電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計-- 電力系統(tǒng)潮流計算

1、<p>　　電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計報告書</p><p>　　題目: 電力系統(tǒng)潮流計算 </p><p>　　2012 年 4 月 15 日</p><p>　　信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　學(xué)生姓名學(xué) 號成 績</p&

2、gt;<p>　設(shè)計題目電力系統(tǒng)潮流計算</p><p>　設(shè)計內(nèi)容在圖1所示的簡單電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中節(jié)點1、2為節(jié)點，節(jié)點3為節(jié)點，節(jié)點4為平衡節(jié)點，已給定，，，，，，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標幺值如表2所示，給定電壓的初始值如表2所示，收斂系數(shù)。試求各個母線上的潮流分布。</p><p>　設(shè)計要求1.按學(xué)校規(guī)定的格式編寫設(shè)計論文。2.論文主要內(nèi)容有：①課題名稱。②設(shè)計任務(wù)和要求

3、。③PSCAD的應(yīng)用以及仿真結(jié)果。④收獲體會、存在問題和進一步的改進意見等</p><p>　時間安排2013年2月21日：下達課程設(shè)計的計劃書，任務(wù)書，設(shè)計題目及分組情況2013年2月22日-28日：學(xué)生熟悉PSCAD軟件和建模2013年2月29日-30日：上機調(diào)試程序，建立系統(tǒng)接線圖的仿真模型和得出仿真結(jié)果 2013年4月31日-2日：寫出報告（A4打印稿）和PPT報告（用于答辯）2013年5月6

4、日：組織學(xué)生答辯</p><p>　參考資料何仰贊 主編.電力系統(tǒng)分析. 高教出版社出版.第三版.2002年劉明波 主編.大電網(wǎng)最優(yōu)潮流計算.科學(xué)出版社出版.第一版.2010年陳珩 主編.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.中國電力出版社.第三版.2007年韓禎祥 主編.電力系統(tǒng)分析.浙江大學(xué)出版社.第三版.2005年</p><p><b>　　摘要</b></p>

5、<p>　　電力系統(tǒng)的出現(xiàn)使高效、無污染、使用方便、易于控制的電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的發(fā)展，開創(chuàng)了電力時代，發(fā)生了第二次技術(shù)革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準已成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的標志之一。電力系統(tǒng)的潮流計算是電力系統(tǒng)最基本的計算，也是最重要的計算。所謂潮流計算，就是已知電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運行條件，計算電力系統(tǒng)各母線電壓、各支路電壓與功率及網(wǎng)損。對于正在運行的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以判斷電網(wǎng)母線電壓

6、、支路電流及功率是否越限，如果有越限，就應(yīng)采取措施調(diào)整運行方式。對于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計算，可以為選擇電網(wǎng)供電方案和電氣設(shè)備提供依據(jù)。潮流計算還可以為繼電保護和自動裝置定整計算、電力系統(tǒng)故障計算和穩(wěn)定計算等提供原始數(shù)據(jù)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞: 電力系統(tǒng)分析 ；PSCAD軟件；潮流計算</p><p><b>　　目錄</b></p>

7、<p>　　1 總體方案論證…………………………………………………………………………</p><p>　　1.1 課程設(shè)計題目……………………………………………………………………</p><p>　　1.2 分析及思路……………………………………………………………………</p><p>　　1.3 方案論證……………………………………………………………

8、………………… 2 潮流計算簡介………………………………………………………………………</p><p>　　3 PSCAD軟件介紹及應(yīng)用………………………………………………………………</p><p>　　3.1 PSCAD簡介……………………………………………………………………………</p><p>　　3.2 PSCAD應(yīng)用…………………………………………………

9、………………</p><p>　　3.2.2流程圖 ……………………………………………………………………</p><p>　　3.2.2電氣接線圖………………………………………………………………</p><p>　　3.2.3輸出顯示圖…………………………………………………………………………</p><p>　　3.2.4仿真波形圖……………

10、……………………………………………………………</p><p>　　4 總結(jié)………………………………………………………………………………………</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………………16</p><p><b>　　1 總體方案論證</b></p><p>　　1.

