1、I力系統分析 課稈設計設 計題目9節點電力網絡潮流計算指導教師 院（系、部）電氣與控制工程學院專業班級 學號 姓名 日期 電氣工程系課程設計標準評分模板課程設計成績評定表學期姓名專業電氣工程及其自動化班級課程名稱電力系統分析設計題目9節點電力網絡潮流計算成績 評分項目優良中及格不及格設 計 表 現1.設計態度非常認真認真較認真一般不認真2.設計紀律嚴格遵守遵守基本遵守少量違反嚴重違反3.獨立工作能力強較強能獨立設計 完成基本獨立設 計完成不能獨立設 計完成4.上交設計時間提早或按時按時遲交半天遲交一天遲交一天以 上設 計 說 明 書5.設計內容設計思路清 晰，結構方 案良好，設 計參數選擇 正

2、確，條理 清楚，內容 完整，結果 正確設計思路清 晰，結構方 案合理，設 計參數選擇 正確，條理 清楚，內容 較完整，極 少量錯誤設計思路較 清晰，結構 方案基本合 理，設計參 數選擇基本 正確，調理 清楚，內容 基本完整， 有少量錯誤設計思路基 本清晰，結 構方案基本 合理，設計 參數選擇基 本正確，調 理清楚，內 容基本完 整，有些錯 誤設計思路不 清晰，結構 方案不合 理，關鍵設 計參數選擇 有錯誤，調 理清楚，內 容不完整， 有明顯錯誤6.設計書寫、字 體、排版規范、整潔、 有條理，排 版很好較規范、整 潔、有條理， 個別排版有 問題基本規范、 整潔、有條 理，個別排 版有問題基本規范

3、、 整潔、有條 理，排版有 問題較多不規范、不 整潔、無條 理，排版有 問題很大7.圭寸面、目錄、/、 /、4 卜參考文獻完整較完整基本完整缺項較多不完整圖 紙8.繪圖效果很出色較出色一般較差很差9.布局合理、美觀較合理基本合理有些混亂布局混亂10.繪圖工程標 準符合標準較符合標準基本符合標 準個別不符合 標準完全不符合 標準評定說明：不及格標準：設計內容一項否決制，即5為不及格，整個設計不及格，其他4項否決；優、良、中、及格標準：以設計內容為主體，其他項超過三分之一為評定標準，否則評定為下一 等級；如優秀評定，設計內容要符合 5,其余九項要有4項符合才能評定為優，否則評定為良好,以此類推。最

4、終成績:評定教師簽字:目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document PSAS嗽件簡介0 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document PSASP平臺的主要功能和特點 0PSASP勺平臺組成1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 牛頓拉夫遜潮流計算簡介 2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 牛頓拉夫遜法概要 2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document

5、直角坐標下的牛頓拉夫遜潮流計算 4牛頓拉夫遜潮流計算的方法 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 九節點系統單線圖及元件數據 6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 九節點系統單線圖 6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 系統各項元件的數據 7 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 潮流計算的結果 9 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 潮流計算后的單線圖

6、 9 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 潮流計算結果輸出表格 9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 結論 13電力系統分析課程設計任務書9節點系統單線圖如下：GEN2-23CSTMAiji基本數據如下:表1母線數據母線名基準電壓區域號電壓上限電壓下限發電116.5000218.150014.8500發電218.000119.80016.2000發電313.8000115.180012.4200GEN1-230230.00020.00000.0000GEN2-230230.00010.00000.

7、0000GEN3-230230.00010.00000.0000STNA-230230.00020.00000.0000STNB-230230.00020.00000.0000STNC-230230.00010.00000.0000表2交流線數據數據組I側母線J側母線編 號所屬 區域單位正序電阻正序電抗正序充電電納的1/2常規GEN1-230STNA-2301側標么0.0100000.0850000.088000常規STNA-230GEN2-2302側標么0.0320000.1610000.153000常規GEN2-230STNC-2303側標么0.0085000.0720000.074500

8、常規STNC-230GEN3-2304側標么0.0119000.1008000.104500常規GEN3-230STNB-2305側標么0.0390000.1700000.179000常規STNB-230GEN1-2306側標么0.0170000.0920000.079000表3兩繞組變壓器數據數據組1側線母線J側母線編號連接方式單位正序電阻正序電抗常規發電1GEN1-2307三角形/星形接地標么0.0000.05760常規發電2GEN2-2308三角形/星形接地標么0.0000.06250常規發電3GEN3-2309三角形/星形接地標么0.0000.05860兩繞組變壓器數據（續表）激磁 電

