電力系統(tǒng)分析課設(shè)

1、目錄第一章 psasp簡介11.1 pasp簡介11.2 psasp結(jié)構(gòu)、功能及特點(diǎn)11.3 psasp的使用方法2第二章 牛頓拉夫遜潮流計(jì)算的基本原理32.1 牛頓-拉夫遜法的基本原理32.2 牛頓-拉夫遜法潮流計(jì)算的修正方程62.3 潮流計(jì)算的基本特點(diǎn)7第三章 單線圖及元件數(shù)據(jù)93.1 基本數(shù)據(jù)如下：93.2 單線圖103.3 潮流計(jì)算結(jié)果輸出報(bào)表11結(jié) 論15參考文獻(xiàn)16摘 要電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使高效，無污染，使用方便，易于調(diào)控的電能得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的變化，開創(chuàng)了電力時(shí)代，發(fā)生率第二次技術(shù)革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準(zhǔn)已經(jīng)成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

2、分析包括潮流計(jì)算和靜態(tài)安全分析。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)最基本的計(jì)算，也是最重要的計(jì)算。所謂潮流計(jì)算，就是已知電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運(yùn)行條件，計(jì)算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行各母線電壓、個(gè)支路電流與功率及網(wǎng)損。對(duì)于正在運(yùn)行的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)算可以判斷電網(wǎng)母線電壓、支路電流和功率是否越限，如果有越限，就應(yīng)采取措施，調(diào)整運(yùn)行方式。對(duì)于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)算，可以為選擇電網(wǎng)供電方案和電氣設(shè)備提供依據(jù)。潮流計(jì)算還可以為繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置定整計(jì)算、電力系統(tǒng)故障計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算等提供原始數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 潮流計(jì)算 牛頓-拉夫遜法第一章 psasp簡介1.1 pasp簡介電力系統(tǒng)分析綜合程序（pow

3、er system analysis software package）簡稱psasp。是一套歷史長久、功能強(qiáng)大、使用方便的電力系統(tǒng)分析程序，它具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是資源共享，使用方便，高度集成和開放的大型軟件包。psasp基于電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可進(jìn)行電力系統(tǒng)(輸電、供電和配電系統(tǒng))的各種計(jì)算分析 。1.2 psasp結(jié)構(gòu)、功能及特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)：基于公用數(shù)據(jù)和模型的三層體系結(jié)構(gòu) 。第一層：公用數(shù)據(jù)和摸型的的資源庫 ；第二層：基于資源庫的應(yīng)用程序包 ；第三層：計(jì)算結(jié)果庫和分析工具 。文本和圖形兩種錄入編輯方式的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫 ，是支持 psasp 各種計(jì)算的公

4、用數(shù)據(jù) ，包含發(fā)電機(jī)、變壓器、交流線、負(fù)荷、直流線、靜止無功補(bǔ)償器等電網(wǎng)基本元件 ，有文本和圖形兩種數(shù)據(jù)錄入編輯方式 ，可提供各種分析計(jì)算的基本數(shù)據(jù)支持 ，可按地區(qū)、年度、運(yùn)行方式從中抽取計(jì)算的基本數(shù)據(jù) ，直觀方便、功能強(qiáng)大的用戶自定義模型方法 。psasp 設(shè)計(jì)了功能強(qiáng)大的用戶自定義(ud)建模方法，提供了自行建模來研究電力系統(tǒng)新設(shè)備、新裝置的得力工具。近年來國內(nèi)多所大學(xué)和科研單位應(yīng)用psasp 的ud功能做了大量的研究工作。 所謂用戶自定義建模方法是在無須了解程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程設(shè)計(jì)的條件下，用戶可按自己計(jì)算分析的需要，用工程技術(shù)人員熟悉的概念和容易掌握的方法，設(shè)計(jì)各種模型，使其在原則上可以

