电力系统潮流计算课程设计报告

课程设计报告

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题目:电力系统潮流计算课程设计

课设题目及要求

一 .题目原始资料

1、系统图：两个发电厂分别通过变压器和输电线路与四个变电所相连。

2、发电厂资料：

母线1和2为发电厂高压母线，发电厂一总装机容量为（ 300MW ），母线3为机压母线，机压母线上装机容量为（ 100MW ），最大负荷和最小负荷分别为50MW 和20MW ；发电厂二总装机容量为（ 200MW ）。 3、变电所资料：

(一) 变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为：35KV 10KV 35KV

10KV

(二) 变电所的负荷分别为：

60MW 40MW 40MW 50MW (三) 每个变电所的功率因数均为cos φ=0.85；

变电所1

变电所母线

电厂一 电厂二

(四) 变电所1和变电所3分别配有两台容量为75MVA 的变压器，短路损耗

414KW ，短路电压（%）=16.7；变电所2和变电所4分别配有两台容量为63MVA 的变压器，短路损耗为245KW ，短路电压（%）=10.5；

4、输电线路资料：

发电厂和变电所之间的输电线路的电压等级及长度标于图中，单位长度的电阻为Ω17.0，单位长度的电抗为Ω0.402，单位长度的电纳为S -610*2.78。 二、 课程设计基本内容：

1. 对给定的网络查找潮流计算所需的各元件等值参数，画出等值电路图。

2. 输入各支路数据，各节点数据利用给定的程序进行在变电所在某一负荷

情况下的潮流计算，并对计算结果进行分析。

3. 跟随变电所负荷按一定比例发生变化，进行潮流计算分析。

1) 4个变电所的负荷同时以2%的比例增大； 2) 4个变电所的负荷同时以2%的比例下降

3) 1和4号变电所的负荷同时以2%的比例下降，而2和3号变电所的

负荷同时以2%的比例上升；

4. 在不同的负荷情况下，分析潮流计算的结果，如果各母线电压不满足要

求，进行电压的调整。（变电所低压母线电压10KV 要求调整范围在9.5-10.5之间；电压35KV 要求调整范围在35-36之间）

5. 轮流断开支路双回线中的一条，分析潮流的分布。（几条支路断几次）

6. 利用DDRTS 软件，进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析，并

进行结果的比较。

7. 最终形成课程设计成品说明书。 三、课程设计成品基本要求：

1. 在读懂程序的基础上画出潮流计算基本流程图

2. 通过输入数据，进行潮流计算输出结果

3. 对不同的负荷变化，分析潮流分布，写出分析说明。

4. 对不同的负荷变化，进行潮流的调节控制，并说明调节控制的方法，并

列表表示调节控制的参数变化。

5. 打印利用DDRTS 进行潮流分析绘制的系统图，以及潮流分布图。

潮流计算概述

一.电力系统潮流计算的概述

在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的损耗也将发生变化。要严格保证所有的用户在任何时刻都有额定的电压是不可能的，因此系统运行中个节点出现电压的偏移是不可避免的。为了保证电力系统的稳定运行，要进行潮流调节。

随着电力系统及在线应用的发展，计算机网络已经形成，为电力系统的潮流计算提供了物质基础。电力系统潮流计算是电力系统分析计算中最基本的内容，也是电力系统运行及设计中必不可少的工具。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电压的幅值及相角、各元件中流过的功率、整个系统的功率损耗等。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设计、生产运行、调度管理及科学研究中都有着广泛的应用。它的发展主要围绕这样几个方面：计算方法的收敛性、可靠性；计算速度的快速性；对计算机存储容量的要求以及计算的方便、灵活等。

常规的电力系统潮流计算中一般具有三种类型的节点：PQ 、PV 及平衡节点。一个节点有四个变量，即注入有功功率、注入无功功率，电压大小及相角。常规的潮流计算一般给定其中的二个变量：PQ 节点（注入有功功率及无功功率），PV 节点（注入有功功率及电压的大小），平衡节点（电压的大小及相角）。 1、变量的分类：

负荷消耗的有功、无功功率——1L P 、1L Q 、2L P 、2L Q 电源发出的有功、无功功率——1G P 、1G Q 、2G P 、2G Q 母线或节点的电压大小和相位——1U 、2U 、1δ、2δ

