基于PSCAD的电力系统稳态分析课程设计

1、摘要随着科学技术的发展，电已经与人们的生活密切相关。建立一个结构合理的大型电力系统，不仅有利于电力生产和用电的集中管理、统一调度和分配，降低总装机容量，节约电力设施投资，而且有利于合理开发利用本地区的能源，更大程度上满足本地区国民经济日益增长的用电需求。电力系统的规模和技术水平已经成为一个国家经济发展水平的标志之一。电力系统稳态分析包括潮流分析和静态安全分析。潮流计算是针对电力系统的稳定运行模式，而静态安全分析是研究在各种运行模式下，单个系统元件退出运行后的系统状况。牛顿-拉夫逊法是数学中求解非线性方程的典型方法，具有良好的收敛性。基于导纳矩阵解决电力系统潮流计算问题。因此，只要在迭代过程中尽

2、量保持方程系数矩阵的稀疏性，牛顿法的功率流率就可以大大提高。本设计采用电力系统仿真软件pscad，可以直观地看到电力系统运行时的潮流分布，从而完成课程设计的要求。关键词：潮流计算；稳态分析；pscad目录摘要一1主题1的内容要求和目的1.1项目要求.11.2主题的内容.11.3项目目的牛顿拉夫森方法简介2.1牛顿-拉夫森方法的原理22.2潮流计算流程图33方案设计43.1方案4概述3.2项目设计图纸4系统调试和模拟54.1 PSCAD 5简介4.2模拟和调试65摘要7参考文献8附录91课题的内容要求和目标1.1项目要求(1)熟悉PSCAD软件；(2)编制潮流计算流程图；(3)建立系统接线图的仿

3、真流程；(4)获得仿真结果。1.2主题内容主题5:如图1.1所示，5节点系统是已知的，节点5是平衡节点，节点1是节点，其余是节点。参考的标准化分支数据如表1所示。给定电压的初始值见表1.1收敛系数。尝试找到：图1.1-5具有5个节点的简单电源系统表1网元参数标称值树枝抵抗电抗传输线变压器比k120.060.180.0201-30.050.160.0201-40.040.121.051-50.020.060.0252-30.010.040.0102-50.080.240.0253-40.080.240.025节点I123451.0 j0.01.0 j0.01.0 j0.01.0 j0.01.05

4、 j0.01.3项目目的(1)掌握牛顿-拉夫逊法潮流计算的基本原理；(2)掌握并能熟练使用PSCAD软件；(3)通过课程设计，学生可以巩固电力系统三相短路计算的基本原理和方法，掌握短路电流的数值求解方法(节点导纳矩阵、修正方程)，开发系统牛顿拉夫逊法计算程序。让学生掌握计算机仿真分析电力系统的方法。同时，通过软件开发，也有助于提高计算机操作能力和软件开发能力。牛顿-拉夫逊方法简介2.1牛顿拉夫森原理设r为f(x)=0的根，选择x0作为r的初始近似值，将交点(x0，f(x0)作为曲线y=f(x)的切线l，l的方程为y=f(x0)f(x0)(x-x0)，计算出l与x轴交点的横坐标x1=x0-f(x

5、0)/f(x0)，将x1称为r的近似值，交点(x1，f(x1)为曲线y=f的切线并且切线和x轴之间的横坐标x2被计算为x1-f (x1)/f (x1)，这被称为x2作为r的二次近似。重复上述过程以获得r的近似序列，其中x (n 1)=x (n)-f (x (n)/f (x (n)，被称为r的n 1近似，并且上述公式被称为牛顿迭代公式。解非线性方程f(x)=0的牛顿法是线性化非线性方程的一种近似方法。将点x0附近的f(x)展开为泰勒级数f(x)=f(x0)(x-x0)f(x0)(x-x0)2 * f(x0)/2！取其线性部分作为非线性方程f(x)=0的近似方程，即泰勒展开的前两项，然后f (x0

6、) f (x0) (x-x0)=f (x)=0。如果f(x0)0，则它的解是x1=x0-f (x0)/f (x0)。由此，得到牛顿法的迭代序列：x (n1)=x (n)-f (x (n)/f (x (n)。2.2潮流计算流程图参照电力系统分析中的计算过程和原理，可以画出如下程序流程图。不是计算雅可比矩阵的每个元素计算平衡节点功率和所有线路功率输入原始数据形成节点导纳矩阵给定初始节点电压值k 0计算求解修正方程k 1 k输出图2.1潮流计算流程图3方案设计3.1计划概述考虑到课程设计是基于电力系统仿真软件pscad，我们首先确定了设计的总体框架，然后设计了模块，包括系统的输出测量模块，来测量每条

