信息工程学系2011-2012学年度下学期电力系统分析课程设计题目:电力系统潮流计算专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：***2012年3月10日信息工程学院课程设计任务书目录1 任务提出与方案论证 (4)1.1潮流计算的定义、用途和意义 (4)1.2 运用软件仿真计算 (5)2 总体设计 (7)2.1潮流计算设计原始数据 (7)2.2总体电路设计 (8)3 详细设计 (10)3.1数据计算 (10)3.2 软件仿真 (14)4 总结 (24)5参考文献 (25)1任务提出与方案论证1.1潮流计算的定义、用途和意义1.1.1潮流计算的定义潮流计算，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。

潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。

通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。

待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。

1.1.2潮流计算的用途电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。

所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流与功率及网损。

对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。

对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。

潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。

潮流计算（load flow calculation）根据电力系统接线方式、参数和运行条件计算电力系统稳态运行状态下的电气量。

通常给定的运行条件有电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。

待求的运行状态量包括各节点电压及其相位角和各支路（元件）通过的电流（功率）、网络的功率损耗等。

潮流计算分为离线计算和在线计算两种方式。

离线计算主要用于系统规划设计和系统运行方式安排；在线计算用于运行中电力系统的监视和实时控制。

目前广泛应用的潮流计算方法都是基于节点电压法的，以节点导纳矩阵Y作为电力网络的数学模型。

节点电压Ui和节点注入电流Ii 由节点电压方程（1）联系。

在实际的电力系统中，已知的运行条件不是节点的注入电流，而是负荷和发电机的功率，而且这些功率一般不随节点电压的变化而变化。

由于各节点注入功率与注入电流的关系为Si=Pi+jQi=UiIi ，因此可将式（1）改写为（2）式中，Pi 和Qi分别为节点i 向网络注入的有功功率和无功功率，当i为发电机节点时Pi﹥0；当i为负荷节点时Pi﹤0；当i为无源节点Pi =0，Qi=0；Ui 和Ii分别为节点电压相量Ui和节点注入电流相量Ii 的共轭。

式（2）有n个非线性复数方程，亦即潮流计算的基本方程式。

它可以在直角坐标也可以在极坐标上建立2n个实数形式功率方程式。

已知网络的接线和各支路参数，可形成潮流计算中的节点导纳矩阵Y。

潮流方程式（2）中表征系统运行状态变量是注入有功功率Pi、无功功率Qi和节点电压相量Ui（幅值Ui 和相角δi）。

n个节点的电力网有4n变量，但只有2n个功率方程式，因此必须给定其中2n 个运行状态变量。

根据给定节点变量的不同，可以有以下三种类型的节点。

PU节点（电压控制母线）有功功率Pi和电压幅值Ui为给定。

这种类型节点相当于发电机母线节点，或者相当于一个装有调相机或静止补偿器的变电所母线。

PQ节点注入有功功率Pi和无功功率Qi是给定的。

相当于实际电力系统中的一个负荷节点，或有功和无功功率给定的发电机母线。

平衡节点用来平衡全电网的功率。

平衡节点的电压幅值Ui和相角δi是给定的，通常以它的相角为参考点，即取其电压相角为零。

一个独立的电力网中只设一个平衡节点。

从数学上说，潮流计算是求解一组由潮流方程（2）描述的非线性代数方程组。

牛顿-拉夫逊方法是解非线性代数方程组的一种基本方法，在潮流计算中也得到应用。

当采用了稀疏矩阵技术和节点优化编号技术后，牛顿-拉夫逊潮流算法成为电力系统潮流计算中的优秀算法，至今仍是各种潮流算法的基础。

此外，还有各种快速潮流计算方法（例如直流潮流和快速分解潮流算法）、扩展潮流计算方法（例如最优潮流、动态潮流、随机潮流、开断潮流等）、交直流联合系统潮流计算、不对称电力系统潮流计算和谐波潮流计算方法等，以满足各种特殊要求的潮流计算。

1.1.3潮流计算的意义（1）在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。

（2）在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。

（3）正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。

（4）预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。

总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。

同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。

1.2运用软件仿真计算运用MATLAB软件进行潮流计算，对给定的题目进行分析计算，再应用DDRTS软件，构建系统图进行仿真，最终得到合理的系统潮流！首先，画出系统的等效电路图，在计算出各元件参数的基础上，应用牛顿—拉夫逊法以及MATLAB软件进行计算给定系统图进行了四种不同负荷下的潮流计算，经过调节均得到符合电压限制及功率限制的潮流分布。

其次，轮流断开环网的三条支路，在新的系统结构下进行次潮流计算，结果亦均满足潮流分布要求，牛顿—拉夫逊法具有良好的收敛性，上诉计算过程经过四到五次迭代后均能收敛。

利用牛顿拉夫逊法进行求解，用MATLAB软件编程，可以求解系统潮流分布根据题目的不同要求对参数进行调整，通过调节变压器变比和发电厂的电压，求解出合理的潮流分。

最后应用Simulink软件，构建系统图，对给定负荷重新进行分析，潮流计算后的结果也能满足相应的参数要求。

2设计思路2.1 潮流计算设计原始数据2.1．1．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。

如图2-1所示。

变电所1 变电所2母线,.图2-1系统图2.1.2、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40MW 和20MW ；发电厂二总装机容量为（200MW ）。

