电力系统基于pscad的潮流计算程设计正文

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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把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，把握潮流计算是十分重要和必要的。

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，功率的分布和分派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状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状况。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，为了战胜这些缺点，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。

战胜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，牛顿法中利用了最正确顺序消去法以后，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-Rotor）。

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：

LumpA：125+j50MVALumpB：90+j30MVALumpC：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。电路图如下图。

图2.1WSCC三机九节点系统

3PSCAD仿真软件简介

PSCAD是一种有效的用户图形界面,能够显著地提高电力系统电磁瞬时

模拟研究的效率。利用PSCAD家族的软件工具,使得电力系统工程师能够充分利用现代微机工作站的资源,更为有效地使用马尼托巴高压直流研究中心的

EMTDC瞬时模拟软件。该族软件还可作为该中心的实时数字模拟器(RTDS)

的用户界面。

PSCAD由下述软件模块构成:

档管理系统、建模(DRAFT)模块、架空线(T-LINE)和电缆(CABLE)模块、运行(RUNTIME)模块、单曲线绘图(UNIPLOT)和多曲线绘图(MULTIPLOT)模块

PSCAD编写使其适合在基于UNIX操作系统并具有X窗口环境的微机

工作站上运行。PSCAD具备自己的软件支持因而不需要用户再安装其他支持软件。建议使用的系统至少应具备16MB的内部RAM。安装的PSCAD软件需占用不到10MB的磁盘存储空间。软件同时支持单色和彩色监视器。假使要运行EMTDC模拟软件,用户应提供FORTRAN77(F77)编译器。硬拷贝输出采用PS格式。建模模块中的图形可通过接受HP-GL命令的绘图仪输出。

PSCAD代表电力系统计算机辅助设计，PSCAD的开发成功，使得用户

能更便利地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统繁杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。PSCADV11988年首先在阿波罗工作站上使用，然后大约在1995年

PSCADV2开始应用。PSCADV3以PCWindows作为平台，在1999年面

世。目前最新版本的是PSCADV4.2.1。用户可以通过调用随EMTDC主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构。EMTDC的威力之一是可以较为简单地模拟繁杂电力系统,包括直流输电系统和其相关的控制系统。所以PSCAD是电力专业十分有用的仿真软件，我们组的课题系统节点较多，传统的手工计算显然不切实际，于是利用PSCAD仿真运行出结果就成了本次课程设计最为关键的一个环节。

4课程设计的系统仿真总图与仿真波形图4.1系统仿真图

系统PSCAD仿真总接线图如下图4.1所示。

图4.1系统仿真图

4.2输出端显示图

输出端显示如图4.2所示，点击最右边放大图标可以查看各节点参数分布状况。

图4.2输出端显示图

4.3仿真波形图

下面几张图分别为母线5上的有功功率分布（图4.3和图4.4），母线6上的无功功率分布（图4.5和图4.6）。

图4.3母线5上有功功率分布

图4.4母线上5上有功功率分布

图4.5母线上6上无功功率分布

图4.6母线上6上无功功率分布

总结

潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及其相角）、网络中的功率分布及功率损耗等。潮流计算的已知条件寻常是电源点的电压和负荷点的功率，待求的是电源点以外的各节点电压和功率分布。可以采用逐步迫近的方法，将每一轮的计算分两个步骤进行：第一步，从负荷点开始，逆着功率传送的方向，计算各支路的功率损耗和功率分布；其次步，从电源点开始，顺着功率传送的方向，计算各支路的电压下降（或电压损耗）。

通过这次的课程设计