电力系统分析课设

1、目录第一章 PSASP简介11.1 PASP简介11.2 PSASP结构、功能及特点11.3 PSASP的使用方法2第二章 牛顿拉夫逊潮流计算的基本原理32.1 牛顿-拉夫逊法的基本原理32.2 牛顿-拉夫逊法潮流计算的修正方程62.3 潮流计算的基本特点7第三章 单线图及元件数据93.1 基本数据如下：93.2 单线图103.3 潮流计算结果输出报表11结 论15参考文献16摘 要电力系统的出现，使高效，无污染，使用方便，易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生率第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准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

2、分析包括潮流计算和静态安全分析。电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流与功率及网损。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。关键词：电力系统 潮流计算 牛顿-拉夫逊法第一章 PSASP简介1.1 PASP简介电力系统分析综合程序（Pow

3、er System Analysis Software Package）简称PSASP。是一套历史长久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序，它具有我国自主知识产权，是资源共享，使用方便，高度集成和开放的大型软件包。PSASP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，可进行电力系统(输电、供电和配电系统)的各种计算分析 。1.2 PSASP结构、功能及特点1、结构：基于公用数据和模型的三层体系结构 。第一层：公用数据和摸型的的资源库 ；第二层：基于资源库的应用程序包 ；第三层：计算结果库和分析工具 。文本和图形两种录入编辑方式的电网基础数据库 ，是支持 PSASP 各种计算的公

4、用数据 ，包含发电机、变压器、交流线、负荷、直流线、静止无功补偿器等电网基本元件 ，有文本和图形两种数据录入编辑方式 ，可提供各种分析计算的基本数据支持 ，可按地区、年度、运行方式从中抽取计算的基本数据 ，直观方便、功能强大的用户自定义模型方法 。PSASP 设计了功能强大的用户自定义(UD)建模方法，提供了自行建模来研究电力系统新设备、新装置的得力工具。近年来国内多所大学和科研单位应用PSASP 的UD功能做了大量的研究工作。 所谓用户自定义建模方法是在无须了解程序内部结构和编程设计的条件下，用户可按自己计算分析的需要，用工程技术人员熟悉的概念和容易掌握的方法，设计各种模型，使其在原则上可以

5、灵活模拟任何系统元件、自动装置和控制功能。为扩充PSASP的功能，向用户开放提供非常有力的工具 。可自由建立任何元件的模型（电源、负荷、各种控制保护装置、FACTS元件等），作为各种计算的模型库，直观方便的文本和图形两种模型编辑方式。1、 基于公用资源的交直电力系统分析程序包，有以下应用功能： 潮流计算 、暂态稳定 、短路电流 、网损分析 、电压稳定 、静态安全分析 、静态和动态等值 、直接法暂态稳定 、小干扰稳定 、最优潮流和无功优化 、参数优化协调 、继电保护整定与仿真 。2、 主要特点：交直流混合电力系统 、交直流混合电力系统 、固定模型库和用户自定义模型库支持 、提供用户程序接口，实现

6、与用户程序联合运行 、文本和图形两种运行模式及多种形式的结果输出 、开放友好的用户程序接口环境 。PSASP提供用户程序接口(UPI)环境，使PSASP模块和用户程序模块联合运行，共同完成某一计算任务UPI为用户提供了更加自由，更加开放的环境，即通过编程(语言工具不限 如FORTRAN，C+等)。利用Windows操作系统提供的动态连接库(DLL)支持，可以使UPI方式与PSASP内部的固定模型方式，在计算精度和时间上达到同样的效果 。近年来，不少单位应用UPI做了很多富有成效的科研工作 。 1.3 PSASP的使用方法（1） 输入电网数据，形成电网基础数据库及元件公用参数数据库，也可使用用户

7、定义模型UD，在此可以将数据合理组织成若干数据组，以便下一步形成不同的数据方案。文本支持环境：点击“数据”菜单项，执行“基础数据”和“公用参数”命令，可依次输入电网元件的参数。图形支持环境：在“编辑模式”下，利用工具箱，输入电网接线图。作图时，若元件参数尚未输入，会自动弹出相关数据录入窗口，此时输入数据即可。注意：两种环境下，均应先输入母线数据，再处理其他元件。（2） 方案定义：从基础数据库中抽取数据组，组成不同方案，以确定电网的规模、结构和运行方式。文本支持环境：点击“计算”菜单选项，执行“方案定义”命令。图形支持环境：“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“方案定义”命令。（3） 数据检

8、查：对确定的电网结构进行检查，检查网架结构的合理性，计算规模是否超出范围。文本支持环境：点击“计算”菜单项，执行“数据检查”命令。图形支持环境：“运行模式”下，点击“作业”菜单选项，执行“数据检查”命令。（4） 作业定义：给出作业控制信息，明确具体的计算任务。文本支持环境：点击“计算”菜单项，执行“短路”命令。图形支持环境：“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“短路”命令。（5） 执行计算：文本支持环境：在上述“短路计算信息”窗口完成作业定义之后，点击“计算”按钮即可。图形支持环境：“运行模式”下，A. 点击“视图”菜单项，执行“短路”命令，选择作业。B. 点击“计算”菜单项，执行“短路”