2.1.3、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：10KV 35KV 35KV 10KV (二) 变电所的负荷分别为：40MW 60MW 70MW 50MW (三) 每个变电所的功率因数均为cos φ=0.85；(四) 变电所1和变电所2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3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；2.2.4、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。

2.2总体电路设计2.2.1潮流计算等值电路MW 154⨯⎪⎩⎪⎨⎧====8.0cos 073.016.0136.002"N d x x x ϕ⎪⎩⎪⎨⎧====8.0cos 075.0161.0136.002"N dx x x ϕMW123⨯⎪⎩⎪⎨⎧====85.0cos 054.0154.0128.002"N d x x x ϕ⎪⎩⎪⎨⎧====8.0cos 0591.0157.0128.002"N d x x x ϕkVkVkVMWVA d 1011,⨯d YN 11,YN 2,⨯2.2.2建立电力系统模型在Simulink 中按照电力系统原型选择元件进行建模：在电力系统模型的建立工程中主要涉及到的是：元器件的选择及其参数的设置；发电机选型；变压器选择；线路的选择；负荷模型的选择；母线选择。

2.2.3模型的调试与运行建立系统模型，并设置好参数以后，就可以在Simulink 环境下进行仿真运行。

2.2.4计算数据首先计算各点的运算负荷，其次根据运算负荷以及各个线路及变压器的功率损耗计算各节点功率，然后用各节点的功率来计算电压降落，从而计算各个节点的电压。

