电力系统潮流计算实用化研究.doc

1、 大连海事大学硕士学位论文电力系统潮流计算实用化研究姓名：顾本华申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：姚玉斌201206随着现 代电 力 工业 向 大 系统 、 超 高压 、 远 距 离 、 大 容 量 方向 发 展 ，电 力 网 络结构 越 来 越 复杂。因 此需 要以潮 流计 算 为 基 础作进一 步 研究，尤 其在 科研上 ，即对 原有的 潮 流计 算 程 序 作进一 步 改 进，需 要一 个 便于维 护和 修 改 的 潮 流程 序 非 常有必要，因 此本 文设计 出 一种适合 研究目 的 使 用 的 牛顿 法潮 流计 算 算 法，使 用 该算 法设计 程 序 时 ，在 运算 速 度

2、上 并 没 有太多的 降 低 ，但是 却 给 程 序 的 维 护和 可 读性带来 了极大 的方便，本 算 法并 没 有采 用 稀 疏 技术 ，而 是 采 用 基 本 的潮 流计 算 。但是 在 计 算 过程 中对 导 纳 矩 阵 和 雅可 比 矩 阵 进行分 析，并 在 解 方程 时 进行适当 地处 理 ，最 终达 到 减 少 运算 次 数 ，跳过不必要的 计 算 ，因 此该算 法比 基 本 的 潮 流计算 速 度又有很 大 的 提高。电 力 系统 潮 流计 算 是 电 力 系统 规划设计 与运行分 析的 基 本 工具 ，面 对 复杂的， 代 甌， 癷 电 力 系统 潮 流 计 算 实 用 化

3、研 究研 究电 力 系统 潮 流 计 算 的 背 景 及 其 现 实 意 义综 上 所 述 ， 在 电 力 系统 中， 无 论 是 选 择运行方 式 还是 设 计 电 网 规 划 方案的 研 究， 都需要 根据潮 流 计 算 的 结 果 以 比较运行方 式 和分析 电 网 规 划 以及 供 电 方 案的 可 行性 、安 全性 、可 靠性 和经 济 性 最终做 出 最佳方 案【 。 此 外，潮 流 计 算 也 是 电 力 系统 动 态稳定 性 分析 和静 态稳定 性 分析 的 基 础 ， 通过 潮 流 计 算不 但 可 以 确 定 整 个 电 力 系统 的 运行状 态， 而 且 可 以 为其 他

4、 电 力 系统 分析 软 件 等提供 比较好 的 初 值来进行其 他 运算 和设 计 ， 例如电 力 网 络 的 重 构 、电 力 系统 状 态估计 、电 力 系统 无 功 优 化、电 力 系统 的 故障处 理 、电 力 系统 的 设 计 规 划 等。 另 外， 世 纪 年代 ，电子计算 机 开 始 大 规 模 地应用 于电力 系 统 潮 流计算 ，此 后 出 现 了 好 多 有关潮 流计算 的 算 法，但这 些 算 法的 发 展 仍 然 是围 绕 着 对其算 法的 基 本 要求而进 行 设 计的 ，其算 法应满 足如下 几 点要求：电力 系 统 潮 流计算 实用 化研究 世 纪 年代 以 来

5、 ，潮 流计算 算 法的 研究仍 然 十分活跃，但是绝 大 数期 起，牛 顿 拉夫 逊 潮 流算 法 韵 录虺 婆 俜 采用 了 提 出 的 稀疏技术和 节 点优化编 号技术 ，相 比 较 于阻 抗 法在其收 敛 性、内 存 要求、计算 速 度 都得到 了 很大 的 改善，成 为直 到 目 前仍 被 广 泛采用 的 优秀 算 法【 】 。另外 针 对 潮流计算， 却 能 够 保 持 着 分解 法 的高 效 特点 。放 值 较 大 的元 件，以 及 重负 荷输 电 线 路 都具有 相当好 的收 敛性。文 献【 】 分析 了 全 局 潮 流计算的特殊 困 难以 及 要 满 足的基 本要 求， 并

