，Ward等人将电子计算机运用在了电力系统潮流计算中。最初的潮流计算方法是基于导纳的高斯赛德尔法，随后发展成为了基于阻抗的高斯赛德尔法。1961年Van Ness等人提出了牛顿法，并随之出现了许多基于该方法的改进方法。80年代Sun DI提出了最优潮流牛顿法，该方法与解耦技术结合，形成了解耦型最优潮流牛顿算法2,3。本文主要介绍的电力系统潮流计算方法有五种：牛顿拉夫逊法、PQ分解法和高斯赛德尔法以及

16、改进的高斯赛德尔法。潮流计算的一般流程图如下：图2-1 电力系统潮流计算基本流程图2.2 电力系统潮流计算的基本条件 在电力系统潮流计算中，若我们已知各节点的电流，则可根据公式直接求出节点的电压。但是在工程实践中我们往往只知道各节点的功率，这时候需要通过迭代解非线性节点电压方程 。接下来将介绍解决各种迭代非线性电压方程所需要的基础知识。（1） 功率方程对于n个节点来说，其电流方程为： （，=1,2，.,n）假设线路有两个节点，节点1的自导纳为，节点2的自导纳为，且，它们之间的互导纳为。则流入节点1、2的电流为：故得： (2-1)其中，令； ； 带入式，并将有功、无功功率分列： (2-2)（2）

17、 变量的分类由公式(2-2)可知，对于n个节点的网络，共有2n个功率方程，除了 外，共有12个变量。分别为：扰动变量：； 控制变量：；因变量：当系统有n个节点时，上述三个变量各有2n个，总共有6n个变量。为了方便求解，给定（n-1）对控制变量 ，留下一对待定；给定一对 ，求剩下的（n-1）对状态变量。这样，就可以从2n个方程式中求解2n个未知变量了。（3） 约束条件首先，对控制量的约束条件是： (2-3)其次，对状态变量的约束条件是： (2-4)（4） 节点的分类在计算之前，对节点进行分类：节点:这类节点给定的是节点功率(,),待求量是节点电压向量(,)。属于这一类节点的有按有功、无功功率发电

18、的发电厂和没有其他电源的变压所母线5,7,9,10。节点:PV点给定的是有功功率P和电压幅值,待求量是节点无功功率和电压相角。应注意,这类节点必须有足够的可调无功电源,用以维持给定的电压幅位5,7,9,10。平衡节点:平衡节点是给定电压幅值和电压相角的节点, 未知量是该点的有功功率、无功功率 ,并以此电压相量作为系统电压的基准值,整个系统的功率平衡都由该节点承但。因此,平衡节点应有足够的容量。一般选系统中的调频厂作为平衡节点,但只能选一个对系统影响较大的电厂作为平衡节点,有时为了提高收敛性,也可选出线数最多的发电厂作平衡节点5,7,9,10。在一个系统中，节点是大量的，节点是少量的，平衡节点是

19、必不可少的。2.3 电力系统潮流计算的主要方法 在本文2.2节中简单介绍了电力系统潮流计算的基本条件，接下来在此基础上介绍电力系统潮流计算的几种主要方法。2.3.1 牛顿拉夫逊迭代过程的推导 牛顿拉夫逊法(简称牛顿法)在数学上是求解非线性代数方程式的有效方法。其要点是把非线性方程式的求解过程变成反复地对相应的线性方程式进行求解的过程，即通常所称的逐次线性化过程。设有二阶方程组： 已知 ，与真解的差为 ，则得到如下关系式： (2-5)按照泰勒级数展开： (2-6)写成矩阵形式： (2-7)同理，当条件为n维非线性方程组时，可得到修正方程组的矩阵： (2-8)可以缩写为：。其中 为雅克比矩阵，为

20、组成的列向量，为不平衡量的列向量。2.3.2 牛顿拉夫逊法潮流计算方法设网络中有n个节点，一个平衡节点为s。网络中有（m-1）个PQ节点，包括平衡节点s，还有n-m个PV节点。在直角坐标下：将 和 带入 ： (2-9)得到： (2-10) 根据修正方程组的矩阵，可得： = (2-11)其中 (2-12)雅克比矩阵中，各个参数为： (2-13) 当 时： (2-14) 当 时： (2-15)在极坐标下：将 和 带入 ： (2-16)故： (2-17)当采用极坐标时，待求的只有电压的实数部分、虚数部分 和注入的无功功率，未知变量和方程式数均少了（n-m）个。根据修正方程组的矩阵，可得： (2-18