9、導激磁 電納變比I側主抽 頭電壓J側主抽 頭電壓J側抽頭 級差J側抽頭 位置J側最大 抽頭電壓J側最小 抽頭電壓0.0000.0001.0016.5230.01.259253.00207.000.0000.0001.0018.0230.02.53241.50218.500.0000.0001.0013.8230.02.53241.50218.50表4發電機數據數據組母線名母線單位額定容量額定功率有功發電無功發電母線電母線電類型(MVA)(MW)1壓幅值壓相角常規發電1V9標么100.0222.750.0000.001.04000.00常規發電2PV標么100.0172.81.6301.001.

10、02500.00常規發電3PV標么100.0115.20.8501.001.02500.00負荷數據數據組母線名編號母線類型單位有功負荷無功負荷常規STNA-230300PQ標么1.2500.500常規STNB-230301PQ標么0.9000.300常規STNC-230302PQ標么1.0000.350表5區域數據區域名區域號區域一11區域一221 PSASP 軟件簡介“電力系統分析綜合程序” （Power System Analysis Software Package,PSA）SP 是一套歷史悠久、 功能強大、 使用方便的電力系統分析程序， 是高度集成和開發 具有我國自主知識產權的大型軟

11、件包?；陔娋W基礎數據庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，PSASF可進行電力系統（輸電、供電和配電系統）的各種計算分析，目前包括十多個計算 機模塊，PSASP勺計算功能還在不斷發展、完善和擴充。為了便于用戶使用以及程序功能擴充，在 PSASP7.0中設計和開發了圖模一 體化支持平臺， 應用該平臺可以方便地建立電網分析的各種數據， 繪制所需要的 各種電網圖形（單線圖、地理位置接線圖、廠站主接線圖等）；該平臺服務于 PSASP 的各種計算，在此之外可以進行各種分析計算，并輸出各種計算結果。1.1 PSASP 平臺的主要功能和特點PSASPS模一體化支持平臺的主要功能和特點可概括為：圖模支持

12、平臺具備 MDI 多文檔操作界面，是一個單線圖圖形繪制、元件 數據錄入編輯、各種計算功能、結果顯示、報表和曲線輸出的集成環境。用戶可 以方便地建立電網數據、 繪制電網圖形、 驚醒各種分析計算。 人機交互界面全部 漢化，界面良好，操作方便。真正的實現了圖模一體化。可邊繪圖邊建數據，也可以在數據已知的情 況下進行圖形自動快速繪制；圖形、數據自動對應，所見即所得。應用該平臺可以繪制各種電網圖形，包括單線圖、地理位置接線圖、廠 站主接線圖等。所有圖形獨立于各種分析計算，并為各計算模塊所共享； 可在圖形上進行各種計算操作，并在圖上顯示各種計算結果； 同一系統可對應多套單線圖，多層子圖嵌套； 單線圖上可細

13、化到廠站主接線結構；可定義各種模板，通過模板自動生成廠站主接線圖及其數據； 各種電網圖形基于統一的圖形組態定義，實現了各類元件樣式的靈活定 義和擴展。具備安全的數據構架，進行了層次化的數據保護，保證了電網數據和圖 形的安全性和一致性。該平臺是開放的，基于該平臺的應用軟件（計算模塊）的接入為“即插即用式”，便于對PSASB進行功能擴充。便于PSASP程序模塊定制剪裁及功能擴 充，適應PSASP不斷發展的需要。通過與實際廠站中物理元件的對應，實現 PSASP與在線數據接口。平臺 可接入SCADA/EMS等實際量測信息，實現PSASF在線分析計算。兼容PSAS咯種版本的數據；提供與BPA IEEE格

14、式的數據接口。使用標準 Qt 圖形庫支持，保證了程序的多平臺兼容性，可運行于Windows、Linux、UNIX操作系統下。除PSASP之外，該平臺還可作為在線動態安全評估（DSA、調度員培訓 模擬（DTS等系統的運行支持平臺。向AutoCAD MatLab、ExceI等通用軟件開發。1.2 PSASP 的平臺組成PSASP7.圖模一體化平臺包括：基礎數據庫單線圖地理位置接線圖廠站主接線圖計算作業數據庫實時數據庫用戶自定義建模實時數據庫是滿足實時要求的主內存數據庫， 由于不需要在數據庫文件和緩 沖池間交換數據以及數據庫緩存管理， 實時數據庫的處理速度和響應能力均優于 商業數據庫。2 牛頓拉夫遜