9、命令，执行计算。C. 点击“格式”菜单项，执行“短路结果”命令，确定计算结果在图上的显示方式。（6） 报表输出结果：用户可选择期望的输出范围，输出内容和输出方式。文本支持环境：点击“结果”菜单项，执行“短路”命令。图形支持环境：“运行模式”下，点击“报表”菜单项，执行“短路”命令。第二章 牛顿拉夫逊潮流计算的基本原理2.1 牛顿-拉夫逊法的基本原理牛顿拉夫逊迭代法是常用的解非线性方程组的方法，也是当前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 式（2.1）其近似解为。设近似解与精确解分别相差，则如下的关式应该成立： 式（2.2）上式中任何一式都可按泰勒级数展开，由此可得： 式（

10、2.3） 以第一式为例， ，式子中：，分别表示以带入这些偏导数表示式时的计算所得，则是一包含，的高次方与的高阶偏导数相乘的函数。如果与精确解相差不大，则的高次方可以略去，从而也可以略去。由此可得： 式（2.4）或简写为： 式（2.5）式中：称函数的雅克比矩阵，为由组成的列向量，则称不平衡向量的列向量。将带入，可得中的各个元素。然后运用任何一组解线性代数方程的方法，可求得，从而球的经第一次迭代后的新值。再将求得的代入，又可以求得的新值，从而解得以及。如此循环而已，最后可获得足够精确的解。运用这种方法计算时，的初值要选择比较接近他们的精确解，否则迭代过程可能不收敛。将这种情况简单说明如下。设函数的

11、图像如图所示，运用这种方法解算时的修正方程式为按着修正方程式迭代求解过程就中由求，的过程。如的初值选择的接近其精确解，迭代过程将循序收敛；反之，将不收敛。正因为这样，某些运用牛顿拉夫逊计算潮流的程序中，第一、第二次迭代采用高斯赛德尔法，这是因为后者对的初值的选择没有严格要求。与运用高斯赛德尔法时不同，运用牛顿法拉夫逊法时，可以直接用以求解功率方程。 式（2.6）而为此需将代入 式（2.7）并将实数部分和虚数部分分列 式（2.8a） 式（2.8b）此外，由于系统中还有电压大小给定的PV节点，还应补充一组方程式 式（2.8c）和分别表示迭代过程中求得的节点电压实部与虚部，为PQ节点和PV节点的注入

12、有功功率，为PQ节点的注入有功功率，为PV节点的电压大小。对照式(2.8)、式(2.1)可见，式(2-8)的右端项、分别是给定的注入功率和节点电压大小的平方值，他们就对应于式(2.1)右端项；式(2.2)的左端函数分别是由迭代过程求得的节点电压确定的注入功率和节点电压大小的平方值，它就对应于式(2.1)中的左端函数；于是，式(2.8)中的和就对应于式(2.1)中的。至于修正方程式(2.4)中雅可比矩阵的各个元素，显然就是迭代过程中求得的注入功率各个节点电压大小的平方值相对应的的偏导数。牛顿法的核心便是反复形成并求解修正方程。牛顿法当初始估计值和方程的精确解足够接近时，收敛速度非常快。2.2 牛

13、顿-拉夫逊法潮流计算的修正方程牛顿潮流计算的核心问题是修正方程式的建立和求解。为说明这一修正方程的建立过程，先对网络中个节点的编号作如下约定：(1)网络中共有n个节点，编号为1,2,3,n，其中包含一个平衡节点，编号为s；(2)网络中有m个PQ节点，编号为1,2,3,m，其中包含编号为s的平衡节点；(3)网络中有n-m个PV节点，编号为m+1,m+2,n。据此，由式（2-8a）、(2-8b)、(2-8c)所组成的方程式组中共有2(n-1)个独立方程式。其中，式（2-8a）类型的有(n-1)个，包括除平衡节点为所有节点有功功率的表示式，即i=1,2,3,n，is；式（2-8b）类型的有(m-1)

14、个，包括所有PQ节点无功功率的表示式，即i=1,2,3,n，is；式（2-8c）类型的有(n-1)-(m-1)=n-m个，包括所有PV节点电压的表达式，i=m+1,m+2,n。平衡节点s的功率和电压之所以不包括在这个方程内，是由于平衡节点的注入功率不可能事先给定，从而不可能列出相应的 的表达式，而平衡节点的电压则不必求取。为此，就可以建立类似(2-4)的修成方程式如下： 式(2-10)2.3 潮流计算的基本特点形成了雅可比矩阵并建立了修正方程式，运用牛顿-拉夫逊计算潮流的核心问题已经解决，已有可能列出基本计算步骤并编制流程图。显然，虽修正方程有两种不同表示方法，但是牛顿拉夫逊潮流计算的基本步骤

