1、哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书学生姓名：孙聪 学号：0903010909学 院：电气与电子工程学院 专业：电气工程及其自动化任务起止时间：2013 年 2 月 25 日 至 2013 年 6 月 20 日毕业设计（论文）题目：基于前推回代法的配电网潮流计算毕业设计工作内容：1、查阅国内外相关参考文献，要求阅读 20 篇以上文献，了解当今电力系统的发展状况，及目前研究的热点问题；2、复习并熟练掌握电力系统潮流计算步骤及计算过程； 3、自学前推回代法潮流计算的基本原理及过程；4、熟悉 C 语言，编写配电网潮流计算程序；5、通过实际算例验证所编写程序的可靠性和准确性； 6、撰写论文，准备答辩。
2、资料：1、王守相，王成山现代配电系统分析M北京：高等教育出版社，20072、刘健，毕鹏翔，董海鹏复杂配电网简化分析与优化M北京：中国电力出版社，20023、何仰赞，温增银电力系统分析(上册)(第三版)M 武汉：华中科技大学出版社，20024、李光琦电力系统暂态分析M北京：中国电力出版社，1998指导教师意见：签名：年 月 日系主任意见：签名：年 月 日教务处制表哈尔滨理工大学学士学位论文- I -基于前推回带法的配电网潮流计算的研究摘要电力系统的潮流计算在电力系统稳态分析和电力系统设计中有很重要的作用，潮流计算也是电力系统暂态分析的基础。潮流计算是根据给定的系统运行条件来计算系统各个部分的运行
3、状况，主要包括电压和功率的计算。配电网潮流计算是配电管理系统高级应用软件功能组成之一。本课题在分析配电网元件模型的基础上，建立了配电网潮流计算的数学模型。由于配电网的结构和参数与输电网有很大的区别，因此配电网的潮流计算必须采用相适应的算法。配电网的结构特点呈辐射状，在正常运行时是开环的；配电网的另一个特点是配电线路的总长度较输电线路要长且分支比较多，配电线路的线径比输电网细导致配电网的 R/X 较大，且线路的充电电容可以忽略。配电网的潮流计算采用的方法是前推回代法，文中对前推回代法的基本原理、收敛性及计算速度等进行了理论分析比较。经过 C 语言编程，运行算例表明，前推回代法具有编程简单、计算速
4、度快、收敛性好的特点，此方法是配电网潮流计算的有效算法，具有很强的实用性。关键词：电力系统；配电网；潮流计算；前推回代法哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Study on distribution network power flow calculationAbstractPower flow calculation has a very important role in power system steady-state analysis and power system design, and it is also the basis of transient analysis in
5、 power system. Flow calculation is based on given conditions of the power system and calculates the operational status of every part of the system, including voltage and power.With the development and application of the power electronics installations, the pollution of the harmonics becomes more and
6、 more serious in the network. The reactive source is used widely in many fields. Many kinds of methods based on the active filter to restrain the harmonics and to compensate the reactive power are taken into this field. And the detection of harmonics and reactive current is very crucial to harmonic
7、restraint and reactive compensation. This thesis starts with the definition of the Fryze time-domain theory and the instantaneous reactive power theory, and the methods for harmonics detecting and reactive current based on these theories is also discussed respectively in this thesis. Thereafter , ta
8、king the three-phase three-wire symmetrical circuits as research object, using the software which named PSCAD/EMTDC, simulation model through which we can make computer simulation is built based on Fryze theory and instantaneous reactive power theory. From the interrelated wave we got from simulatio
9、n, the fundamental reactive current we got from calculation and generalized instantaneous reactive current we got from detection. Those theories have the advantage of their own in detecting the harmonic and reactive current. After the C programming language, run example ,the result of the 哈尔滨理工大学学士学
10、位论文- III -research indicates that Fryze theory has specific physical meanings, easily to be realized and calculated, but it need a longer delay time. Instantaneous reactive power theory has the advantage of a shorter delay time, much more exactly in detecting the harmonic and reactive current.Keywor
11、ds:Power systems；fryze theory；instantaneous reactive power theory； harmonic；reactive current哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 配电网潮流计算研究目的及意义 .11.2 潮流计算问题的发展及配电网潮流计算的现状 .21.3 本文主要内容 .4第 2 章 配电网潮流计算方法 .52.1 配电网特点及对算法的要求 .52.1.1 配电网的分类 .52.1.2 配电网的特点 .52.1.3 配电网潮流算法的要求 .62.2 电力网数学模型 .
