9节点电力系统潮流计算解析

1、I力系统分析 课稈设计设 计题目9节点电力网络潮流计算指导教师 院（系、部）电气与控制工程学院专业班级 学号 姓名 日期 电气工程系课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期姓名专业电气工程及其自动化班级课程名称电力系统分析设计题目9节点电力网络潮流计算成绩 评分项目优良中及格不及格设 计 表 现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真2.设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3.独立工作能力强较强能独立设计 完成基本独立设 计完成不能独立设 计完成4.上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以 上设 计 说 明 书5.设计内容设计思路清 晰，结构方 案良好，设 计参数选择 正

2、确，条理 清楚，内容 完整，结果 正确设计思路清 晰，结构方 案合理，设 计参数选择 正确，条理 清楚，内容 较完整，极 少量错误设计思路较 清晰，结构 方案基本合 理，设计参 数选择基本 正确，调理 清楚，内容 基本完整， 有少量错误设计思路基 本清晰，结 构方案基本 合理，设计 参数选择基 本正确，调 理清楚，内 容基本完 整，有些错 误设计思路不 清晰，结构 方案不合 理，关键设 计参数选择 有错误，调 理清楚，内 容不完整， 有明显错误6.设计书写、字 体、排版规范、整洁、 有条理，排 版很好较规范、整 洁、有条理， 个别排版有 问题基本规范、 整洁、有条 理，个别排 版有问题基本规范

3、、 整洁、有条 理，排版有 问题较多不规范、不 整洁、无条 理，排版有 问题很大7.圭寸面、目录、/、 /、4 卜参考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图 纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10.绘图工程标 准符合标准较符合标准基本符合标 准个别不符合 标准完全不符合 标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一 等级；如优秀评定，设计内容要符合 5,其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良好,以此类推。最

4、终成绩:评定教师签字:目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document PSAS嗽件简介0 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document PSASP平台的主要功能和特点 0PSASP勺平台组成1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 牛顿拉夫逊潮流计算简介 2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 牛顿拉夫逊法概要 2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document

5、直角坐标下的牛顿拉夫逊潮流计算 4牛顿拉夫逊潮流计算的方法 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 九节点系统单线图及元件数据 6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 九节点系统单线图 6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 系统各项元件的数据 7 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 潮流计算的结果 9 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 潮流计算后的单线图

6、 9 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 潮流计算结果输出表格 9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 结论 13电力系统分析课程设计任务书9节点系统单线图如下：GEN2-23CSTMAiji基本数据如下:表1母线数据母线名基准电压区域号电压上限电压下限发电116.5000218.150014.8500发电218.000119.80016.2000发电313.8000115.180012.4200GEN1-230230.00020.00000.0000GEN2-230230.00010.00000.

7、0000GEN3-230230.00010.00000.0000STNA-230230.00020.00000.0000STNB-230230.00020.00000.0000STNC-230230.00010.00000.0000表2交流线数据数据组I侧母线J侧母线编 号所属 区域单位正序电阻正序电抗正序充电电纳的1/2常规GEN1-230STNA-2301侧标么0.0100000.0850000.088000常规STNA-230GEN2-2302侧标么0.0320000.1610000.153000常规GEN2-230STNC-2303侧标么0.0085000.0720000.074500

8、常规STNC-230GEN3-2304侧标么0.0119000.1008000.104500常规GEN3-230STNB-2305侧标么0.0390000.1700000.179000常规STNB-230GEN1-2306侧标么0.0170000.0920000.079000表3两绕组变压器数据数据组1侧线母线J侧母线编号连接方式单位正序电阻正序电抗常规发电1GEN1-2307三角形/星形接地标么0.0000.05760常规发电2GEN2-2308三角形/星形接地标么0.0000.06250常规发电3GEN3-2309三角形/星形接地标么0.0000.05860两绕组变压器数据（续表）激磁 电

9、导激磁 电纳变比I侧主抽 头电压J侧主抽 头电压J侧抽头 级差J侧抽头 位置J侧最大 抽头电压J侧最小 抽头电压0.0000.0001.0016.5230.01.259253.00207.000.0000.0001.0018.0230.02.53241.50218.500.0000.0001.0013.8230.02.53241.50218.50表4发电机数据数据组母线名母线单位额定容量额定功率有功发电无功发电母线电母线电类型(MVA)(MW)1压幅值压相角常规发电1V9标么100.0222.750.0000.001.04000.00常规发电2PV标么100.0172.81.6301.001.