15、却总不外乎如下几步：（1）形成节点导纳矩阵。（2）设个节点电压的初值。（3）将各节点电压的初值带入式中求修正方程式中的不平衡量以及。（4）将节点电压的初值代入式（2.14b）求修正方程式的系数矩阵，即雅可比矩阵的各个元素、以及、。（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，即修正后值:（7）运用各节点电压侧初值自第三步开始进入下一次迭代。（8）计算平衡节点功率和线路功率。其中平衡节点功率为： 式(2.15)线路功率为： 式(2.16) 式(2.17)从而，线路上的损耗功率为 式(2.18)图2-1 线路上流通的电流和功率第三章 单线图及元件数据3.1 基本

16、数据如下：表3-1 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 313.8000115.180012.4200GEN1-230230.00020.00000.0000GEN2-230230.00010.00000.0000GEN3-230230.00010.00000.0000STNA-230230.00020.00000.0000STNB-230230.00020.00000.0000STNC-230230.00010.00000.0000表3-2 交流线数据 数据组I 侧母线J 侧母

17、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-2301I侧标么0.0100000.0850000.088000常规STNA-230GEN2-2302I侧标么0.0320000.1610000.153000常规GEN2-230STNC-2303I侧标么0.0085000.0720000.074500常规STNC-230GEN3-2304I侧标么0.0119000.1008000.104500常规GEN3-230STNB-2305I侧标么0.0390000.1700000.179000常规STNB-230GEN1-2306I侧标么0.0170000.0920

18、000.079000表3-3 两绕组变压器数据数据组I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2GEN2-2308/13三角形/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0.0000.0001.0016.5230.01.259253.00207.000.0000.0001.0018.0230.02.5324

19、1.50218.500.0000.0001.0013.8230.02.53241.50218.50表3-4 发电机数据数据组母线名母线类型单位额定容量（MVA）额定功率（MW）有功发电无功发电母线电压幅值母线电压相角常规发电1V标么100.0222.750.0000.001.04000.00常规发电2PV标么100.0172.81.6301.001.02500.00常规发电3PV标么100.0115.20.8501.001.02500.00表3-5 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0.9

20、000.300常规STNC-230302PQ标么1.0000.350表3-6 区域数据区域名区域号区域11区域223.2 单线图3.3 潮流计算结果输出报表表3-7 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： 2013/06/28 时间： 15:30:47作业名： 作业_1作业描述：基准容量： 100.0000允许误差： 0.000100本系统上限母线：95000发电机：31500负荷：33000交流线：96000直流线：020两绕组变压器：46000三绕组变压器：02000UD模型调用次数：0200UP调用个数：010表3-8

21、 发电机发电机单位：p.u.区域分区厂站区域-1区-1区-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2PV1.63-0.14750.99593Gen_2发电3PV0.85-0.5530.83822区域分区厂站区域-1区-1区-2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1V0.70430.06110.99626表3-9 负荷结果报表负荷结果报表单位：p.u.区域分区厂站区域-1区-1区-1负荷名称母线名类型有功负荷无功负荷功率因数Load_1STNC-230PQ10.350.94386区域分区厂站区域-1区-1区-2负荷名称母线名类型有功负荷无功负荷功率因数L

22、oad_2STNA-230PQ1.250.50.92848Load_3STNB-230PQ0.90.30.94868表3-10 交流线结果报表交流线结果报表作业名：作业_1 计算日期：2013/06/28 时间：15:30:47单位：p.u.区域分区区域-1区-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_1GEN2-230STNC-2301.03070.4442-0.05631.02590.44260.0878AC_10STNB-230GEN1-2301.03694-0.0877-0.0731.03735-0.08790.0963AC_11STNB-230

23、GEN1-2301.03694-0.0877-0.0731.03735-0.08790.0963AC_3GEN2-230STNC-2301.03070.4442-0.05631.02590.44260.0878AC_4STNC-230GEN3-2301.0259-0.1148-0.17431.03361-0.1150.0456AC_5GEN2-230STNA-2301.03070.7416-0.11461.00670.7250.1193AC_7STNA-230GEN1-2301.0067-0.525-0.38071.03735-0.5286-0.2271AC_8GEN3-230STNB-230

24、1.033610.3675-0.28381.036940.36230.077AC_9GEN3-230STNB-2301.033610.3675-0.28381.036940.36230.077表3-11 结果综述报表结果综述报表作业名：作业_1 计算日期：2013/06/28 时间：15:30:47单位：p.u.厂站总有功发电总无功发电cosg总有功负荷总无功负荷cosl总有功损耗总无功损耗区-12.48-0.7010.96210.350.9440.030.14区-20.7040.0610.9962.150.80.9370.0040.027表3-12 两绕组变压器结果报表两绕组变压器结果报表作业名：作业_1 计