21、)其中 (2-19)雅克比矩阵中 (2-20)当 时： (2-21)当 时： (2-22)通过上述推导，我们得到牛顿拉夫逊算法的基本步骤为： 形成节点导纳矩阵 ； 设各个节点电压的初值 ； 求出修正方程的不平衡量 ； 求出雅克比矩阵各个元素 ； 解修正方程，求出 ； 计算各节点电压的新值： 或 将求出电压的心智自第三步开始进入下一次迭代； 求出平衡节点的功率及线路功率。牛顿拉夫逊计算法的优点在于收敛快，但是在起始估计电压不够精确的情况下，计算常常归于失败13,14。2.3.3 PQ分解法潮流计算方法PQ分解法与牛顿拉夫逊方法有一定的联系，将极坐标下的牛顿拉夫逊法进行重排： (2-23)简写为：

22、 (2-24)接着对修正方程进行简化： 第一个简化：电力网络中，特别是高压电网中，输电线路的电抗比电阻大得多，以至于改变电压相位主要影响各节点的有功功率，改变电压大小主要改变各节点的无功功率。故可以将子阵N、J略去。 第二个简化：一般线路两端电压的相角差不大，即不会过大，再由 ，故近似认为：。 第三个简化：当时，由（2）的化简可得： (2-25)当时，同理由（2）的化简可得： (2-26) 而此时，各节点的无功功率也可以化简为： (2-27)故 其中 ，上式可化为 。虽然两者表达式相同，但是要注意的是前者是（n-1）阶、后者为（m-1）阶。综上： (2-28) (2-29)将变换的H、L带入

23、，得，再化简得： (2-30)故最终可将修正方程化简为： (2-31) (2-32)简写为： (2-33)在计算 时，略去串联元件的电阻；在计算时,忽略接地支路;H和L中的电压均置为1。PQ分解法潮流计算的基本步骤可以概括为： 形成系数矩阵、，并求其逆阵； 设各节点电压的初值； 根据公式求出 ，从而求出； 求解关于的修正方程，进而求出电压相位角； 求出电压相角的新值； 根据公式求出 ，从而求出； 求解关于的修正方程，进而求出； 求出电压大小的新值 ； 根据求出的新值自第三步开始进入下一次迭代； 计算平衡节点功率和线路功率。PQ分解法派生于以极坐标表示的牛顿一拉夫逊法，但是它做了合理的简化，使得

24、运算速度大大提高，是目前计算速度最快的潮流算法。2.3.4 高斯赛德尔迭代法及其改进方法研究牛顿迭代法，我们发现在计算到 时，分量 都已经求得，而仍用旧分量 计算。由于新计算出的分量比旧分量准确些，因此设想一旦新分量求出，就用它们去替代雅克比迭代法中的来求。这就是高斯赛德尔迭代法。其公式如下：(2-34)高斯一赛德尔潮流计算法原理简单，编程实现容易，特别是对于配网潮流有其独特优势。但是，每次迭代求得的节点电压后，应对它们的大小按给定值修正，并根据调整这些节点注入的无功功率。而在牛顿法以及各种解耦法出现以后成了一种边缘性的方法。由于高斯赛德尔的收敛性能较差，当系统规模增大时，迭代次数急剧上升。为

25、提高算法收敛速度，常用的一种方法是在迭代过程中引入加速因子。这就是改进的高斯赛德尔潮流计算法。对的取值目前并无太多的研究成果，只有在1950年，Young提出的最佳加速因子公式： 。为本文中高斯法迭代矩阵， 是 的谱半径( 中绝对值最大的特征值的绝对值)。引入加速因子, 可以大大改善它的收敛速度，减少了高斯塞德尔法潮流计算收敛次数，且附加计算量非常少。2.3.5 总结目前使用得比较广泛的方法时牛顿拉夫逊法潮流计算和PQ分解法潮流计算。在这两个算法中，若为满足高精度要求进行潮流计算，宜选择牛顿拉夫逊法；若为追求系统潮流计算速度，宜选择PQ分解法。而高斯赛德尔法由于在计算大规模系统潮流时，计算时间