在这十二个变量中，负荷消耗的有功和无功功率无法控制，因它们取决于用户，它们就称为不可控变量或是扰动变量。电源发出的有功无功功率是可以控制的自变量，因此它们就称为控制变量。母线或节点电压的大小和相位角——是受

控制变量控制的因变量。其中, 1U 、2U 主要受1G Q 、2G Q 的控制, 1δ、2δ主要受1G P 、2G P 的控制。这四个变量就是简单系统的状态变量。

为了保证系统的正常运行必须满足以下的约束条件： 对控制变量

max min max min ;G i G i G i G i G i G i Q Q Q P P P <<<<

对没有电源的节点则为

0;0==Gi Gi Q P

对状态变量i U 的约束条件则是

max min i i i U U U <<

对某些状态变量i δ还有如下的约束条件

max

j

i j i δδδδ-<-

2、节点的分类：

⑴ 第一类称PQ 节点。等值负荷功率Li P 、Li Q 和等值电源功率Gi P 、Gi Q 是给定的，从而注入功率i P 、i Q 是给定的，待求的则是节点电压的大小i U 和相位角i δ。属于这类节点的有按给定有功、无功率发电的发电厂母线和没有其他电源的变电所母线。

⑵ 第二类称PV 节点。等值负荷和等值电源的有功功率Li P 、Gi P 是给定的，从而注入有功功率i P 是给定的。等值负荷的无功功率Li Q 和节点电压的大小i U 也是给定的。待求的则是等值电源的无功功率Gi Q ，从而注入无功功率i Q 和节点电压的相位角i δ。有一定无功功率储备的发电厂和有一定无功功率电源的变电所母线都可以作为PV 节点；

⑶ 第三类平衡节点。潮流计算时一般只设一个平衡节点。等值负荷功率Ls P 、Ls Q 是给定的，节点电压的大小和相位也是给定的。担负调整系统频率任务的发电厂母线往往被选作为平衡节点。

二.用牛顿法计算潮流时，有以下的步骤：

⑴输入线路，电气元件参数，形成节点导纳矩阵B Y 。 ⑵给这各节点电压初始值)0()0(,f e 。

⑶将以上电压初始值代入式（4—38a ）~式（4—38c ）或式（4—45c ）、（4—45a ），求出修正方程式中的不平衡量)0(2

)

0()

0()(,i i i U Q P ???以及 。

⑷将各节点电压的初值代入式（4-41a ）、式（4-41b ）或式（4-49a ）~式（4-49d ）,求修正方程式的系数矩阵——雅克比矩阵的各个元素

()()()()()()

000000ij

ij ij ij ij ij S R L J N H 、以及、、、。 ⑸解修正方程式，求各节点电压的变化量，即修正量()()00i i f e ??、。 ⑹计算各节点电压的新值，即修正后值

()()()()()()001001;i i i i i i f f f e e e ?+=?+=

⑺运用各节点电压的新值自第三步开始进入下一次迭代。 ⑻计算平衡节点功率和线路功率。 其中，平衡节点功率为

s s i si n i i s s jQ P U Y U S +=∑=*

*==?1

~

线路功率为

ji

ji i j j j j ji j ji ij ij j i i i i ij i ij jQ P U U y U U I U S jQ P U U y U U I U S +=-+==+=-+==?

?

*

?

?

*

?

?

?*??*?)([)]([0~

0~

从而，线路上损耗的功率为

ij ij ji ij ij Q j P S S S ?+?=+=?~

~~

三.MATLAB程序画牛顿拉夫逊法的流程图

问题分析

一.节点设置及分类

根据系统图可知此系统为两端供电网路，将母线1，2设为节点1，6，将变电所1、2、3、4的高低压侧分别设为节点2，3，4，5，7，8，9，10。并且，将节点1设为平衡节点，将节点6设为PV 节点，其余节点设为PQ 节点。

二.参数求取

设定基准值MVA S B 100=，KV U B 220=，所以4842

==B

B B U S Z Ω根据题目

原始资料，计算发电厂、变压器及线路的参数。

（1）运用下列公式计算变压器参数（折算到低压测）：

S

U P R N

N

k

T

22

1000=

U U X N

N

K

T

2

%=

X R Z

T

T T

+=

计算变压器分接头变比（折算到低压测）：

5.38%)

