1、课 程 设 计 报 告学生姓名 学 号：学 院 : 电气工程学院班 级 :题 目 : 基于 MATLAB 的电力系统潮流计算指导教师： 职称: 职称： 2014 年 1 月 10 日目录：一、电力系统潮流计算概述 .4二、潮流计算方法概述 .421 节点分类 .42.2 牛顿 拉夫逊法概要 .52.2.1 牛顿 拉夫逊法迭代原理 .522.1 牛顿法的框图及求解过程 .6三、课程设计任务 .83.1 题目原始数据 .83.2 课程设计要求 .9四、初步分析 .94.1 节点设置及分类 .94.2 参数计算 .104.3 等值电路绘制 .11五、潮流计算 .125.1 给定负荷下的潮流计算 .1
2、25.1.1 B1/B2 矩阵的形成 .125.1.2 潮流调整及分析 .125.1.3 仿真比较 .145.2 变电所负荷变化时的潮流计算 .155.2.1 4 个变电所负荷同时以 2%的比例增大 .155.2.2 4 个变电所负荷成比例 2%下降 .175.2.3 1、4 号负荷下降，2、3 号负荷上升 .195.2.4 仿真比较 .205.3 断线潮流计算 .225.5.1 断开 1、3 节点间的一条支路 .225.3.2 断开 1、5 支路的一条线 .235.3.3 断开 1、7 支路的一条线 .255.3.4 断开 2、9 支路的一条线 .265.3.5 断开 7、9 支路的一条线
3、.285.3.6 仿真比较 .29六、潮流分析总结 .31七、心得体会 .32参考文献： .33附录： .34潮流计算课程设计摘要电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态：各母线的电压。各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量的分析比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。此外，电力系统的潮流计算也是计算机系统动态稳定和静态稳定的基础，所以潮流计算是研究电力系统的一种重要的计算。潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法
4、有很多种，牛顿拉夫逊法是数学上解非线性方程组的有效方法，有较好的收敛性。本文应用了电力系统潮流计算仿真软件 DDTR 与利用程序计算的结果进行比较，使计算的结果更加准确。利用成形的程序对系统中出现的各种情况，例如负荷的变化以及线路上所发生的变化进行计算，并对母线上不满足范围的数据进行调控，使得系统处于一个较稳定的状态。关键词：牛顿拉夫逊法 MATLAB DDRTS 潮流计算 一、电力系统潮流计算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
5、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。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。 牛顿-拉夫逊法是数学中解决非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。在解决电力系统潮流计算问题时，是以导纳矩阵为基础的，只要我们能在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高潮流计算的效率。二、潮流计算方法概述21 节点分类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
6、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） 。第一类称 PQ 节点：等值负荷功率 PLi、QLi 和等值电源功率 PGi、QGi 是给定的，从而注入功率 P、Q 是给定的，待求的则是节点电压的大小 Ui和相位角。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。 第二类称 PV 节点：等值负荷和等值电源的有功功率 PLi、PGi 是给定的，从而注入有功功率 Pi是给定的。等值负荷的无功功率 QLi和节点电压的大小 Ui也是给定的。待求的则是
7、等值电源的无功功率 QGi，从而注入无功功率 Qi和节点电压的相位角。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。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PLs、QLs 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。2.2 牛顿拉夫逊法概要2.2.1 牛顿拉夫逊法迭代原理已知一个变量 X 函数为： ，由适当的近似值 出发，根据：0)(f)0(X,.)21()()1( nXfnn反复进行计算，当 满足适当的收敛条件就是上面方程的根。这样的方法就)(nX是所谓的牛顿拉夫逊法。这一方法还可以做
8、下面的解释，设第 次迭代得到的解语真值之差，即n的误差为 时，则：)(nX0)(nf把 在 附近对 用泰勒级数展开)()(nX0.)(!2)()()( nn XfffXf上式省略去 以后部分20)()(nnff的误差可以近似由上式计算出来。X)(nf比较两式，可以看出牛顿拉夫逊法的休整量和 的误差的一次项相等。)(nX用同样的方法考虑，给出 个变量的 个方程：n0),(,)(2121nnnXff 对其近似解 得修正量 可以通过解下边的方程来确定：11 nnnnnn XxffxffxxXff 21212121212),(),(式中等号右边的矩阵 都是对于 的值。这一矩阵称为雅可nf n,21比（
9、JACOBI）矩阵。按上述得到的修正向量 后，得到如下关系nX,21nnX这比 更接近真实值。这一步在收敛到希望的值以前重复进行，,21一般要反复计算满足 1112121,max nnnnn X为预先规定的小正数， 是第 n 次迭代 的近似值。nXn22.1 牛顿法的框图及求解过程（1）用牛顿法计算潮流时，有以下的步骤：给这各节点电压初始值 ；)0(,fe将以上电压初始值代入公式，求修正方程的常数项向量 ；)0(2)0()(,VQP将电压初始值在带入上述公式，求出修正方程中系数矩阵的各元素。解修正方程式 ；)0()(,fe修正各节点电压 ， ；)0()()1(e)0()()1(ff将 ， 在带
10、入方程式，求出 ；)1(e)(f )1(2)()(,VQP检验是否收敛，即 )()(,maxkikiQP如果收敛，迭代到此结束，进一步计算各线路潮流和平衡节点功率，并打印输出结果。如果不收敛，转回进行下次迭代计算，直到收敛为止。（2） 牛顿拉夫逊法计算程序框图启动输入原始数据形成节点导纳矩阵分解各节点初始电压的实部和虚部迭代次数 K=0求 PQ 节点的 , ，求 PV 节点的 ，)(kiP)(kiQ)(kiP)(kiU置节点号 i=0雅克比矩阵是否形成，in求得雅克比矩阵各元素 )(kijH)(kijN)(ijJ)(kijL)(kijR)(ijS增大节点号 i=i+1 把雅克比矩阵单位化求解修
11、正方程，得 ，)(kie)(kif求解最大修正量 ，max)(|ki max)(|kif是否收敛 回带各电压新值，K=K+1计算输出电压大小及相角，节电功率及支路损耗停止否是否是三、课程设计任务3.1 题目原始数据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（100MW） ，最大负荷和最小负荷为 50MW 和20MW；发电厂二总装机容量（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
12、35KV 10KV（二）变电所的负荷分别为：60MW 50MW 40MW 60MW （三） 每个变电所的功率因数均为 cos=0.85；（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；变电所 1 变电所 2 变电所 3变电所 435kV 母线 10kV 母线 35kV 母线 10kV 母线一次侧电压 220kV 一次侧电压 220kV母线 1母线 3母线 2线路长为 100km 线路长为 50km 线路
13、长为 90km 线路长为 100km2*QFQ-50-2 2*QFS-50-2 TQN-100-22*TQN-100-2。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。线路长为 80km。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。电厂一 电厂二4、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 ，单位长度的电抗为 ，单位长度的电纳为 。17.00.42S-610*2.783.2 课程设计要求 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
14、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。四、初步分析4.1 节点设置及分类根据系统图可知此系统为两端供电网路，为了潮流计算的完整性，将母线1，2 设为节点 1，2，将变电所 1、2、3、4 的高低压侧分别设为节点3、4、5、6、7、8、9、10。并且，将节点 1 设为平衡节点，将节点 2 设为 PV节点，其余节点设为 PQ 节点。则网络共具有 10 个节点和 9 条支路。4.2 参数计算