26、过长，只适用于小规模系统，故在潮流计算中已慢慢被淘汰。第三章 利用PSS/E进行电力系统潮流仿真3.1 PSS/E概述PSS/E是一款用来研究电力系统稳态和暂态的程序包，它以潮流计算为核心，将优化潮流计算、故障电流分析、稳定计算等集成在一个软件包内4，其关系图如图3-1所示：图3-1 PSS/E功能模块3.2 PSS/E潮流计算功能 PSS/E一共提供了5种潮流计算的方法，牛顿拉夫逊法（Newton-Raphson）、解偶的Newton-Raphson 法、快速的Newton-Raphson法、高斯赛德尔法（Gauss-Seidel）以及改进的高斯赛德尔法4,6,8。这五种方法可以在计算中可以

27、相互切换，如图3-2、3-3： 图3-2 牛顿-拉夫逊法 图3-3 高斯-赛德尔法这五种算法都有各自的特点可参见本文2.3节。3.3 PSS/E数据卡的填写在进行潮流计算时，需要对以下几个方面进行数据卡的填写：3.3.1 母线数据在PSS/E中的每一条母线由一个母线数据记录表示。母线数据记录有以下的格式：表3-1 母线数据卡的填写选项功能I母线数量（1到99997）IDE母线类型编号：1为负荷母线（无发电机）；2为发电机母线节点或电厂节点（或者是电压调节或者是固定MVAR）；3为平衡节点；4为孤立母线 。PL负荷有功功率，视为恒定，单位为MW，缺省值为0。QL 负荷无功功率，视为恒定，单位为M

28、VAR，缺省值为0。BASKV母线基准电压，单位为KV，缺省值为0。ZONE区域（1到999），缺省值为1。3.3.2 发电机数据在PSS/E中，系统中每一个发电机节点或发电厂节点以发电机数据记录来表示。特殊情况下，每一个在母线数据输入时对应类型编号为2或3的母线必须有一个发电机数据记录和它对应。发电机母线数据记录有以下的格式： 表3-2 发电机数据卡的填写选项功能I母线号（1到99997）ID单字符的发电机识别代号（0到9或者A到Z）。缺省值为1。PG发电机的有功出力，单位为MW。缺省值为0。QG发电机的无功出力，单位为MVAR。缺省值为0。QT发电机的最大无功出力，单位为MVAR。对于固定

29、出力的发电机（也就是没有调节），QT必须和固定无功出力相同。缺省值为9999。QB发电机的最小无功出力，单位为MVAR。对于固定出力的发电机，QB必须和固定无功出力相同。缺省值为-9999。 续表3-2VS被控的电压给定值，采用标幺值，缺省值为1。RT,XT升压变压器的阻抗，XTRAN；以标幺值（MBASE为基准）输入。缺省情况下，两者均为0。3.3.3 支路数据PSS/E中每个要表示的交流网络支路通过读入一个支路数据记录来引进。支路数据记录有以下的格式： 表3-3 支路数据卡的填写选项功能I支路的“始端母线”编号。对变压器来说，这个母线是抽头边的母线。J支路的“末端母线”编号。对变压器来说，

30、这个母线是阻抗边的母线。J为负值时说明这个母线是被测端点；否则，母线I为被测端点。R支路电阻，标幺值表示。每个支路都必须输入R的值。X支路电抗，标幺值表示。每个支路都必须输入一个不为0的X的值。B整个支路的充电电导。标幺值表示。缺省值为0。3.3.4 变压器数据变压器的自动调节和移相控制参数在变压器调节数据记录里设定。只有被设定为变压器的支路（也就是说，RATIO值不为0的支路）才可以有变压器调节数据记录。所有的变压器都是可调节的，控制系数可以在源数据读入时或者在随后的GHNG或XCHG功能中指定。任何一个没有提供控制数据的变压器都会被赋予缺省数据。缺省数据将变压器视为固定分接头。变压器调节数