12、62.2.1 输电线路的数学模型 .72.2.2 变压器的等值电路 .82.3 配电网潮流计算概述 .92.3.1 潮流计算的概述 .102.3.2 配电网潮流计算的概念 .102.3.3 配电网潮流计算的特点 .102.4 配电网潮流常用求解算法 .112.4.1 主干馈线节点功率计算 .112.4.2 主干馈线节点电压计算 .13第 3 章 配电网潮流计算前推回代法编程 .163.1 程序流程图 .163.2 程序编译 .17第 4 章 配电网潮流计算程序仿真 .194.1 算例分析 .194.2 程序运行 .20结论 .25致谢 .26参考文献 .27附录 A 英文文献 .28附录 B
13、中文译文 .36哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论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以及系统的界限情况确定整个电力系统各个部分的运行状态：各母线的电压。各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。电力系统的潮流计算是电力系统稳态分析、暂态分析和故障分析的基础。1.1 配电网潮流计算研究目的及意义由于我国国民经济不断发展，电力的供应和需求已遍及到社会生产、人民生活的各个层面，社会对电力的需求量在日益增加。同时，产业结构的调整，电力市场的逐步形成以及电价机制的完善，也对电网的经济性和可靠性提出了更高的要求 1。配电网络通常包括配电变电站、一次配
14、电线路、二次配电线路、配电变压器、继电保护设施等，是连接发、输电系统与用户的重要环节。城市配电网是城市现代化建设的重要基础设施之一，是现代化城市必不可少的电能供应系统。其建设的好坏直接影响到城市经济的发展的快慢、人民生活水平的提高、投资环境的优化等。当前，国家对电力系统改革工作非常重视，在电力工业中引入竞争机制，并且开展电力市场建设。对配电网问题进行研究，大幅度提高供电质量和可靠性，对提高电力公司的经济效益与竞争力、降低电网电能损耗、节约能源具有重大的现实意义。随着我国经济的全面发展，中低压配电网供电可靠性低、发展落后的问题日渐突出。城市中低压配电网在城市电力销售中占据了大部分市场，但其发展滞
15、后，不再适应城市的需求，因此成为客户抱怨的主要对象。这些问题主要表现为：一是电网停电次数太多；二是停电时间长；三是报装时间长；四是电压不稳定。为了解决以上的配电网问题，必然要求及时、准确的配电网潮流分析结果，当然这就需要更加高效、可靠的潮流计算、分析方法。为了解决以上的配电网问题，必然要求及时、准确的配电网潮流分析结果，当然这就需要更加高效、可靠的潮流计算、分析方法。其中最基本的重要计算，是电力系统运行、规划以及安全性、可靠性分析和优化的基础，也是各种电磁暂态和机电暂态分析的基础和出发点。随着系统网络结构日趋复杂和完善，潮流计算作为电力网络分析的基本计算之一，也在不断的得到改进和提高。在电力系
16、统规划设计和现有的电力系统的运行方式的研究中，都需要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，电力系统潮流计算也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -所以潮流计算是电力系统一种最重要最基本的运算。1.2 潮流计算问题的发展及配电网潮流计算的现状配电网潮流计算是配电网分析的基础 2, 配电网在结构方面与输电网存在着显著的不同：它一般是闭环设计，开环运行，网络结构为辐射状，线路中的电阻与电抗的比值较大 3,4。随着科学技术和电力系统的发展，配电网的潮流计算的研究大致经历了三个阶段的发展；手算阶段、对称潮流计算阶段和三相潮流计算阶段
