潮流計算課程設(shè)計

1、課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 電力系統(tǒng)潮流計算 課 程 名 稱 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 2014 年 1 月 5 日邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書年級專業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號題目名稱潮流計算課程設(shè)計設(shè)計時間2013.12.212014.1.4課程名稱 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析課程編號 121202306設(shè)計地點(diǎn)一、 課程設(shè)計（論文）目的 （1）掌握電力牛頓-拉夫遜法潮流計算的基本原理；（2）掌握并能熟練運(yùn)用PSCAD軟件；（3）通過課程設(shè)計,使學(xué)生鞏固電力系統(tǒng)三相短路計算的基本原理與方法，掌握短路電流的數(shù)值求解方法(節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，修正方程)，開發(fā)系統(tǒng)牛頓拉夫

2、遜法的計算程序。讓學(xué)生掌握用計算機(jī)仿真分析電力系統(tǒng)的方法。同時，通過軟件開發(fā)，也有助于計算機(jī)操作能力和軟件開發(fā)能力的提高。二、已知技術(shù)參數(shù)和條件 在電力系統(tǒng)潮流計算中，基準(zhǔn)功率一般選取SB =100MVA，基準(zhǔn)電壓等于各級平均額定電壓。Z78=0.0085+j0.072表示節(jié)點(diǎn)7、8之間支路阻抗的標(biāo)幺值，y =j0.0745表示該支路1/2對地電容容納，輸電線路一般采用“”型等值電路。發(fā)電機(jī)參數(shù)：G1：247.5MVA，16.5kV，功率因數(shù)1，水輪機(jī)組（Salient-Pole）。G2：192MVA，18kV，功率因數(shù)0.85，汽輪機(jī)組（Round-Rotor）。G3：128MVA，13.8

3、kV，功率因數(shù)0.85，汽輪機(jī)組（Round-Rotor）變壓器T1：16.5/230kV，XT=0.0576；T2：18/230kV，XT=0.0625；T3：13.8/230kV，XT=0.0586 。二、 任務(wù)和要求 任務(wù) 1.掌握電力系統(tǒng)潮流計算的基本原理；2.掌握并能熟練運(yùn)用PSCAD/MATLAB仿真軟件；3.采用PSCAD/MATLAB仿真軟件，做出系統(tǒng)接線圖的潮流計算仿真結(jié)果。要求：1.熟悉PSCAD/MATLAB仿真軟件；2.編寫潮流計算流程圖； 3.建立系統(tǒng)接線的仿真過程； 4.得出仿真結(jié)果。注：1此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3

4、份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實(shí)驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備等） 1何仰贊 溫增銀.電力系統(tǒng)分析（上冊）.華中科技大學(xué)出版社.第三版.2002年 2何仰贊 溫增銀.電力系統(tǒng)分析（下冊）.華中科技大學(xué)出版社.第三版.2002年 3陳衍.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.北京水利電力出版社.2004年1月 4李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析.北京水利電力出版社.2005年2月 5WDT電力系統(tǒng)綜合自動化試驗(yàn)臺 綜合仿真實(shí)驗(yàn)室五、進(jìn)度安排 2013年12月12日：下達(dá)課程設(shè)計的計劃書，任務(wù)書，設(shè)計題目及分組情況。2013年12月21日：講述課程設(shè)計內(nèi)容、軟件的基本操作。2013年12月22日-26

5、日：學(xué)習(xí)應(yīng)用PSCAD/MATLAB軟件，對簡單的電力系統(tǒng)進(jìn)行建模。2013年12月27日-30日：建立系統(tǒng)接線的仿真模型上機(jī)調(diào)試程序，得出仿真結(jié)果，進(jìn)行分析、得出結(jié)論。2014年1月1日-3日：整理課程設(shè)計報告。2014年1月4日：交報告、參加答辯。六、教研室審批意見教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意見 主管主任（簽字）： 年 月 日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）評閱表學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 專業(yè)班級 題目名稱 潮流計算課程設(shè)計 課程名稱 一、學(xué)生自我總結(jié) 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評定評分項目平時成績答辯課程設(shè)計內(nèi)容綜合成績權(quán) 重