31、据有以下的格式： 表3-4 变压器数据卡的填写选项功能I“始端母线”编号。J“末端母线”编号。CKT回路标识符；以I，J，CKT描述的支路必须是在输入支路数据记录中RATIO值不为0的支路。Winding I/O code变压器的变比可以选择为标幺值，或者实际值来表示。Impendence I/O code变压器的电阻可以选择用标幺值或者实际值来表示。Admittance I/O code变压器的电抗可以选择用标幺值或者实际值来表示。Specified R变压器的电阻。Specified X变压器的电抗。Winding MVA BASE变压器的额定容量。Winding 1 Ratio变压器一次

32、侧的电压，填入实际值或标幺值。Winding 2 Ratio变压器一次侧的电压，填入实际值或标幺值。3.3.5 变压器模型二次变压器的模型可以参考图3-4：图3-4 二次变压器模型一、二次侧电压分别假定为和，电流为和，绕组间交链的磁通为。还有两侧的漏磁通，分别设为、。线圈中的磁通分别可以表示为： （3-1） （3-2） （3-3）在正弦交流情况下，由麦克斯韦定律可得到电压的关系为： （3-4） （3-5）结合以上，可得： （3-6）其中，和为绕组两侧的漏抗，将它们分别定义为、，故公式（3-6）可以改写为： （3-7）由公式（3-7）和已学知识，我们可得到二次变压器的等效电路图，如图3-5：图3

33、-5 二次变压器等效电路图(1) 单位变压器单位变压器两侧绕组的匝数、要满足： （3-8）实际中每个绕组匝数,n1和n2,不一定等于基础匝数，可定义： （3-9）将公式（3-7）除以，可得到单位变压器的绕组侧电压为： （3-10）由公式（3-10）可得到单位变压器的等效电路图为，如图3-6：图3-6变压器等效电路但显然这等效电路不适合一般电力系统分析使用,因为单位阻抗和不是常数。结合公式（3-6）和公式（3-7），可得： （3-11）在改变变压器抽头的位置时，也会改变、和、也会相应变化，实际情况中常常定义两个单位阻抗、，并且假设、不随变压器的抽头变化而变化。其中： （3-12）由去公式（3-1

34、0）和公式（3-12）可得： （3-13）根据公式（3-13），可得到单位变压器的另一个等效图，如图3-7：图3-7 单位变压器的等效电路图目前使用最广泛的是将单位变压器的变比等效为单位匝数比： （3-14a）有变压器两侧电压电流与匝数的关系： （3-14b）将公式（3-13）乘以 ，可得到： （3-15）习惯上用、表示一二侧，故公式（3-15）可改写为： （3-16）设： （3-17）由公式（3-16）得到的等效电路图3-8，这种标准的正序变压器模型被大多数公用数据库使用：图3-8 标准的单位变压器等效图在PSS/E计算中，对于、，通常使用内部计算： （3-18a） （3-18b）（2） 有

35、载调压器有载调压器的等效电路图同图3-8。根据等效图，PSS/E仿真运算中，在使用有载调压器时，切换抽头只影响一侧的绕组的匝数，即j侧的匝数固定为1。例子：一双绕组变压器的变比为230/110KV,则当使用PSS/E输入时，根据公式(3-18b)，得到变比，则使用PSS/E时，输入的变比应该为1.05:1。3.4 算例及其分析本文对电力系统稳态分析中的例题3-4的5节点图进行仿真计算，通过仿真软件PSS/E的数据卡填写后，可自动生成系统电路图。图中包括各个支路的潮流、节点的注入功率以及变压器的变比等数据，如图3-9：图3-9 5节点网络接线图根据题意及分析，图中节点1为平衡节点，节点2-4位P

36、Q节点，剩下的节点5位PV节点。将所有数据归算到标幺值，得节点1的电压为1.1；各个支路的参数见表3-5：表3-5 支路参数标幺值支路1-23-44-5电阻0.0121900.1342980.134298电抗0.0650800.2966120.296612变压器参数见表3-6： 表3-6 变压器参数标幺值变压器1-5（T1）2-3（T2）电阻0.0061980.227273电抗0.0016530.047521容量/MVA60.0000240.0000变比230/110KV230/121KV接着采用PSS/E进行仿真：首先必须建立一个网络，如图3-10：图3-10 网络的建立点击确定后，出现如图