17、。尽管对电力系统潮流的研究早在六十年代就已经开始，但由于配电系统在电力工业中没有得到充分的重视，直到七十年代末以前，配电网的潮流计算仍处于手算阶段。这个阶段的潮流计算为前推回代法，该方法即：假设全网的节点电压初始值为额定电压，从末端向首端逆潮流方向计算支路功率，再由首端向末端顺潮流方向计算各节点电压。这种方法原理简单，计算量小，不存在收敛问题，但仅适用于单电源开式网，此外对大型网络不容易程序化 5。从八十年代初到九十年代中期，对着电力工业的发展，人们开始重视配电系统的线损计算和规划问题等，潮流计算作为基础也受到重视，人们开始研究配电潮流的计算机算法，在这个阶段潮流方法的研究主要是针对对称负载
18、6。出现了众多针对配电网特殊网络结构的对称潮流算法。此类算法大致可以分为两类，第一类是将输电网的计算方法做了改进应用于配电网，如隐式高斯法，第二类是基于前推回代法的计算机算法，如功率分布系数法，二次设压法等。隐式高斯法是1991年T.H.Chen.M.S.Chen等提出的，该方法根据网络结构形成节点导纳矩阵，节点电压是通过利用叠加原理分别计算电源和负荷单独作用在各节点产生的电压叠加求得。该方法原理简单，程序设计比较容易，可以根据配电网结构的变化，形成新的节点导纳矩阵，而且导纳矩阵是一个对称且高度稀疏的矩阵，占用内存非常节省。但是收敛速度较慢，迭代次数将随着所计算网络节点数的增加而上升，从而导致
19、了计算量的急剧增加。因而该方法只适用于节点数较少的配电网。前推回代法的计算机算法的原理和手算法基本相同，是以支路网损为状态量的典型算法。此类算法研究的关键问题是如何利用配电网结构特点生成网络矩阵，使得网络矩阵不仅在电网计算时节约内存，提高计算速度，而且当网络结构变化时容易修改。目前存在着两种网络矩阵的形成方法，一种是节点支路关联矩阵法，该方法采用手工编号的方法，建立了节点和支路的关联矩阵，清楚简单，但是占用内存大，不易跟踪网络变化，另一种是计算序列法，该方法根据网络的拓扑信息自动生成网络的计算序列，占用内存小，容易跟踪网络结构的变化。在九十年代中后期，配电自动化的发展进入了实施阶段，实测的三相
20、哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -负荷严重不对称，使人们开始重视研究配电网的三相潮流计算方法。在处理三相不对称的方法上，配电网的三相潮流计算可以分为阁:序分量法( 又称对称分量法)和相分量法。序分量法中，将系统各量分解为正序、负序、零序分量，各元件参数是3 3 阶子矩阵，其对角元素为各相的自阻抗和自导纳，非对角元素为各序间的互阻抗或互导纳。序分量法能将系统中对称部分的等值电路的三相电流电压之间的关系解耦，计算量较小。但是由于配电网的负荷节点很多，因而需要的分解的点较多，反而使计算量变的更大 7。相分量法中，系统中各元件都以相参数表示，每个元件的参数为一个3 3 阶子矩阵，其对角元素为各相的自
21、阻抗或自导纳，非对角元素为各相间的互阻抗或互导纳。相分量法容易处理三相不对称负荷，但是当流经系统的三相电流不平衡（对配电系统往往如此）时，系统中对称元件的三相之间不能解耦，如，三相线路之间，由于三相电流的不对称必然使得相与相之间存在耦合，产生互感。目前大多数的配电网的潮流算法都采用了相分量法。从潮流计算算法来分类三相潮流计算可分为回路阻抗法、前推回代法。这两种方法都属于相分量法。配电网潮流计算是电网经济运行、系统分析的重要基础。配电网不仅呈辐射状运行结构, 而且分支多，各馈线之间基本没有联系，与输电网络结构有明显差异，正常运行的配电网具有辐射状网络结构、负荷节点数量很多、线路 R/X 较大等特