10、02500.00常规发电3PV标么100.0115.20.8501.001.02500.00负荷数据数据组母线名编号母线类型单位有功负荷无功负荷常规STNA-230300PQ标么1.2500.500常规STNB-230301PQ标么0.9000.300常规STNC-230302PQ标么1.0000.350表5区域数据区域名区域号区域一11区域一221 PSASP 软件简介“电力系统分析综合程序” （Power System Analysis Software Package,PSA）SP 是一套历史悠久、 功能强大、 使用方便的电力系统分析程序， 是高度集成和开发 具有我国自主知识产权的大型软

11、件包。基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，PSASF可进行电力系统（输电、供电和配电系统）的各种计算分析，目前包括十多个计算 机模块，PSASP勺计算功能还在不断发展、完善和扩充。为了便于用户使用以及程序功能扩充，在 PSASP7.0中设计和开发了图模一 体化支持平台， 应用该平台可以方便地建立电网分析的各种数据， 绘制所需要的 各种电网图形（单线图、地理位置接线图、厂站主接线图等）；该平台服务于 PSASP 的各种计算，在此之外可以进行各种分析计算，并输出各种计算结果。1.1 PSASP 平台的主要功能和特点PSASPS模一体化支持平台的主要功能和特点可概括为：图模支持

12、平台具备 MDI 多文档操作界面，是一个单线图图形绘制、元件 数据录入编辑、各种计算功能、结果显示、报表和曲线输出的集成环境。用户可 以方便地建立电网数据、 绘制电网图形、 惊醒各种分析计算。 人机交互界面全部 汉化，界面良好，操作方便。真正的实现了图模一体化。可边绘图边建数据，也可以在数据已知的情 况下进行图形自动快速绘制；图形、数据自动对应，所见即所得。应用该平台可以绘制各种电网图形，包括单线图、地理位置接线图、厂 站主接线图等。所有图形独立于各种分析计算，并为各计算模块所共享； 可在图形上进行各种计算操作，并在图上显示各种计算结果； 同一系统可对应多套单线图，多层子图嵌套； 单线图上可细

13、化到厂站主接线结构；可定义各种模板，通过模板自动生成厂站主接线图及其数据； 各种电网图形基于统一的图形组态定义，实现了各类元件样式的灵活定 义和扩展。具备安全的数据构架，进行了层次化的数据保护，保证了电网数据和图 形的安全性和一致性。该平台是开放的，基于该平台的应用软件（计算模块）的接入为“即插即用式”，便于对PSASB进行功能扩充。便于PSASP程序模块定制剪裁及功能扩 充，适应PSASP不断发展的需要。通过与实际厂站中物理元件的对应，实现 PSASP与在线数据接口。平台 可接入SCADA/EMS等实际量测信息，实现PSASF在线分析计算。兼容PSAS咯种版本的数据；提供与BPA IEEE格

14、式的数据接口。使用标准 Qt 图形库支持，保证了程序的多平台兼容性，可运行于Windows、Linux、UNIX操作系统下。除PSASP之外，该平台还可作为在线动态安全评估（DSA、调度员培训 模拟（DTS等系统的运行支持平台。向AutoCAD MatLab、ExceI等通用软件开发。1.2 PSASP 的平台组成PSASP7.图模一体化平台包括：基础数据库单线图地理位置接线图厂站主接线图计算作业数据库实时数据库用户自定义建模实时数据库是满足实时要求的主内存数据库， 由于不需要在数据库文件和缓 冲池间交换数据以及数据库缓存管理， 实时数据库的处理速度和响应能力均优于 商业数据库。2 牛顿拉夫逊