6、30%30%40%單項成績指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。目 錄摘 要I1 課題內(nèi)容要求及目的11.1課題背景11.2課題意義21.3課題要求及內(nèi)容31.4課題目的42 潮流計算步驟與原理52.1潮流計算流程圖52.2潮流計算步驟63 方案設(shè)計73.1系統(tǒng)框圖設(shè)計74 仿真調(diào)試及實(shí)驗(yàn)分析8總結(jié)11參考文獻(xiàn)12致謝13摘要電力系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)有電源、電力網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷中心。電源指各類發(fā)電廠，它將一次能源轉(zhuǎn)換成電能；電力網(wǎng)絡(luò)由電源

7、的升壓變電所、輸電線路、負(fù)荷中心變電所、配電線路等構(gòu)成。它的功能是將電源發(fā)出的電能升壓到一定等級后輸送到負(fù)荷中心變電所，再降壓至一定等級后，經(jīng)配電線路與用戶相聯(lián)。電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)千百個交織密布，有功潮流、無功潮流、高次諧波、負(fù)序電流等以光速在全系統(tǒng)范圍傳播。它既能輸送大量電能，創(chuàng)造巨大財富，也能在瞬間造成重大的災(zāi)難性事故。實(shí)際電力系統(tǒng)的潮流計算主要采用牛頓-拉夫遜法。按電壓的不同表示方法，牛頓-拉夫遜潮流計算分為直角坐標(biāo)形式和極坐標(biāo)形式兩種。本次計算采用極坐標(biāo)形式下的牛頓-拉夫遜法，牛頓-拉夫遜法有很好的收斂性，但要求有合適的初值。本設(shè)計采用電力系統(tǒng)仿真軟件PSCAD，可以直觀地看出電力系統(tǒng)

8、運(yùn)行時的潮流分布，從而完成課程設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞：潮流計算；穩(wěn)態(tài)分析；PSCAD1 課題內(nèi)容及意義1.1 課題背景1995年全世界的發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繛?0.0億kW，1998年為32.5kW。全世界人均用電量為2400kW·h。預(yù)計在19952020年的25年中，世界能源消耗將增加50%，電能消耗將翻一番，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到60.0億kW。這期間，電力建設(shè)投資需要330000億美元。這就意味著每增加1kW電力，需要投資900美元。20世紀(jì)70年代以前，世界電力處于大發(fā)展時間，那時電力年增長速度達(dá)7%。在這之后電力發(fā)展開始減慢，特別是發(fā)達(dá)國家，電力增長速度降為1%3%，而發(fā)展中國家電力增長速

9、度加快，達(dá)到3%5%，特別是中國和印度。世界電力發(fā)展速度并不平衡，現(xiàn)在還有20億人口未用上電。中國電力工業(yè)始于1882年，至1999年已有117年歷史。舊中國67年的電力工業(yè)史，道路坎坷，步履蹣跚，至1949年全國裝機(jī)容量僅為184.86萬千瓦，年發(fā)電量為43.10億千瓦時。新中國成立后，中國政府一直把電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的先行基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并制定了一系列發(fā)展電力工業(yè)的方針政策。經(jīng)全國電業(yè)職工的不懈努力，一座座火電廠拔地而起，一座座水電站橫波臥浪，一條條輸電線路縱橫中國大地。到1998年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)2.77億千瓦，年發(fā)電量已達(dá)11580億千瓦時，分別由1949年的世界第21位和第25位