5、靈活模擬任何系統(tǒng)元件、自動(dòng)裝置和控制功能。為擴(kuò)充psasp的功能，向用戶開放提供非常有力的工具 。可自由建立任何元件的模型（電源、負(fù)荷、各種控制保護(hù)裝置、facts元件等），作為各種計(jì)算的模型庫，直觀方便的文本和圖形兩種模型編輯方式。1、 基于公用資源的交直電力系統(tǒng)分析程序包，有以下應(yīng)用功能： 潮流計(jì)算 、暫態(tài)穩(wěn)定 、短路電流 、網(wǎng)損分析 、電壓穩(wěn)定 、靜態(tài)安全分析 、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等值 、直接法暫態(tài)穩(wěn)定 、小干擾穩(wěn)定 、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化 、參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào) 、繼電保護(hù)整定與仿真 。2、 主要特點(diǎn)：交直流混合電力系統(tǒng) 、交直流混合電力系統(tǒng) 、固定模型庫和用戶自定義模型庫支持 、提供用戶程序接口，實(shí)現(xiàn)

6、與用戶程序聯(lián)合運(yùn)行 、文本和圖形兩種運(yùn)行模式及多種形式的結(jié)果輸出 、開放友好的用戶程序接口環(huán)境 。psasp提供用戶程序接口(upi)環(huán)境，使psasp模塊和用戶程序模塊聯(lián)合運(yùn)行，共同完成某一計(jì)算任務(wù)upi為用戶提供了更加自由，更加開放的環(huán)境，即通過編程(語言工具不限 如fortran，c+等)。利用windows操作系統(tǒng)提供的動(dòng)態(tài)連接庫(dll)支持，可以使upi方式與psasp內(nèi)部的固定模型方式，在計(jì)算精度和時(shí)間上達(dá)到同樣的效果 。近年來，不少單位應(yīng)用upi做了很多富有成效的科研工作 。 1.3 psasp的使用方法（1） 輸入電網(wǎng)數(shù)據(jù)，形成電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及元件公用參數(shù)數(shù)據(jù)庫，也可使用用戶

7、定義模型ud，在此可以將數(shù)據(jù)合理組織成若干數(shù)據(jù)組，以便下一步形成不同的數(shù)據(jù)方案。文本支持環(huán)境：點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”和“公用參數(shù)”命令，可依次輸入電網(wǎng)元件的參數(shù)。圖形支持環(huán)境：在“編輯模式”下，利用工具箱，輸入電網(wǎng)接線圖。作圖時(shí)，若元件參數(shù)尚未輸入，會(huì)自動(dòng)彈出相關(guān)數(shù)據(jù)錄入窗口，此時(shí)輸入數(shù)據(jù)即可。注意：兩種環(huán)境下，均應(yīng)先輸入母線數(shù)據(jù)，再處理其他元件。（2） 方案定義：從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)組，組成不同方案，以確定電網(wǎng)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式。文本支持環(huán)境：點(diǎn)擊“計(jì)算”菜單選項(xiàng)，執(zhí)行“方案定義”命令。圖形支持環(huán)境：“運(yùn)行模式”下，點(diǎn)擊“作業(yè)”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“方案定義”命令。（3） 數(shù)據(jù)檢

8、查：對(duì)確定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，檢查網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的合理性，計(jì)算規(guī)模是否超出范圍。文本支持環(huán)境：點(diǎn)擊“計(jì)算”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“數(shù)據(jù)檢查”命令。圖形支持環(huán)境：“運(yùn)行模式”下，點(diǎn)擊“作業(yè)”菜單選項(xiàng)，執(zhí)行“數(shù)據(jù)檢查”命令。（4） 作業(yè)定義：給出作業(yè)控制信息，明確具體的計(jì)算任務(wù)。文本支持環(huán)境：點(diǎn)擊“計(jì)算”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“短路”命令。圖形支持環(huán)境：“運(yùn)行模式”下，點(diǎn)擊“作業(yè)”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“短路”命令。（5） 執(zhí)行計(jì)算：文本支持環(huán)境：在上述“短路計(jì)算信息”窗口完成作業(yè)定義之后，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕即可。圖形支持環(huán)境：“運(yùn)行模式”下，a. 點(diǎn)擊“視圖”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“短路”命令，選擇作業(yè)。b. 點(diǎn)擊“計(jì)算”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“短路”