37、3-11对话框：图3-11 基础设定可在如上图所示处设定系统的基准容量和频率，点击OK后，进入到数据卡选择处，如图3-12：图3-12 数据卡填写界面进行电力系统潮流计算需要填写的数据卡有：Bus、Machine、Branch、2 winding（若系统为双绕组变压器，若为三绕组变压器，则为3 winding）。先介绍节点（Bus）的数据填写，具体要求可见3.3.1节，填写过程中不需要的数据可以不填，按照要求填写的数据如图3-13：图3-13 节点数据卡的填写发电机的数据卡填写相同，数据卡填写后如图3-14：图3-14 发电机数据卡的填写同理得到负荷的数据卡，如图3-15：图3-15 发电机数

38、据卡的填写填写支路阻抗的数据需注意：数据均转化为标幺值填入，如图3-16：图3-16 支路阻抗数据卡的填写变压器数据卡中变压器的变比的填写方式可采纳本文3.3.4节中变压器的模型介绍，对于变压器T1，变比为230/110KV,根据式公式(3-18b)得输入的变比t=1.05。对于T2，变比为230/121KV，同理得 。变压器变比的选择如图3-17所示：图3-17 变压器变比填写采用标幺值时，数据卡的填写如图3-18所示：图3-18 变压器数据卡的填写（标幺值）以上就是进行电力系统潮流计算仿真所需要填写的数据。之后，进行仿真计算，点击Power Flow >Solution> So

39、lve（NSOL/FNSL/FDNS/SOLV/MSLV），即可选择所需要的计算方法，如图3-19：图3-19 计算方式的选择本题采用的是牛顿拉夫逊法，进行运算之后的结果如下：各个节点数据如图3-20：图3-20 节点数据各个发电机出力如图3-21：图3-21 发电机数据系统点路图通过PSS/E生成后，如图3-22：图3-22 5节点电路图 各个支路潮流及网损情况如图3-23：图3-23 支路潮流总结：通过PSS/E进行仿真的运算结果与稳态分析书上一致，其优点在于可以随时改变电力系统中的某个数据，模拟各种故障情况，且可以同时从电路图和表格中直观地观察数据。第四章 IEEE39节点系统及其分析4

40、.1 IEEE39节点系统的仿真IEEE39节点的数据卡填写方式同本文3.4节中的算例，进行仿真运算后，得到的数据如下。各个节点数据如图4-1： 图4-1 IEEE39节点系统节点数据各个发电机数据如图4-2： 图4-2 IEEE39节点系统发电机数据 系统电路图通过PSS/E生成，如图4-3：图4-3 IEEE39节点系统电路图将PSS/E对IEEE39节点系统进行仿真后的结果与matpower中39节点的例子进行对比，数据几乎一致，仿真成功。4.2 无功补偿对电压大小的影响当电力系统中各个元件的运行电压为额定电压时才是最经济与最安全的运行方式。然而在系统运行过程中，由于负荷的变化、系统运行

41、方式的改变以及线路中出现的一些故障，有些节点的电压难免会发生偏移，为了保证系统处于正常的状态下运行，必须调整系统中无功电源输出的无功功率，以满足系统中各个节点的电压要求。本论文以IEEE39节点系统为例，探究改变无功补偿对系统中各个节点电压的影响。首先查看正常运行时系统各节点电压越线的情况，操作为Power Flow> Reports>Limit checking reports，如图4-4：图4-4 检查节点电压越线打开之后，选择节点电压越线Out-of-limit bus voltage，本论文将电压的上限和下限分别设为0.95和1.05，接着对所有节点进行检测，如图4-5：图

42、4-5 节点电压越线对话框点击GO之后可以得到系统节点的越线情况，如图4-6： 图4-6 IEEE39节点系统初始电压越线情况由表可知，节点电压标幺值大于1.05的有19、22、25、26、28、29、36，其中36为PV节点，其余均为PQ节点。接下来，可以选择改变某些节点的无功负荷，并观察系统节点的电压变化，以及节点越线情况。改变负荷功率操作为：Power Flow>Changing>Scalegeneration, load, shunt(SCAL),如图4-7： 图4-7 改变负荷功率点击后得到如图4-8对话框： 图4-8 Scale Powerflow Data对话框由图所