15、潮流計算簡介牛頓拉夫遜法概要潮流計算在數學上是多元非線性方程組的求解問題，求解的方法有很多種。 自從20世紀 50年代計算機應用于電力系統以來， 當時求解潮流的方法是以節點 導納矩陣為基礎的逐次代入法， 后來為解決節點導納法的收斂性較差的問題， 出 現了以阻抗矩陣為基礎的逐次代入法， 到了20世紀 60年代，針對阻抗法占用計 算機內存大的問題又出現了分塊阻抗法及牛頓拉夫遜法。 牛頓拉夫遜法是數 學上解決非線性方程式的有效方法， 有較好的收斂性，利用了導納矩陣的對稱性、 稀疏性以及節點標號順序優化的技巧，成為廣泛研究非線性問題的潮流計算方 法。牛頓拉夫遜法是常用的解非線性方程組的方法， 也是當前

16、廣泛采用的計算潮流的方法，其標準模式如下 設有非線性方程組21)f 1 x1,x2, ,xn y1f2 x1,x2, ,xn y2f n x1,x2, ,xn yn其近似解為x1 , x2 ， ，Xn。設近似解與精確解分別相差， X2，Xn，則如下的關系式應該成立f1(0)X1(0)X1,X2X2,(0) ,XnXny1f2(0)X1(0)X1,X2X2,(0) ,XnXny2（22）fn(0)X1(0)X1,X2X2,(0) ,XnXnyn上式中的任何一式都可按照泰勒級數展開。以第一式為例，(0) (0) (0)i XiXi，X2X2，Xn(0) (0) i Xi X ,fifiX20fiX

17、iXi0X2XnXn0(0)，XnXni( 2 3)yififi fiXi0X20Xn分別表示以式中:0包含i則是i0Xi0I，X2，Xn0代入這些偏導數表示式時計算所得,Xi ， X2 ，Xn的高次方與仁的高階偏導數乘積的函數。如近似解X(0)與精確解相差不大，則Xi的高次方可略去，從而1也可略去，由此可以得到一組線性方程組，常稱為修正方程組。它可以用矩陣的形式表示yif iy2 f 2(0) (0)Xi -X2 ,(0) (0)Xi -X2 -(0)Xn(0)、Xnynfn(0) (0)Xi X，(0) XnfififiXi0X20Xn0f 2f 2f 2Xi0X20Xnfnfnfn|Xi

18、0X20Xn00J xXiX2Xn或者簡寫為式中：j稱為函數f的雅可比矩陣；X為由i平衡量的列向量。將Xi(0)(2 4)(2 5)Xi組成的列向量；f則稱不代入，可得f、J中的各元素。然后用任何一種解線性代數方程的方法，可求得X(0)，從而求得經第一次迭代后Xi的新值XiX(0)X(0)。再將求得的X(i)代入，又可求得f、J中各元素的新值，從而解得xJ以及XXiXi)。如此循環不已，最后可獲得對初始式子足夠精確的解直角坐標下的牛頓拉夫遜潮流計算把牛頓法用于潮流計算， 要求將潮流方程改寫成形如方程式 （21）所示的 形式。節點電壓和導納可表示為將上述表示式代入 Pi jQiUiYijeij

19、f iGij j Bij(26)nUij1YijU j 的右端，展開并分出實部和虛部，便可得PineiGij ejj1Bij f jnij1Gij f j BijejQini Gij ej j1Bij f jneij1Gij f j Bijej27)按照節點的分類，PQ節點的有功功率和無功功率是給定的，第 i個節點的給定功率設為pis和Qis。假定系統中的第1,2,3,，m節點為PQ節點，對其中的每一個節點可列方程PiPisPiPiseinGij ejj1Bijfjnf iGij f jj1Bij ej0QiQisQiQisfinGij ejj1BijfjneiGij f jj1Bij ej0