15、潮流计算简介牛顿拉夫逊法概要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。 自从20世纪 50年代计算机应用于电力系统以来， 当时求解潮流的方法是以节点 导纳矩阵为基础的逐次代入法， 后来为解决节点导纳法的收敛性较差的问题， 出 现了以阻抗矩阵为基础的逐次代入法， 到了20世纪 60年代，针对阻抗法占用计 算机内存大的问题又出现了分块阻抗法及牛顿拉夫逊法。 牛顿拉夫逊法是数 学上解决非线性方程式的有效方法， 有较好的收敛性，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，成为广泛研究非线性问题的潮流计算方 法。牛顿拉夫逊法是常用的解非线性方程组的方法， 也是当前

16、广泛采用的计算潮流的方法，其标准模式如下 设有非线性方程组21)f 1 x1,x2, ,xn y1f2 x1,x2, ,xn y2f n x1,x2, ,xn yn其近似解为x1 , x2 ， ，Xn。设近似解与精确解分别相差， X2，Xn，则如下的关系式应该成立f1(0)X1(0)X1,X2X2,(0) ,XnXny1f2(0)X1(0)X1,X2X2,(0) ,XnXny2（22）fn(0)X1(0)X1,X2X2,(0) ,XnXnyn上式中的任何一式都可按照泰勒级数展开。以第一式为例，(0) (0) (0)i XiXi，X2X2，Xn(0) (0) i Xi X ,fifiX20fiX

17、iXi0X2XnXn0(0)，XnXni( 2 3)yififi fiXi0X20Xn分别表示以式中:0包含i则是i0Xi0I，X2，Xn0代入这些偏导数表示式时计算所得,Xi ， X2 ，Xn的高次方与仁的高阶偏导数乘积的函数。如近似解X(0)与精确解相差不大，则Xi的高次方可略去，从而1也可略去，由此可以得到一组线性方程组，常称为修正方程组。它可以用矩阵的形式表示yif iy2 f 2(0) (0)Xi -X2 ,(0) (0)Xi -X2 -(0)Xn(0)、Xnynfn(0) (0)Xi X，(0) XnfififiXi0X20Xn0f 2f 2f 2Xi0X20Xnfnfnfn|Xi

18、0X20Xn00J xXiX2Xn或者简写为式中：j称为函数f的雅可比矩阵；X为由i平衡量的列向量。将Xi(0)(2 4)(2 5)Xi组成的列向量；f则称不代入，可得f、J中的各元素。然后用任何一种解线性代数方程的方法，可求得X(0)，从而求得经第一次迭代后Xi的新值XiX(0)X(0)。再将求得的X(i)代入，又可求得f、J中各元素的新值，从而解得xJ以及XXiXi)。如此循环不已，最后可获得对初始式子足够精确的解直角坐标下的牛顿拉夫逊潮流计算把牛顿法用于潮流计算， 要求将潮流方程改写成形如方程式 （21）所示的 形式。节点电压和导纳可表示为将上述表示式代入 Pi jQiUiYijeij

19、f iGij j Bij(26)nUij1YijU j 的右端，展开并分出实部和虚部，便可得PineiGij ejj1Bij f jnij1Gij f j BijejQini Gij ej j1Bij f jneij1Gij f j Bijej27)按照节点的分类，PQ节点的有功功率和无功功率是给定的，第 i个节点的给定功率设为pis和Qis。假定系统中的第1,2,3,，m节点为PQ节点，对其中的每一个节点可列方程PiPisPiPiseinGij ejj1Bijfjnf iGij f jj1Bij ej0QiQisQiQisfinGij ejj1BijfjneiGij f jj1Bij ej0

20、i1,2,3,m（28）PV节点的有功功率和节点电压幅值是给定的。假定系统中的第m+1，m+2,，n 1号节点为PV节点，则对其中每一节点可以列写方程nnPi PisPiPiseiGij ejBij f j f iGijf jBij ej0j 1 j 129)i m 1,m 2, ,n 1第 n 号节点为平衡节点，其电压 U n en j f n 是给定的，故不参加迭代。式(28)和(2 9)中总共包含了 2 (n 1)个方程，待求变量有ei,1 , f ，也是2 (n 1)个。同时可以看到方程式(28)n1和( 29)已经具备方程组( 24)的形式W J U(210)再将上式用雅可比的矩阵方