6、建立 了潮 流计算的数 学 模 型 ， 使 用 了 较 为 严 格的全 局 潮 流计算主从 分裂 法 。 该 算法 将 庞大 的电 力系 统 潮 流分成 为 发 电 、 输 电 潮 流以 及 一 系 列 规 模 较 小的配 电 馈 线 潮 流子系 统 ，因 此 通 过 该 算法 使 得 潮 流计算规 模 得 到 很大 的降 低 。本 课 题的研 究 主要 包括以 下三个 方面 ：电 力 系统 潮 流 计 算 模 型量，电 力 系统 潮 流 计 算 实 用化 研 究对应的每个 节 点 必 须 给 定其中的隽浚粝 个 量 作为 待求 变 量 ，这 样才 能保 证 方 程 组 可 以求 解 。根 据

7、电 力 系统 运 行的实 际 状 况，并按 照所给 定的变 量 的不节 点 ，在电 力 系统 中的绝多 数 节 点 都 属于这 一 类型 的节 点 。另外联络 节 点 也 可 以这 类 节 点 ， 荆 杂 诘 愕 腝 、秽 待求 。这 类 节 点 在运 行过 程 中 往往要求 要有 一 定的可 调无 功容量 可 以能 够维 持 给 定的电 压 初始值，因 此 这 一 类型的节 点 是系统 中可 以调节 电 压 的母线，又 被 称 作为 电 压 控制 节 点 。一 般 把 具 有一定无 功存 储 量 的发 电 厂 母线或 者具 有可 调无 功电 源 设 备 的变 电 所作为 节 点 ，在电 力

8、系统 中，这 一 类型 节 点 的数 目 相 对较少 。在潮 流 分 布计 算 出 来之前，电 力 网络 中的功率损耗 值是未 知 的，因 此 网络 中至少 存 在一 个 节 点 的有 功功率尸 是不可 以给 定的，这 个 节 点 要担 当 系统 的有 功功率的平 衡 ，故称 之为 平 衡 节 点 ，而另外又 要电 压 相 位 为 零的节 点 来作为 计 算 各节 点 电 压 相 位 的参 考 值，这 类节 点 被 称 为 基准 节 点 ，基准 节 点 的电 压 幅 值也 是给定的，因 此 为 了计 算 上的方 便，可 以把 平衡 节 点 和基准 节 点 选 作同 一 个节 点 ，统电 力 系

9、统 潮 流 计 算 模 型潮 流计 算 中线路采 用 如图 所 示 的 彤等值电路， 变 压 器可 以用 漏抗串联由 式 可 以画出 如图 所 示 的 等效 电 路图图 变 压 器的 等值 电 路图图 变 压 器的 等值 电 路图 对 式 写 成 矩阵 的 形式如 下： 五乞 圪易圪； 如 果 单 独 在 节 点 砌口上单 位电 压 玩， 而 把 其余 节 点 均 接 地 ， 即 ， 抚 ， ， ， 刀当 七 保 S虢 诘 鉬 相 连 的 所 有支 路的 导 纳 之 和 ， 即 牛顿 一拉 弗 逊法潮 流 计 算代 入 式 所 示的 潮 流 计 算 基 本方程 并把 实 部 和 虚部 分开 写

10、 ， 得 ：“ 勺衅吆 列呜 泓川乏川根 据 式 ， 可 以 写 出 修 正 方程 式：电 力 系统 潮 流 计 算 实 用 化研 究式中 矿 为 功 率 偏 正 量 ， Q趴杀 染卣 螅 鱑 电 压 修 正 量 ， 其中； ；咖儿；砌肋；砌如 ，驴警 郴 縧 厶：竺 譬 ： 瓯巳 眤等筹代 入 式 所 示的 潮 流 计 算 的 基 本方程 可 以 得 ： 弧 啤 辯 一 尸 狿 尸心 一 苪 诳 縎 囊 籕 暌籾 肜 辉 荤 郼 口 ， ， ， 刀 一 ， 扰 鸢 菺 篶 矿 即 劝川 雅 可 比矩阵 无对 称性；在使用 牛顿 法进行 潮 流 计 算 时， 若初值 给得 适 当， 收敛 速度