20、i1,2,3,m（28）PV節點的有功功率和節點電壓幅值是給定的。假定系統中的第m+1，m+2,，n 1號節點為PV節點，則對其中每一節點可以列寫方程nnPi PisPiPiseiGij ejBij f j f iGijf jBij ej0j 1 j 129)i m 1,m 2, ,n 1第 n 號節點為平衡節點，其電壓 U n en j f n 是給定的，故不參加迭代。式(28)和(2 9)中總共包含了 2 (n 1)個方程，待求變量有ei,1 , f ，也是2 (n 1)個。同時可以看到方程式(28)n1和( 29)已經具備方程組( 24)的形式W J U(210)再將上式用雅可比的矩陣方

21、程組來表示出來， 用牛頓拉夫遜法依次迭代數 據求得精確的潮流計算。 這一方法在當代的電力系統計算和分析中得到了廣泛的 應用和開發。牛頓拉夫遜潮流計算的方法 形成了雅可比矩陣后并建立了修正方程式， 運用牛頓拉夫遜法計算潮流的 核心問題已解決， 已有可能列出基本計算步驟并編制流程圖。 顯然，其修正方程 式有兩中不同表示方式，但牛頓拉夫遜法潮流計算的基本步驟卻大體上一致， 如下幾步：形成節點導納矩陣 YB ；設各節點電壓的初值 ei(0)， f i(0)；將各節點電壓初始值代入式( 29)中，求修正方程式中的不平衡量P(0)，Q(0)和 U(0)2 ；將各節點電壓的初值代入雅可比矩陣表達式中，求修正

22、方程式的系數 矩陣；(0)ei、( 5)解修正方程式，求各節點電壓的變化量，即修正量 ( 6 )計算各節點電壓的新值，即修正后的值(211)(0) (0) (0) (0) ei ei ei ； f i f i f i( 7 )運用各節點電壓新值順次進行下一次迭代；( 8)計算平衡點功率和線路功率。其中平衡點功率為Ss? nUs YisUii 1Ps jQs(212)線路功率為Sij?UilijPijjQjSji?U jIjiPjijQji(213)從而，線路上損耗的功率為Sj Sj SjiPj j Qj（214）3九節點系統單線圖及元件數據3.1九節點系統單線圖3.2系統各項元件的數據各項數據

23、如下表所示:表3 1母線數據母線數據報表母線名所屬分區廠站名基準電壓電壓上限電壓下限發電12發電廠116.518.1514.85發電21發電廠21819.816.2發電31發電廠313.815.1812.42GEN1-2302發電廠123000 1GEN2-2301發電廠223000 1GEN3-2301發電廠323000 1STNA-2302發電廠123000 1STNB-2302發電廠123000 1STNC-2301發電廠223000表3 2交流線數據交流線數據報表數據組I側節點名J側節點名編號單位R1X1B1/2所屬區域BASICGEN1-230STNA-23010010.010.08

24、50.0881BASICSTNA-230GEN2-23010110.0320.1610.1531BASICGEN2-230STNC-23010210.00850.0720.07451BASICSTNC-230GEN3-23010310.01190.10080.10451BASICGEN3-230STNB-23010410.0390.170.1791BASICSTNB-230GEN1-23010510.0170.0920.0791BASICGEN1-230STNA-23010610.010.0850.0881BASICSTNA-230GEN2-23010710.0320.1610.1531表3

25、3兩繞組變壓器數據兩繞組變壓器數據報表數據組I側節點名J側節點名編號I側連接方式J側連接方式單位R1X1BASIC發電1GEN1-230200DYG100.0576BASIC發電2GEN2-230201DYG100.0625BASIC發電3GEN3-230202DYG100.0586BASIC發電1GEN1-230203DYG100.0576BASIC發電3GEN3-230204DYG100.0586Gm Bm Tk ViO(kV) Vjstep J側最大抽頭電壓 J側最小抽頭電壓 VjO(kV)Vjpos00116.51.25253207230900113.82.5241.5218.5230

26、3001182.5241.5218.5230300116.51.252532072309001182.5241.5218.52303兩繞組變壓器數據（續表）表3 4發電機數據發電機數據報表單數據組發電機節點節點類型位PQ電壓幅值電壓相角Sn(MVA)Pn(MW)BASIC發電101001.040100222.75BASIC發電2-111.6311.0250100172.8BASIC發電3-110.8511.0250100115.2表3 5負荷數據負荷數據報表數據組負荷節點名負荷編號單位PQBASICSTNA-23030011.250.5BASICSTNB-23030110.90.3BASICS