7、母线上的电压、电流、有功和无功功率，我们可以直观地看到每一个量的变化曲线，并根据课题要求修改参数，从而完成设计内容。3.2项目设计图纸根据项目要求，项目设计图纸如图3.1所示。图3.1项目设计从上图中，我们可以看到整个模块的模型。每条母线之间的线路采用型等效电路和装置采集每条母线上的信号，通过图表可以观察到潮流分布。4系统调试和仿真4.1 pscad简介丹尼斯伍德福德博士于1976年在加拿大曼尼托水电局完成了第一版EMTDC。它是一种广泛应用于世界各国的电力系统仿真软件。PSCAD是它的用户界面。PSCAD的成功开发使用户更容易使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部件的可视化成为可能

8、，该软件可作为实时数字仿真器的前端。它可以模拟任何大小的交流/DC系统。操作环境：UNIX操作系统，Windows95，98，NT；Fortran编辑器；浏览器和协议。随着我国电力工业的发展，PSCAD在理论研究和现场工作中得到了广泛的应用。emtdc程序是目前世界上广泛使用的一种电力系统仿真分析软件。它不仅可以研究交直流电力系统问题，还可以作为通用工具完成电力电子仿真及其非线性控制。Pscad(电力系统计算机辅助设计)是EMTDC的预处理器。用户可以在面板上构建电气连接图，输入每个组件的参数值，运行时通过FORTRAN编译器编译连接。运行结果可以随着程序运行的进程在PLOT中实时生成曲线，检

9、查计算结果是否合理，并可以与MATLAB接口。EMTDC/PSCAD主要用于电力系统的时域和频域仿真。其典型应用是计算电力系统受到扰动或参数变化时，电气参数随时间的变化规律。此外，EMTDC/PSCAD还可广泛应用于高压直流输电、FACTS控制器设计、电力系统谐波分析和电力电子仿真。该软件也可用作实时数字模拟器(RTDS)的前端。此外，EMTDC/PSCAD还具有强大的定制功能，用户可以根据自己的需要创建具有特定功能的设备。实时回放系统是一个基于电磁暂态仿真软件的测试系统。结合EMTDC/PSCAD计算产生的结果(信号)，可以对继电保护系统、控制系统和监控系统进行测试。4.2模拟调试点击运行键

10、可获得下图：图4.1总线1和2上的配电图从图4.1中，我们可以清楚地看到母线1和2上有功功率和无功功率的分布以及瞬时电压和相角的变化。图4.2总线3和4上的配电图从图4.2中可以看出，母线上的有功功率和无功功率在开始时波动，最终稳定，波形近似呈直线。就整个模拟过程而言，我们遇到了一些小问题。例如，编译时出现错误。我们通过错误提示发现了这个问题。原来测量装置的信号标签与图不符，标签命名也有一定要求。最后，通过改变信号标签实现了仿真。另一个是有些人看不到波形，最后通过改变垂直和水平坐标的大小解决了这个问题。总体来说，该仿真基本满足要求。5摘要我的小组的任务是用牛顿-拉夫逊法计算五节点系统的功率流。

11、主要用于设计图纸的设计。可以说，我第一次收到这种题目，并使用pscad来模拟电力系统。我真的不知道从哪里开始。我从图书馆借了一些关于pscad的书，然后上线和下线来完成这些前期工作。下一步是画一张设计图，然后根据一些数据修改它。后来，人们发现总有无法模拟的错误。幸运的是，老师寄来的参考资料后来被发现了。然而，当它完成时，人们发现虽然它可以被模拟，但不清楚如何阅读图片。幸运的是，只有在阅读了参考书后才清楚。总之，本课程设计取得了很大的成绩。我对pscad软件有初步的了解，有一个通用的模拟过程和不断的修改来满足系统的要求。同时，我意识到pscad是广泛和深刻的，我一定会在未来进一步学习。在这个过程中，我也明白，只要我用心、认真、坚持不懈地去做，我就会发现新的发现和意想不到的收获。这对今后电力系统暂态分析和毕业设计有很大帮助。参考1杨贺-赞。电力系统稳态分析M。武汉：华中科技大学出版社，2002。2电力系统计算M。北京：水利电力出版社，1993.123于永元，杨文琪。电力系统分析M。北京：中国电力出版社，2004.34 PSCAD实验说明。谢