10、均躍升為世界第2位，形成了一個較為完整的初步現(xiàn)代化的電力工業(yè)體系，為中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高作出了卓越的貢獻(xiàn)。其發(fā)展標(biāo)志主要是：電源結(jié)構(gòu)不斷改善。從80年代開始，火電建設(shè)就進(jìn)入了大機(jī)組、大容量、高參數(shù)階段。至今全國已投入運(yùn)行的60萬千瓦及以上的大機(jī)組已有17臺，正在建設(shè)的有27臺，其中綏中電廠80萬千瓦機(jī)組即將投產(chǎn)；水電建設(shè)，以浙江新安江水電站為起點(diǎn)，隨著劉家峽、龍羊峽、二灘、天生橋一級和廣州抽水蓄能電站等大型水電站的建成投產(chǎn)，全國水電裝機(jī)容量已達(dá)6300萬千瓦。占全國發(fā)電總裝機(jī)容量的23.5；中國從此結(jié)束了無核電的歷史；同時，風(fēng)能、地?zé)?、潮汐和太陽能等新能源發(fā)電有了較大發(fā)展。電網(wǎng)規(guī)

11、模不斷擴(kuò)大。在加快電源建設(shè)的同時，加強(qiáng)了電網(wǎng)的同步建設(shè)。到1998年底，中國已擁有500千伏輸電線路20093公里、330千伏輸電線路7291公里，220千伏及以上變電設(shè)備容量達(dá)31958萬千伏安，形成了東北、華北、華東、華中、西北六個跨?。▍^(qū)、市）電網(wǎng)和6個各自獨(dú)立的?。▍^(qū)、市）電網(wǎng)，覆蓋了全國所有城市和絕大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村。隨著長江三峽工程的興建和建成，中國電網(wǎng)即將進(jìn)入大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)，形成全國統(tǒng)一聯(lián)合電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)資源優(yōu)化配置的新階段。電力技術(shù)和管理水平明顯提高。目前，中國已掌握30萬、50萬和超臨界60萬千瓦火電機(jī)組的設(shè)計、制造、安裝運(yùn)行技術(shù)和百萬千瓦級核電機(jī)組的安裝運(yùn)行技術(shù)；掌握了18

12、0米級各類大壩的建筑技術(shù)。全國百萬千瓦以上的大型發(fā)電廠已有68座。新中國成立50年來，在大力發(fā)展電力工業(yè)的同時，中國政府十分重視環(huán)境保護(hù)和電力國際科技與經(jīng)濟(jì)合作交流。1997年頒布了中國電力工業(yè)的發(fā)展與環(huán)境白皮書，進(jìn)一步確立了電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，全面推進(jìn)電力工業(yè)快速、持續(xù)、健康發(fā)展；中共十一屆三中全會實(shí)行對外開放政策后，電力工業(yè)的國際合作范圍逐步擴(kuò)大，從引進(jìn)國外技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)和發(fā)電設(shè)備，到利用國外資金辦電，有力地促進(jìn)了自身的發(fā)展。根據(jù)中國2010年電力發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃，到2010年全國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到5億千瓦左右，實(shí)現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)，全國農(nóng)村基本實(shí)現(xiàn)電氣化。歐盟指令對歐洲電力市場造成的影響主要有

13、：分開會計賬目的規(guī)定迫使許多公司就發(fā)電、輸電和配電業(yè)務(wù)成立不同的法人實(shí)體；行業(yè)并購和重組增加；公司開始從技術(shù)推動市場策略向以市場為主導(dǎo)的業(yè)務(wù)階段過渡；消除了歐洲共同體間內(nèi)部貿(mào)易的壁壘，競爭促進(jìn)了價格的下降。為解決國與國之間電網(wǎng)互聯(lián)薄弱，線路堵塞的問題，加快歐洲統(tǒng)一市場建設(shè)，實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，歐洲正努力加強(qiáng)國與國之間的聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。他們認(rèn)為同步電網(wǎng)沒有界限，越大越好。因此，除加強(qiáng)歐洲大陸聯(lián)網(wǎng)建設(shè)外，他們還計劃建設(shè)環(huán)地中海電網(wǎng)，將北非、中東等二十幾個國家電網(wǎng)連接到一起，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。1.2課題意義潮流計算是電力系統(tǒng)的各種計算的基礎(chǔ)，同時它又是研究電力系統(tǒng)的一項重要分析功能，是進(jìn)行故障計算，