21、程组来表示出来， 用牛顿拉夫逊法依次迭代数 据求得精确的潮流计算。 这一方法在当代的电力系统计算和分析中得到了广泛的 应用和开发。牛顿拉夫逊潮流计算的方法 形成了雅可比矩阵后并建立了修正方程式， 运用牛顿拉夫逊法计算潮流的 核心问题已解决， 已有可能列出基本计算步骤并编制流程图。 显然，其修正方程 式有两中不同表示方式，但牛顿拉夫逊法潮流计算的基本步骤却大体上一致， 如下几步：形成节点导纳矩阵 YB ；设各节点电压的初值 ei(0)， f i(0)；将各节点电压初始值代入式( 29)中，求修正方程式中的不平衡量P(0)，Q(0)和 U(0)2 ；将各节点电压的初值代入雅可比矩阵表达式中，求修正

22、方程式的系数 矩阵；(0)ei、( 5)解修正方程式，求各节点电压的变化量，即修正量 ( 6 )计算各节点电压的新值，即修正后的值(211)(0) (0) (0) (0) ei ei ei ； f i f i f i( 7 )运用各节点电压新值顺次进行下一次迭代；( 8)计算平衡点功率和线路功率。其中平衡点功率为Ss? nUs YisUii 1Ps jQs(212)线路功率为Sij?UilijPijjQjSji?U jIjiPjijQji(213)从而，线路上损耗的功率为Sj Sj SjiPj j Qj（214）3九节点系统单线图及元件数据3.1九节点系统单线图3.2系统各项元件的数据各项数据

23、如下表所示:表3 1母线数据母线数据报表母线名所属分区厂站名基准电压电压上限电压下限发电12发电厂116.518.1514.85发电21发电厂21819.816.2发电31发电厂313.815.1812.42GEN1-2302发电厂123000 1GEN2-2301发电厂223000 1GEN3-2301发电厂323000 1STNA-2302发电厂123000 1STNB-2302发电厂123000 1STNC-2301发电厂223000表3 2交流线数据交流线数据报表数据组I侧节点名J侧节点名编号单位R1X1B1/2所属区域BASICGEN1-230STNA-23010010.010.08

24、50.0881BASICSTNA-230GEN2-23010110.0320.1610.1531BASICGEN2-230STNC-23010210.00850.0720.07451BASICSTNC-230GEN3-23010310.01190.10080.10451BASICGEN3-230STNB-23010410.0390.170.1791BASICSTNB-230GEN1-23010510.0170.0920.0791BASICGEN1-230STNA-23010610.010.0850.0881BASICSTNA-230GEN2-23010710.0320.1610.1531表3

25、3两绕组变压器数据两绕组变压器数据报表数据组I侧节点名J侧节点名编号I侧连接方式J侧连接方式单位R1X1BASIC发电1GEN1-230200DYG100.0576BASIC发电2GEN2-230201DYG100.0625BASIC发电3GEN3-230202DYG100.0586BASIC发电1GEN1-230203DYG100.0576BASIC发电3GEN3-230204DYG100.0586Gm Bm Tk ViO(kV) Vjstep J侧最大抽头电压 J侧最小抽头电压 VjO(kV)Vjpos00116.51.25253207230900113.82.5241.5218.5230

26、3001182.5241.5218.5230300116.51.252532072309001182.5241.5218.52303两绕组变压器数据（续表）表3 4发电机数据发电机数据报表单数据组发电机节点节点类型位PQ电压幅值电压相角Sn(MVA)Pn(MW)BASIC发电101001.040100222.75BASIC发电2-111.6311.0250100172.8BASIC发电3-110.8511.0250100115.2表3 5负荷数据负荷数据报表数据组负荷节点名负荷编号单位PQBASICSTNA-23030011.250.5BASICSTNB-23030110.90.3BASICS