27、TNC-230302110.35表3 6區域、分區/數據區域數據報表數據有效標記區域號區域名11全網12全網分區數據報表所屬區域編號分區編號分區名稱11區域一122 區域一24潮流計算的結果4.1潮流計算后的單線圖O,0!itjO QS4+1CU5-0-d g-jO 口O.S5jO. 2?LK51 oraEL-iCi.2SU.i&+jD OS圖4 1.潮流計算后的單線圖4.2潮流計算結果輸出表格經單線圖繪制完成，檢查無誤，潮流計算后表格輸出的結果如下:表4 1潮流計算摘要信息表潮流計算摘要信息報表PSASP( Load Flow) EPRI， China潮流計算日期： 2013/06/24 時

28、間：18:21:59作業名：作業_1作業描述：計算方法：Newton(Power Equation)( 牛頓法(功率式)基準容量：100.0000允許誤差：0.000100母線:本系統9上限5000發電機：31500負荷：33000交流線：86000直流線：020兩繞組變壓器：56000三繞組變壓器：02000UD模型調用次數：0200UP調用個數：010表42結果綜述表結果綜述報表作業名：作業_1計算日期：2013/06/24 時間：18:21:59 單位：p.u.廠站總有功發電總無功發電cos 0 g總有功負荷總無功負荷cos 0 l總有功損耗總無功損耗發電廠10.702-0.00912.

29、150.80.9370.0170.013發電廠21.63-0.1690.99510.350.9440.0050.16發電廠30.85-0.2690.9530000.0090.022表43物理母線計潮流算結果物理母線作業名：作業_1單位：p.u.區域全網計算日期：2013/06/24 時間：分區區域一118:21:59廠站發電廠2母線名稱電壓幅值電壓相角GEN2-2301.040142.4985STNC-2301.02489-0.0019發電21.02517.9842區域分區廠站全網區域一1發電廠3母線名稱電壓幅值電壓相角GEN3-2301.033011.8264發電31.025023.1752

30、區域分區廠站全網區域一2發電廠1母線名稱電壓幅值電壓相角GEN1-2301.04042-1.07STNA-2301.03368-1.7112STNB-2301.02347-2.9522發電11.040表4 4發電機潮流計算結果發電機作業名：作業_1計算日期：2013/06/24 時間：18:21:59 單位：p.u.區域分區廠站全網區域一2發電廠1發電機名稱母線名類型有功發電無功發電功率因數*Gen_1發電1V90.7016-0.00850.99993區域分區廠站全網區域一1發電廠2發電機名稱母線名類型有功發電無功發電功率因數*Gen_2發電2PV1.63-0.16860.99469區域分區廠

31、站全網區域一1發電廠3發電機名稱母線名類型有功發電無功發電功率因數*Gen_3發電3PV0.85-0.26940.95327表4 5負荷潮流計算結果負荷結果報表作業名：作業_1計算日期：2013/06/24 時間：18:21:59 單位：p.u.區域分區廠站全網區域一2發電廠1負荷名稱母線名類型有功負荷無功負荷功率因數*Load_1STNA-230PQ1.250.50.92848*Load_2STNB-230PQ0.90.30.94868區域分區廠站全網區域一1發電廠2負荷名稱母線名類型有功負荷無功負荷功率因數*Load_3STNC-230PQ10.350.94386表4 6交流線潮流計算結果

32、交流線結果報表作業名作業_1計算日期：2013/06/24 時間：18:21:59單位：p.u.區域分區全網區域一2交流線名稱I側母線J側母線I側電壓I側有功i側無功J側電壓J側有功J側無功*AC_1GEN1-230STNA-2301.040420.1493-0.02961.033680.14910.1576*AC_6STNB-230GEN1-2301.02347-0.4002-0.19111.04042-0.403-0.0379*AC_7GEN1-230STNA-2301.040420.1493-0.02961.033680.14910.1576區域分區全網分區間交流線名稱I側母線J側母線I側電壓I側有功i側無功J側電壓J側有功J側無功*AC_2STNA-230GEN2-2301.03368-0.4761-0.09231.04014-0.4830.2018*AC_5GEN3-230STNB-2301.033010.5095-0.22831.023470.50.1086*AC_8STNA-230GEN2-2301.03368-0.4761-0.09231.04014-0.4830.2018區域分區全網區域一1交流線名稱I側母線J側母線I側電壓I側有功I側無功J側電壓J側有功J側無功*AC_3GEN2-