14、繼電保護(hù)鑒定，安全分析的工具。電力系統(tǒng)潮流計算是計算系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用電力系統(tǒng)潮流計算來定量的比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。潮流計算的目的在于:確定是電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式；檢查系統(tǒng)中的各元件是否過壓或過載；為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的整定提供依據(jù)；為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定計算提供初值，為電力系統(tǒng)規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供分析的基礎(chǔ)。因此，電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)中一項最基本的計算，既具有一定的獨(dú)立性，又是研究其他問題的基礎(chǔ)。最初，電力系統(tǒng)潮流計算是通過人工手算的。后來為了適應(yīng)電力系統(tǒng)日益發(fā)展的需要，采用了交流計算臺。隨著電子數(shù)字

15、計算機(jī)的出現(xiàn)，1956 年 Ward 等人編制了實(shí)際可行的計算機(jī)潮流計算程序。這樣，就為日趨復(fù)雜的大規(guī)模電力系統(tǒng) 提供了極其有力的計算手段。經(jīng)過幾十年的時間，電力系統(tǒng)潮流計算已經(jīng)發(fā)展得十分成熟。電力系統(tǒng)潮流計算形式分為離線計算和在線計算兩種。前者主要用于電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式，后者則用于正在運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)視和實(shí)時控制。1.3 課題要求及課題內(nèi)容1.了解電力系統(tǒng)潮流計算的基本理論；2.編寫潮流計算流程圖；3.建立原始設(shè)計題目的模型；4.通過PSCAD或MATLAB驗(yàn)證模型的正確性，得出潮流計算仿真結(jié)果，并進(jìn)行分析。電路的參數(shù)：基準(zhǔn)值取SB=100MVA，UB=230kV，系統(tǒng)頻率

16、為50Hz。發(fā)電機(jī)參數(shù)：G1：247.5MVA，16.5kV，功率因數(shù)為1，水輪機(jī)組（Salient-Pole）。G2：192MVA，18kV，功率因數(shù)為0.85，汽輪機(jī)組（Round-Rotor）。G3：128MVA，13.8kV，功率因數(shù)為0.85，汽輪機(jī)組（Round-Rotor）。變壓器參數(shù)：發(fā)電機(jī)和變壓器容量應(yīng)輸入100MVA。T1：16.5/230kV，XT=0.0576；T2：18/230kV，XT=0.0625；T3：13.8/230kV，XT=0.0586內(nèi)容如圖1.1所示，圖1.1 電力系統(tǒng)接線圖線路參數(shù)：Z45=0.01+j0.085，B/2=j0.088；Z46=0.0

17、32+j0.161，B/2=j0.153；Z69=0.017+j0.092，B/2=j0.079；Z57=0.039+j0.17，B/2=j0.179；Z78=0.0085+j0.072，B/2=j0.0745；Z89=0.0119+j0.1008，B/2=j0.1045負(fù)荷Lump A：125+j50MVA，Lump B：90+j30MVA，Lump C：100+j35MVA1.4 課題目的（1）掌握電力牛頓-拉夫遜法潮流計算的基本原理；（2）掌握并能熟練運(yùn)用PSCAD軟件；（3）通過課程設(shè)計,使學(xué)生鞏固電力系統(tǒng)三相短路計算的基本原理與方法，掌握短路電流的數(shù)值求解方法(節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，修正方程

18、)，開發(fā)系統(tǒng)牛頓拉夫遜法的計算程序。讓學(xué)生掌握用計算機(jī)仿真分析電力系統(tǒng)的方法。同時，通過軟件開發(fā)，也有助于計算機(jī)操作能力和軟件開發(fā)能力的提高。2 牛頓拉夫遜法簡介2.1潮流計算流程圖潮流計算是電力系統(tǒng)非常重要的分析計算，用以研究系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中提出的各種問題。輸入原始數(shù)據(jù)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣給定接點(diǎn)電壓初值：計算： k > 0 是解修正方程：計算雅可比矩陣各元素 輸 出計算平衡節(jié)點(diǎn)功率及全部線路功k+1>k否圖2.1 潮流計算流程圖對規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以檢驗(yàn)所提出的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案能否滿足各種運(yùn)行方式的要求。對運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以預(yù)知各種負(fù)荷變化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的