27、TNC-230302110.35表3 6区域、分区/数据区域数据报表数据有效标记区域号区域名11全网12全网分区数据报表所属区域编号分区编号分区名称11区域一122 区域一24潮流计算的结果4.1潮流计算后的单线图O,0!itjO QS4+1CU5-0-d g-jO 口O.S5jO. 2?LK51 oraEL-iCi.2SU.i&+jD OS图4 1.潮流计算后的单线图4.2潮流计算结果输出表格经单线图绘制完成，检查无误，潮流计算后表格输出的结果如下:表4 1潮流计算摘要信息表潮流计算摘要信息报表PSASP( Load Flow) EPRI， China潮流计算日期： 2013/06/24 时

28、间：18:21:59作业名：作业_1作业描述：计算方法：Newton(Power Equation)( 牛顿法(功率式)基准容量：100.0000允许误差：0.000100母线:本系统9上限5000发电机：31500负荷：33000交流线：86000直流线：020两绕组变压器：56000三绕组变压器：02000UD模型调用次数：0200UP调用个数：010表42结果综述表结果综述报表作业名：作业_1计算日期：2013/06/24 时间：18:21:59 单位：p.u.厂站总有功发电总无功发电cos 0 g总有功负荷总无功负荷cos 0 l总有功损耗总无功损耗发电厂10.702-0.00912.

29、150.80.9370.0170.013发电厂21.63-0.1690.99510.350.9440.0050.16发电厂30.85-0.2690.9530000.0090.022表43物理母线计潮流算结果物理母线作业名：作业_1单位：p.u.区域全网计算日期：2013/06/24 时间：分区区域一118:21:59厂站发电厂2母线名称电压幅值电压相角GEN2-2301.040142.4985STNC-2301.02489-0.0019发电21.02517.9842区域分区厂站全网区域一1发电厂3母线名称电压幅值电压相角GEN3-2301.033011.8264发电31.025023.1752

30、区域分区厂站全网区域一2发电厂1母线名称电压幅值电压相角GEN1-2301.04042-1.07STNA-2301.03368-1.7112STNB-2301.02347-2.9522发电11.040表4 4发电机潮流计算结果发电机作业名：作业_1计算日期：2013/06/24 时间：18:21:59 单位：p.u.区域分区厂站全网区域一2发电厂1发电机名称母线名类型有功发电无功发电功率因数*Gen_1发电1V90.7016-0.00850.99993区域分区厂站全网区域一1发电厂2发电机名称母线名类型有功发电无功发电功率因数*Gen_2发电2PV1.63-0.16860.99469区域分区厂

31、站全网区域一1发电厂3发电机名称母线名类型有功发电无功发电功率因数*Gen_3发电3PV0.85-0.26940.95327表4 5负荷潮流计算结果负荷结果报表作业名：作业_1计算日期：2013/06/24 时间：18:21:59 单位：p.u.区域分区厂站全网区域一2发电厂1负荷名称母线名类型有功负荷无功负荷功率因数*Load_1STNA-230PQ1.250.50.92848*Load_2STNB-230PQ0.90.30.94868区域分区厂站全网区域一1发电厂2负荷名称母线名类型有功负荷无功负荷功率因数*Load_3STNC-230PQ10.350.94386表4 6交流线潮流计算结果

32、交流线结果报表作业名作业_1计算日期：2013/06/24 时间：18:21:59单位：p.u.区域分区全网区域一2交流线名称I侧母线J侧母线I侧电压I侧有功i侧无功J侧电压J侧有功J侧无功*AC_1GEN1-230STNA-2301.040420.1493-0.02961.033680.14910.1576*AC_6STNB-230GEN1-2301.02347-0.4002-0.19111.04042-0.403-0.0379*AC_7GEN1-230STNA-2301.040420.1493-0.02961.033680.14910.1576区域分区全网分区间交流线名称I侧母线J侧母线I侧电压I侧有功i侧无功J侧电压J侧有功J侧无功*AC_2STNA-230GEN2-2301.03368-0.4761-0.09231.04014-0.4830.2018*AC_5GEN3-230STNB-2301.033010.5095-0.22831.023470.50.1086*AC_8STNA-230GEN2-2301.03368-0.4761-0.09231.04014-0.4830.2018区域分区全网区域一1交流线名称I侧母线J侧母线I侧电压I侧有功I侧无功J侧电压J侧有功J侧无功*AC_3GEN2-