1）变压器的阻抗1T R 、1T X ，励磁损耗1O S ∆。

2）线路的阻抗1L R 、1L X ，无功损耗1L Q ∆。

3）变压器及线路的功率损耗1T S ∆、1L S ∆4)变压器及线路的电压降落1T V ∆、1L V ∆5)各节点的功率和电压牛顿-拉夫逊潮流计算程序框图如图3-2所示3 详细设计3.1数据计算3.1.1变压器的阻抗1T R 、1T X ，励磁损耗1O S ∆(1)YN ，d11 16MVA 一个变压器j0.08MV A0.0157MV A 100165.0j 15.710Q j P S 79.40625161001105.10 X 3.450416100011073 R 3-0002T 22T +=⨯+=∆+∆=∆Ω=⨯⨯=Ω=⨯⨯=(2)YN ，d11 20MVA 两个变压器并联Ω=⨯⨯⨯=Ω=⨯⨯⨯=0.262520100105.1021 X 0.011125201000108921R 2T 22T MVA j0.20.0314)MVA 100205.0j10(15.72)Q j P (2S 3-000+=⨯+⨯⨯=∆+∆⨯=∆ (3) YN ，d11 63MVA 四个变压器并联Ω=⨯⨯⨯=Ω=⨯⨯⨯= 5.04175631001105.1041 X 0.092263100011012141R 2T 22T 489.56277.7276423.8175.13609.623 U L5=⨯+⨯=∆ YN ，d11 16MVA 两个变压器并联Ω=⨯⨯⨯=Ω=⨯⨯⨯=39.70312516100110.51021 X 1.7252161000107321 R 2T 22T MVA j MVA j S 16.00314.0)100165.010.715(230+=÷⨯+⨯⨯=∆-YN ，d11 63MVA 一个变压器Ω=⨯⨯=Ω=⨯⨯=20.16763100110.510 X 0.3689631000110121 R 2T 22T (4) YN ，d11 10MVA 两个变压器并联Ω=⨯⨯⨯=Ω=⨯⨯⨯= 6.431251110035.51021 X0.30625101000355021 R 2T 22T j0.11MV A 0.022MV A )10010j0.5510(112S -30+=÷⨯+⨯⨯=∆(5) YN ，Y ，d11 10MVA 两个三相变压器并联-0.25217.5)-6.5(10.5%U10.7526.5)-17.5(10.5%U K2K1=÷+==÷+=6.75210.5)-6.5(17.5%U K3=÷+=Ω=⨯⨯⨯=39.703125S 100% U U 21 X N K12N T1Ω=⨯⨯⨯=-0.0125S 100% U U 21 X N K22N T2Ω=⨯⨯⨯=0.3375S 100% U U 21 X NK32N T33.1.2 线路阻抗及无功损耗32km 线路：Ω=⨯= 6.720.2132 R LΩ=⨯=12.80.432 X L8608.6 Q L =∆40km 线路：Ω=⨯=8.40.2140 R LΩ=⨯=160.440 X L20625.54 Q L =∆80km 线路：Ω=⨯⨯=8.40.218021 R L Ω=⨯⨯=160.480 21X L928.30 Q L =∆30km 线路：Ω=⨯⨯= 3.150.213021R L Ω=⨯⨯=60.43021 X L372.3 Q L =∆70km 线路：Ω=⨯=14.70.2170 R LΩ=⨯=280.470 X L7316.33 Q L =∆3.1.3变压器及线路功率损耗Ynd11 16Mw 变压器()()()()()线路变压器线路）（线路）（变压器）（线路）（,701295.780458.92254899.24891.56396.531548.1114899.24891.55101.21090.027********.21090.03281.001425.010*********,6396.531548.111928.302372.165676.844280.127309282372.16164.81105676.844280.127805676.844280.12720625.5425308.47738.1386811.1317738.1386811.1314263.173189.02.1561202524263.173189.004175.509225.01102.156********MVAYNd 63420625.54j 25308.4304192j 7948.178705.50j 45629.2S 4192.3j 7948.116j 4.811078705.5045629.2S Km 4078705.50j 45629.248.35j 5976.3926705.86j 05299.42S S 48.35j 5967.3952.9j 4033.045j 60S 52.9j 4033.02625.0j 011125.0104560s 201128602670529942.05j6.86082660.340625.7945039.13S 8608.6j 6026.38.12j 60721107904145.13S Km 3240625.79j 45039.13S 40625.79j 45039.346025.79j 45039.31010S 32222712226322225C12224S -B B2B12223B 2222A 221KM j j j S j j j S j j S MW YNd j j j S j j S KM j j j S j j j S j J S MW YNd j j D D D C C +=-+++=+=--+-=+=+=-=∆⨯+=--+=+=++=∆+=--+=+=--+-=+=++-=∆⨯+=+++=+=++=∆+=--+=+=--+=+=++=∆⨯+=+++=+=++=∆+=+=+=∆()731.337091.17287.141101295.780458.922228j j S +=+⨯=∆ S E1=92.0458+j78.1295--17.7.91—j33.7316=74.3367+j44.3979 YN ，d11 63MVA 变压器：()7677.51055.0167.203689.011099.30502229j j S +=+⨯=∆S E2=50+j30.99--0.1055--j5.7677=49.8945+j25.2223S E3= S E1+ S E2=74.3367+j44.3979+49.8945+j25.2223=124.2312+j69.6202 YN ，d11 10MVA 变压器两个：()4703.14896205.643125.60625.31001522210j j S +=+⨯=∆S E = 15+6.890625+j14.4703=21.890625+j14.4703 30km 线路()372.37703.1615.3354703.14890625.2122211j j S +=+⨯=∆S G = 21.890625+j14.4703+1.7703+j3.372=23.2209+j17.8423 三相变压器： 中压侧：()009.002246.00125.00315.0358423.76609.2322212j j S -=-⨯=∆S H1= 23.6609+j17.8423+0.02246—j0.009=23.6834+j17.833 低压侧：()()7679.85138.05375.00315.0105.37355022213j j S +=+⨯-=∆S H2= 50--35+j37.5--0.5138—j8.7679=14.4862+j28.7321 高压侧：()()189.001764.03375.00315.01106202.69802312.12422214j j S +=+⨯-=∆3.1.4变压器及线路电压降落()()7679.85138.05375.00315.0105.37355022213j j S +=+⨯-=∆2258.1102625.05.4011125.040 U 2=⨯+⨯=∆5162.96)2258.110(=-=B U281.612162.596.812671.28625.765299.017 U L1=⨯+⨯=∆881.883281.612162.5962=-=∆-=U U U B A281.612881.883063.479504.43504.413 U 2T1=+⨯=∆.28172.775881.8830=-=U33.68162.59616871.750.485629.42 U L2=⨯+⨯=∆831.88733.68162.596=-=C U944.80100.3281271425.00)3036(U T4=⨯+⨯-=∆616.1100)944.8010(=-=D U957.124616.110016676.584.48280.4127 U L3=⨯+⨯=∆66.975957.124616.11002=-=C U45.335616.110028295.1785.714458.092 U L4=⨯+⨯=∆8117.6445.335616.1100=-=E U493.8511067.1209.930689.3050 U T5=⨯+⨯=∆629.0210375.50.537315.00)3550( U TG1=⨯+⨯-=∆263.20110375.30202.669315.00)80312.2124( U 3T6=⨯+⨯-=∆⋅149.0033125.0033.817315.00834.623 U 2T6=⨯-⨯=∆⋅148.28511)263.20629.0210(=⨯--=E U277.7271035)149.00629.0210( U G =⨯--=489.56277.7276423.8175.13609.623 U L5=⨯+⨯=∆788.121489.56277.727=-=F U743.54356.43125703.414625.03906.821 U T7=⨯+⨯=∆441.743510)743.54788.121( U 1=⨯-=3.2 软件仿真 3.2.1 MATLAB 源程序%简单潮流计算的小程序，相关的原始数据数据数据输入格式如下：%B1是支路参数矩阵，第一列和第二列是节点编号。