43、示，可以选择改变所有节点或者选择个别节点的负荷，点击Select，选择某个节点进行改变，得到如图4-9对话框：图4-9 节点的选择可以选择任意一个节点进行负荷的改变，点击确定之后，如图4-10：图4-10 节点的负荷变化由图可知能够选择改变某节点的有功负荷、无功负荷，或者同时改变两者。点击确定后，相应的节点的负荷发生了相应变化，再进行仿真运算后，可得到负荷改变后的系统的节点以及发电机的参数。IEEE39节点系统中含有三种节点，分别选择其中的个别节点进行无功负荷的变化，记录节点电压的变化，得到表4-1：表4-1 改变节点无功负荷后各节点电压及变化 续表4-1 由上表可知，改变系统各节点的无功负荷

44、时：（1）若改变PV节点及平衡节点的无功负荷，对系统的所有节点的电压大小几乎没有影响；（2）若改变的是PQ节点上的无功负荷，系统中的PV节点和平衡节点的电压并不受影响，但是剩余的PQ节点的电压变化很大。例如，对系统某PQ节点增加无功负荷的输入，会使所有的PQ节点电压减小，并且随着输入的无功功率的增加而使电压下降的越多；反之，若减少对某节点的无功功率输入，则各个PQ节点电压会上升。其中，对于某一PQ节点进行无功功率的变化，其电压大小改变得最明显，与它有支路联系的节点对应电压的变化也较大，而在这些有联系的节点之中，通过变压器相连的节点的电压变化最大。由以上结论，原来IEEE39节点系统中节点电压大

45、于1.05偏多，所以可以选择增加某些节点的无功负荷，从而降低某些节点的电压。在原始系统图中，电压越线节点有19、22、25、26、28、29、36，因为这些节点并不是均有联系，所以可以选择调节多个节点的无功功率，这样各个补偿点所需的无功较少；或者选择只调节单个节点的无功负荷，这样所需补偿的无功较多，这要根据实际情况来选择。若只选择增加节点1的无功功率，可以发现随着其无功负荷的增加，电压越线节点数目逐渐减少。如图4-12和图4-13分别代表在节点1增发无功50Mvar和200Mvar时节点电压越线情况：图4-11 节点1无功负荷增发50Mvar时节点越线情况图4-12 节点1无功负荷增发200M

46、var时节点越线情况由上俩图可知，若只增发节点1的无功负荷，对节点25、26的电压大小影响不明显，若选择继续增发节点1的无功，可能出现部分节点电压过低的情况，同时也不够经济。而节点36由于是PV节点，其电压与自身的发电机有关，不受外界影响。故可以选择性的增发其余节点的无功负荷来达到系统电压要求。综上所述，若想改善系统中某PQ节点的电压大小，可以优先选择改变该节点的无功负荷，或者选择与该节点有关联的PQ节点来进行无功改变。4.3 有功功率对电压相角的影响改变系统节点的有功负荷操作与3.2节改变节点无功负荷相似，具体可见图3-10。然后选择系统中不同类型节点进行有功负荷的变化，观察系统节点相角的改

47、变，将数据记录成表，如表4-2:表4-2 改变节点有功负荷后各节点电压相角及变化续表4-2 由上表可知：（1）当改变平衡节点的有功负荷时，对系统总体的节点电压相角几乎无影响；（2）当改变PV节点的有功负荷时，若增加有功负荷，则各个节点（除平衡节点）的电压相角相应发生滞后；反之，若减少有功负荷，则各个节点的电压相角超前一定角度。其中，对某一PV节点进行有功负荷变化时，其对应的相角变化最大，与其有关联的节点相角变化也很大。（3）当改变PQ节点的有功负荷时，出现了两种情况：当有些节点的有功负荷改变时，与其对应的相角及关联的节点的相角发生了饺大变化，如节点1,；有些节点的有功负荷变化时，所有节点（除了平衡节点）的相角变化几乎一致，如节点6。为了研究该问题，下表记录了PQ节点有功负荷变化时部分支路潮流的变化，见表4-3：表4-3 节点6有功负荷增加时部分线路潮流情况支路初始潮流节点6增发2