9、命令，執(zhí)行計(jì)算。c. 點(diǎn)擊“格式”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“短路結(jié)果”命令，確定計(jì)算結(jié)果在圖上的顯示方式。（6） 報(bào)表輸出結(jié)果：用戶可選擇期望的輸出范圍，輸出內(nèi)容和輸出方式。文本支持環(huán)境：點(diǎn)擊“結(jié)果”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“短路”命令。圖形支持環(huán)境：“運(yùn)行模式”下，點(diǎn)擊“報(bào)表”菜單項(xiàng)，執(zhí)行“短路”命令。第二章 牛頓拉夫遜潮流計(jì)算的基本原理2.1 牛頓-拉夫遜法的基本原理牛頓拉夫遜迭代法是常用的解非線性方程組的方法，也是當(dāng)前廣泛采用的計(jì)算潮流的方法，其標(biāo)準(zhǔn)模式如下。設(shè)有非線性方程組 式（2.1）其近似解為。設(shè)近似解與精確解分別相差，則如下的關(guān)式應(yīng)該成立： 式（2.2）上式中任何一式都可按泰勒級(jí)數(shù)展開，由此可得： 式（

10、2.3） 以第一式為例， ，式子中：，分別表示以帶入這些偏導(dǎo)數(shù)表示式時(shí)的計(jì)算所得，則是一包含，的高次方與的高階偏導(dǎo)數(shù)相乘的函數(shù)。如果與精確解相差不大，則的高次方可以略去，從而也可以略去。由此可得： 式（2.4）或簡寫為： 式（2.5）式中：稱函數(shù)的雅克比矩陣，為由組成的列向量，則稱不平衡向量的列向量。將帶入，可得中的各個(gè)元素。然后運(yùn)用任何一組解線性代數(shù)方程的方法，可求得，從而球的經(jīng)第一次迭代后的新值。再將求得的代入，又可以求得的新值，從而解得以及。如此循環(huán)而已，最后可獲得足夠精確的解。運(yùn)用這種方法計(jì)算時(shí)，的初值要選擇比較接近他們的精確解，否則迭代過程可能不收斂。將這種情況簡單說明如下。設(shè)函數(shù)的

11、圖像如圖所示，運(yùn)用這種方法解算時(shí)的修正方程式為按著修正方程式迭代求解過程就中由求，的過程。如的初值選擇的接近其精確解，迭代過程將循序收斂；反之，將不收斂。正因?yàn)檫@樣，某些運(yùn)用牛頓拉夫遜計(jì)算潮流的程序中，第一、第二次迭代采用高斯賽德爾法，這是因?yàn)楹笳邔?duì)的初值的選擇沒有嚴(yán)格要求。與運(yùn)用高斯賽德爾法時(shí)不同，運(yùn)用牛頓法拉夫遜法時(shí)，可以直接用以求解功率方程。 式（2.6）而為此需將代入 式（2.7）并將實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分分列 式（2.8a） 式（2.8b）此外，由于系統(tǒng)中還有電壓大小給定的pv節(jié)點(diǎn)，還應(yīng)補(bǔ)充一組方程式 式（2.8c）和分別表示迭代過程中求得的節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)部與虛部，為pq節(jié)點(diǎn)和pv節(jié)點(diǎn)的注入

12、有功功率，為pq節(jié)點(diǎn)的注入有功功率，為pv節(jié)點(diǎn)的電壓大小。對(duì)照式(2.8)、式(2.1)可見，式(2-8)的右端項(xiàng)、分別是給定的注入功率和節(jié)點(diǎn)電壓大小的平方值，他們就對(duì)應(yīng)于式(2.1)右端項(xiàng)；式(2.2)的左端函數(shù)分別是由迭代過程求得的節(jié)點(diǎn)電壓確定的注入功率和節(jié)點(diǎn)電壓大小的平方值，它就對(duì)應(yīng)于式(2.1)中的左端函數(shù)；于是，式(2.8)中的和就對(duì)應(yīng)于式(2.1)中的。至于修正方程式(2.4)中雅可比矩陣的各個(gè)元素，顯然就是迭代過程中求得的注入功率各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓大小的平方值相對(duì)應(yīng)的的偏導(dǎo)數(shù)。牛頓法的核心便是反復(fù)形成并求解修正方程。牛頓法當(dāng)初始估計(jì)值和方程的精確解足夠接近時(shí)，收斂速度非常快。2.2 牛