11、 将 会 非 常 快 ， 并具有平方收 敛 的 特性， 一般 只需要 迭代 次 就可 以 收 敛 到 一个 相 当精 确 的 解 ，而 且 使用 牛顿 法进行 潮 流 计 算 时迭代 次 数与 所 计 算 的 电 力 网 络 规 模 基 本 上 无关 。牛顿 法具有非 常 高 的 收 敛 可 靠 性， 但 是 也 存 在缺陷 即迭代 的 计 算 量 和 所 需的 内存量 都 比较大 。电 力 系统 潮 流 计 算 模 型电 力 系统 潮 流 计 算 实 用 化研 究口 聊 口 行 月第 ， 行的 消 去 过 程 的 递 推 公 式 为 ：从 算 法 的 角 度 ， 递 推 公 式 可 以 表

12、示 为 ：按 行回代就 是每 次 回代时 按 行进 行， 用 该行的 上 三 角 元 素与该行以 下的 所 有 ， 从 算 法的 角 度 ， 高斯消 去 法的 递 推公 式 可以 表 示 为 ：， 砸 籰 ， ， 数 矩 阵 第 一 列 的 情况。电 力 系统 潮 流 计 算 模 型 口 掣 口 ， 琭 从 算 法的 角 度 ， 高斯消 去 法的 递 推 公 式 可 以 表 示为：口 盟。谔 鉯 一口 扩口 ； 盘，从 算 法的 角 度 ， 高斯消 去 法的 递 推 公 式 可 以 表 示为：小结的 特点是高度 稀疏、 对称 和易 于 修改 。工 程 用 潮 流计算 研 究：顺 序排列 在一

13、起 。下面以 按 行存储为 例 ， 其 格 式如 下：度 进行了比 较 ， 最 后 针 对在工 程 上运 用 的 要 求做出最 佳选 择。工 程 用 潮 流计算 研 究 节点 顺序优 化 编号 目前 在进 行电力系 统计算 时 ，对 网 络 方 程 的求解方 法 大 多 数 使 用 的是 直接法 ，另 外 在对 网 络 方 程 反 复求解时 ，往 往 首 先 对 雅可 比 矩阵 进 行高 斯 消 去，然 后用 经过规 格 化 和 消 去之 后 的右 端 常 数 项进 行前 代 和 回 代 运算 ，最 终 得 到网 络 方 程的解。由 于 节点 导纳 矩阵 是 高 度 稀 疏 的矩阵 ，而这 些

14、 零元 素无 需 储存，也 不 必要参 与运 算 ，因此 需要使 用 到稀疏 技术 ，另 外 在使 用 高斯 消 去的过程 中 会产 生 新 的非 零注入 元 素，可 以直观 地用 电路 的星网 变换 来 解释 ，接 下来 介 绍一 下如何在 运算 中 尽量保持 矩阵 的稀疏 性的方 法 节点 顺序优 化 编号 。电 力 系统 潮 流 计 算 实 用 化研 究 尽 俊!G 蚵 ， 节 点， 、 应 间的 互导纳 跏 际 比 恐梦 猳； 【】 尽 恐星 傻 牧 泻 牛 跏 际 比 恐梦 狾；端 的 节 点编 号 涕狄 假 设 于 劝， 具 体操作步骤如 下【 】 ： 【毋 【司图 导纳 矩 阵非零 兀素插 入过 程 锄 緓 譮 寄 桑 迦 耄 甋之 后 ；