22、点，所以传统的潮流计算方法如：牛顿法、PQ 分解法等在配电网潮流计算中不再适用。近年来，许多学者对配电网潮流计算展开大量的研究，并出现了许多计算配电网潮流的算法，主要有：回路阻抗法 8,9，改进牛顿法 10,11，快速解耦法 12，前推回代法 13等。虽然有些学者为使快速解偶法能在配电网得以继续应用而做了一些有益的尝试，如应用补偿技术处理 R/X 较大的线路，但这些方法都使算法复杂化，丧失了快速解偶算法原有的计算量小，收敛可靠的特点。潮流算法多种多样，但一般要满足四个基本要求：可靠收敛，计算速度快，使用方便灵活，内存占用量少。他们也是对潮流算法进行评价的主要依据。前推回代法在配电网潮流计算中简
23、单实用，所有的数据都是以矢量形式存储，因此节省了大量的计算机内存，对于任何种类的配电网只要有合理的 R/X 值，此方法均可保证收敛。算法的稳定性也是评价配电网潮流算法的重要指标。一般情况下，算法的收敛阶数越高，算法的稳定性越差，前推回代法的收敛阶数为一阶，因此它也具有较好的稳定性。比较而言，前推回代法充分利用了网络呈辐射状的结构特点，数据处理简单，计算效率高，具有较好的收敛性，被公认是求解辐射状配电网潮流问题的最佳算法之一。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -1.3 本文主要内容论文的主要工作内容有：（1）配电网潮流计算的研究目的，意义，发展及现状；（2）配电网的特点，分类；电力网数学模型；配
24、电网潮流计算概念，特点，以及算法。文中主要介绍前推回代法计算电压幅值及节点功率；（3）前推回代法潮流计算编程；（4）8 节点主干馈线电网算例分析，程序运行。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -第 2 章 配电网潮流计算方法配电网潮流计算是配电网络分析的基础，配电网的网络重构、故障处理、无功优化和状态估计等都需要用到配电网潮流的数据。因此，建立合适的配电网潮流模型，用合适的方法去求解是十分有必要的。2.1 配电网特点及对算法的要求2.1.1 配电网的分类在 电 力 网 中 重 要 起 分 配 电 能 作 用 的 网 络 就 称 为 配 电 网 。配 电 网 按 电 压 等 级 ， 可 分 为 高
25、 压 配 电 网 (35-110kV)， 中 压 配 电 网(6-10kV， 苏 州 有 20kV 的 )， 低 压 配 电 网 (220/380V)； 在 负 载 率 较 大的 特 大 型 城 市 ， 220kV 电 网 也 有 配 电 功 能 14。在现代电力系统中，大型的发电厂通常远离负荷中心，发电厂输送的电能，一般要往往通过高压或超高压输电网络送到负荷中心，然后在负荷中心由电压等级比较低的网络把电能分送到不同电压等级的用户。这种在电力网中主要起分配电能作用的网络称之为配电网络。配电网按所在的地域或服务对象划分，由城市配电网和农村配电网两部分组成。向一个城市及其郊区分配和供应电能的电力网
26、叫城市配电网。城市配电网连同为其提供电源的输电线路及变电所，统称为城市电力网，简称城网。供应县(县级市)范围内的农村、乡镇、县城用电的电力网，叫做农村配电网，简称农网。在 城 市 电 网 系 统 中 ,主 网 是 指 110kV 及 其 以 上 电 压 等 级 的 电 网 ， 主要 起 连 接 区 域 高 压 (220kV 及 以 上 )电 网 的 作 用 。配 电 网 是 指 35kV 及 其 以 下 电 压 等 级 的 电 网 ， 作 用 是 给 城 市 里 各 个配 电 站 和 各 类 用 电 负 荷 供 给 电 源 。从投资的角度看，我国与国外先进国家的发电、输电、配电投资比率差异很大，国外基本上是电网投资大于电厂投资，输电投资小于配电投资。我国刚从重发电轻供电状态中转变过来，而在供电投资中，输电投资大于配电投资。从我国城网改造之后，将逐渐从输电投资转入配电建设为主。本文是基于前推回代法的配电网潮流分析计算的研究，研究是是以根节点为 10kV 的电压等级的配电网。2.1.2 配电网的特点由于电源位置、负荷分布、地理条件等的不同，配电系统可分为三种结构方式：辐射形，又称树状型；环网形；网格形。