13、頓-拉夫遜法潮流計(jì)算的修正方程牛頓潮流計(jì)算的核心問題是修正方程式的建立和求解。為說明這一修正方程的建立過程，先對(duì)網(wǎng)絡(luò)中個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)作如下約定：(1)網(wǎng)絡(luò)中共有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，編號(hào)為1,2,3,n，其中包含一個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)，編號(hào)為s；(2)網(wǎng)絡(luò)中有m個(gè)pq節(jié)點(diǎn)，編號(hào)為1,2,3,m，其中包含編號(hào)為s的平衡節(jié)點(diǎn)；(3)網(wǎng)絡(luò)中有n-m個(gè)pv節(jié)點(diǎn)，編號(hào)為m+1,m+2,n。據(jù)此，由式（2-8a）、(2-8b)、(2-8c)所組成的方程式組中共有2(n-1)個(gè)獨(dú)立方程式。其中，式（2-8a）類型的有(n-1)個(gè)，包括除平衡節(jié)點(diǎn)為所有節(jié)點(diǎn)有功功率的表示式，即i=1,2,3,n，is；式（2-8b）類型的有(m-1)

14、個(gè)，包括所有pq節(jié)點(diǎn)無功功率的表示式，即i=1,2,3,n，is；式（2-8c）類型的有(n-1)-(m-1)=n-m個(gè)，包括所有pv節(jié)點(diǎn)電壓的表達(dá)式，i=m+1,m+2,n。平衡節(jié)點(diǎn)s的功率和電壓之所以不包括在這個(gè)方程內(nèi)，是由于平衡節(jié)點(diǎn)的注入功率不可能事先給定，從而不可能列出相應(yīng)的 的表達(dá)式，而平衡節(jié)點(diǎn)的電壓則不必求取。為此，就可以建立類似(2-4)的修成方程式如下： 式(2-10)2.3 潮流計(jì)算的基本特點(diǎn)形成了雅可比矩陣并建立了修正方程式，運(yùn)用牛頓-拉夫遜計(jì)算潮流的核心問題已經(jīng)解決，已有可能列出基本計(jì)算步驟并編制流程圖。顯然，雖修正方程有兩種不同表示方法，但是牛頓拉夫遜潮流計(jì)算的基本步驟

15、卻總不外乎如下幾步：（1）形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。（2）設(shè)個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的初值。（3）將各節(jié)點(diǎn)電壓的初值帶入式中求修正方程式中的不平衡量以及。（4）將節(jié)點(diǎn)電壓的初值代入式（2.14b）求修正方程式的系數(shù)矩陣，即雅可比矩陣的各個(gè)元素、以及、。（5）解修正方程式，求各節(jié)點(diǎn)電壓的變化量，即修正量、。（6）計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓的新值，即修正后值:（7）運(yùn)用各節(jié)點(diǎn)電壓側(cè)初值自第三步開始進(jìn)入下一次迭代。（8）計(jì)算平衡節(jié)點(diǎn)功率和線路功率。其中平衡節(jié)點(diǎn)功率為： 式(2.15)線路功率為： 式(2.16) 式(2.17)從而，線路上的損耗功率為 式(2.18)圖2-1 線路上流通的電流和功率第三章 單線圖及元件數(shù)據(jù)3.1 基本

16、數(shù)據(jù)如下：表3-1 母線數(shù)據(jù)母線名 基準(zhǔn)電壓區(qū)域號(hào)電壓上限電壓下限發(fā)電 116.5000218.150014.8500發(fā)電 218.000119.80016.2000發(fā)電 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 交流線數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)組i 側(cè)母線j 側(cè)母線編號(hào)所屬區(qū)域單位正序電阻正序電抗正序充電電納的 1/2常規(guī)gen1-230stna-2301i側(cè)標(biāo)么0.0100000.0850000.088000常規(guī)stna-230gen2-2302i側(cè)標(biāo)么0.0320000.1610000.153000常規(guī)gen2-230stnc-2303i側(cè)標(biāo)么0.0085000.0720000.0745