19、改變會不會危及系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內(nèi)，系統(tǒng)中各種元件(線路、變壓器等)是否會出現(xiàn)過負(fù)荷，以及可能出現(xiàn)過負(fù)荷時應(yīng)事先采取哪些預(yù)防措施等。參照電力系統(tǒng)分析一書的計算過程及原理，可以畫出以下潮流計算程序流程圖如圖2.1所示。2.2潮流計算步驟（1）形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣（2）將各節(jié)點(diǎn)電壓設(shè)初值U（3）將節(jié)點(diǎn)初值代入相關(guān)求式，求出修正方程式的常數(shù)項向量（4）將節(jié)點(diǎn)電壓初值代入求式，求出雅可比矩陣元素（5）求解修正方程，求修正向量（6）求取節(jié)點(diǎn)電壓的新值（7）檢查是否收斂，如不收斂，則以各節(jié)點(diǎn)電壓的新值作為初值自第3步重新開始進(jìn)行狹義次迭代，否則轉(zhuǎn)入下一步（8）計算支路功率分布，

20、PV節(jié)點(diǎn)無功功率和平衡節(jié)點(diǎn)柱入功率。（9）導(dǎo)納矩陣 -45.6000 j15.0000 30.6000 -j14.8000 5.0000Y= 15.0000 -47.5228 j12.3103 5.0000 -10.0690 30.6000 j12.3103 -61.6961 j10.2000 5.27593 方案設(shè)計3.1系統(tǒng)框圖設(shè)計PSCAD為用戶提供了一些特殊的運(yùn)行元件用于在線控制輸入數(shù)據(jù)，并且可以記錄及顯示EMTDC輸出數(shù)據(jù)，比如圖形框、圖表、曲線和一些儀表。用戶可以直接控制EMTDC的輸入變量，所以可以在仿真運(yùn)行時改變這些變量。對于輸出的圖形信息或者整個圖形框，用戶可以把其作為圖片復(fù)

21、制出來，或者提取其中的變量數(shù)據(jù)信息。PSCAD軟件中模塊主要用于整合多個元件，把具有一定功能的元件組放入一個可稱之為“子系統(tǒng)”的模塊中，這樣使得整個系統(tǒng)看起來更為簡潔。連接模塊和外部電路的信號有兩種：數(shù)據(jù)信號（Data Signals）和電氣信號（Electrical Signals）。根據(jù)課題要求，設(shè)計系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。從PSCAD仿真圖中可以看到整個模塊的模型，各母線間的線路采用型等值電路，以及用來采集各母線上信號的裝置，這樣潮流分布就能通過圖表來觀測。 圖3.1 PSCAD仿真圖4 仿真調(diào)試及實(shí)驗(yàn)分析通過點(diǎn)擊運(yùn)行鍵可以得到如下圖：圖4.1 P1仿真圖圖4.2 Q1仿真圖圖4.3 P2仿真圖圖4.4 Q2仿真圖圖4.5 Q11仿真圖圖4.6 V1仿真圖圖4.7 I1仿真圖 圖4.8 P12仿真圖圖4.9 P13仿真圖圖4.10 Q13仿真圖總 結(jié)課程設(shè)計過程當(dāng)中，我們盡量按照老師的要求做，但在具體的操作過程中，還是出現(xiàn)了很多的問題。搞完這個課程設(shè)計讓我感覺電力系統(tǒng)分析是一門很有用的課程。因?yàn)槲覍λ膶W(xué)到的知識比較少。在很多時候我很多東西都不了解，并且走了