5.221(220?±?=

K , 11

%)

5.221(220?±?=

K

（2）计算线路参数

单位阻抗值为jx r +，长度为L ，则线路总阻抗为：

L jx r jX R Z )(+=+=

单位电纳y ，总导纳为：

yL Y =

（3）变电所负荷分别为：

变电所1 L S =60+j37.18 变电所2 L S =40+j24.79 变电所3 L S =40+j24.79 变电所4 L S =50+j30.98

表1：发电厂、变压器及线路的参数

三.等值电路图

四.MATLAB潮流计算

1. B1、B2矩阵的形成：

B1矩阵：1、支路首端号；2、末端号；3、支路阻抗4、线路对地电纳 (或变压器导纳)；5、支路的变比；6、支路首端处于K侧为1，1侧为0；7、线路/变压器标识（0/1）。

根据所求参数，以及B1矩阵的含义，列写B1矩阵如下:

B1=[1 2 8.5+20.1i 5.56e-4i 1 0 0;

1 4 4.25+10.05i 2.78e-4i 1 0 0;

1 7 7.65+18.09i 5.004e-4i 1 0 0;

6 9 8.5+20.1i 5.56e-4i 1 0 0;

7 9 6.8+16.08i 4.448e-4i 1 0 0;

2 3 5.455e-2+1.65024i 0 220/38.5 1 1;

4 5 3.735e-3+0.10083i 0 220/11 1 1;

7 8 5.455e-2+1.65024i 0 220/38.5 1 1;

9 10 3.735e-3+0.10083i 0 220/11 1 1;]

B2矩阵：1、该节点发电机功率；2、该节点负荷功率； 3、PQ节点电压初始值，或平衡节点及PV节点电压的给定值。4、节点所接无功补偿并联电容（感）的电纳。5、节点分类标号：1为平衡节点（应为1号节点）；2为PQ节点；3为PV节点。

由题目只两个电厂共同供给功率，结合发电机效率，功率损耗等条件选择合理的分配方式，即：发电厂二供给功率为60MW，其余由发电厂一供给。

B2=[0 0 231 0 1;

0 0 220 0 2;

0 60+37.18i 35 0 2;

0 0 220 0 2;

0 40+24.79i 10 0 2;

60 0 231 0 3

0 0 220 0 2;

0 40+24.79i 35 0 2;

0 0 220 0 2;

0 50+30.98i 0 0 2;]

2.编写程序并运行

(1) 编写程序见附录1

(2) 运行并调试

初始矩阵运行结果：

:

可以观察到节点3、5、8、10的电压都与题目给定的范围相比偏高，因此调节发电厂电压和变压器分接头，通过对系统进行多次调整，最终得到合理结果。

调整结果如下:

对比可知题目要求的3，5，8，10的电压均符合要求，MATLAB与DDRTS相比较误差很小，符合要求。

观察调节前后功率损耗，由于改变了机端电压和变压器变比，相应的总损耗增加，但数值较小符合要求。

各节点的电压模值，电压角度，节点注入有功，节点注入无功

各节点的支路首端注入有功率，支路首端注入无功率，支路末端注入有功率，支路末端注入无功率，支路有功损耗，支路无功损耗。

DDRTS仿真潮流计算结果图（系统图见附录2）

DDRTS图中的显示的数据为各支路潮流分布，节点电压和节点电压相角，与MATLAB对比潮流计算结果相同。

3.不同负荷变化的潮流分布

(1)4个变电所的负荷同时以2%的比例上升

由于变电所负荷以2%的比例上升，所以各个变电所负荷变为：

S=61.2+j37.92

变电所1

L

S=40.8+j25.28

变电所2

L

S=40.8+j25.28

变电所3

L

S=51+j31.60

变电所4

L

B2矩阵同时改变为:

B2=[0 0 231 0 1;

0 0 220 0 2;

0 61.2+37.92i35 0 2;

0 0 220 0 2;

0 40.8+25.28i10 0 2;

60 0 231 0 3

0 0 220 0 2;

0 40.8+25.28i35 0 2;

0 0 220 0 2;

0 51+31.60i0 0 2;]

下面进行调节，使电压达到要求范围：

由表可以观察到负荷上升后功率损耗有所增加。