11、1 課程設(shè)計題目</p><p>　　在圖1所示的簡單電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中節(jié)點1、2為PQ節(jié)點，節(jié)點3為PV節(jié)點，節(jié)點4為平衡節(jié)點，已給定S1=–0.4–j0.3，S2=–0.3–j0.2，P3=0.4， V3=1.02，V4=1.05，θ4=0°，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標幺值如表2所示，給定電壓的初始值如表2所示，收斂系數(shù)ε=0.00001。試求各個母線上的潮流分布。</p><p>

12、;　　圖1 簡單電力系統(tǒng)</p><p>　　表1 網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標幺值</p><p>　　表2 各節(jié)點電壓（初值）標幺值參數(shù)</p><p>　　1.2 課題分析及思路</p><p>　　在這個電力系統(tǒng)中,一共有4個節(jié)點, 節(jié)點1、2為PQ節(jié)點，節(jié)點3為PV節(jié)點，節(jié)點4為平衡節(jié)點,綜合牛頓拉夫遜潮流計算,PQ分解法等多種求解方

13、法，然后用PSCAD軟件進行仿真，仿真出計算結(jié)果。</p><p><b>　　方案論證</b></p><p>　　本次課程設(shè)計我們小組一開始準備了三種不同的方案一共篩選出最合適最好的運行方案。 </p><p>　　方案一：采用手工計算 </p><p>　　最開始熟悉課題之后，我們準備采用手工計算的方法算出各母線上

14、的潮流分布。在進一步熟悉了牛頓-拉夫遜法后，我們發(fā)現(xiàn)不僅節(jié)點導(dǎo)納矩陣十分難算，后續(xù)的雅可比矩陣更是多達一百多個元素要進行計算，短時間內(nèi)我們根本無法完成設(shè)計任務(wù)。 而P-Q分解法要將相關(guān)參數(shù)化為極坐標形式，計算量也十分巨大，于是最終我們只好放棄了這個方案。 </p><p>　　方案二：用MATLAB軟件進行相關(guān)計算 </p><p>　　這個方案大大減少了手工計算的時間

15、，但每次計算過程都要編寫大量程序，雖然編程的相關(guān)指令并不難，但編程稍微有一點錯誤結(jié)果就無法正確顯示，而且算出的結(jié)果并不直觀清晰。所以最后我們也放棄這個方案。，</p><p>　　方案三：用PSCAD軟件仿真 </p><p>　　在學(xué)長學(xué)姐的指導(dǎo)和幫助下，我們開始學(xué)習(xí)PSCAD軟件。這是電氣專業(yè)的專業(yè)仿真軟件，開始我們并看不懂，而且關(guān)于這個軟件的教程和說明大部分是英文版的，這無疑又增加了

16、我們的學(xué)習(xí)難度。但考慮到今后畢業(yè)設(shè)計也要學(xué)習(xí)這個軟件，我們還是硬著頭皮開始學(xué)習(xí)。</p><p>　　在他們的耐心指導(dǎo)下，我們幾個人一小組開始學(xué)習(xí)和探討這個軟件的使用方法。從元件的選擇到布線安排、相關(guān)參數(shù)的設(shè)置到最后的調(diào)試運行，可謂每一步大家都付出了相當(dāng)大的努力。</p><p>　　雖然我們現(xiàn)在對這個軟件還不是特別熟悉，但是我們的課題還是成功的完成了。在仿真圖輸出顯示中，系統(tǒng)特性十分直觀

17、快速的顯示出來了，我們覺得非常開心。</p><p>　　綜上，方案三被選為小組共同方案。</p><p><b>　　2 潮流計算簡介</b></p><p>　　潮流計算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計算，指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲、元件參數(shù)和發(fā)電、負荷參量條件下，計算有功功率、無功功率及電壓在電力網(wǎng)中的分布。</p><

18、;p>　　潮流計算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機、負荷等元件的運行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)參數(shù)的計算。</p><p>　　通常給定的運行條件有系統(tǒng)中各電源和負荷點的功率、樞紐點電壓、平衡點的電壓和相位角。待求的運行狀態(tài)參量包括電網(wǎng)各母線節(jié)點的電壓幅值和相角，以及各支路的功率分布、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等。</p><p>　　在電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃中，都需要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定運

19、行情況，確定電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。給定電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和決定電力系統(tǒng)運行狀況的邊界條件，，確定電力系統(tǒng)運行的方法之一是朝流計算。</p><p>　　從數(shù)學(xué)上說,朝流計算是要求解一組有潮流方程描述的非線性方程組。電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)分析中最重要最基本的計算，是電力運行、規(guī)劃以及安全性、可靠性分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)，也是各種電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)分析的基礎(chǔ)和出發(fā)點。</p><p>　

20、　電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)最基本的計算，也是最重要的計算。所謂潮流計算，就是已知電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運行條件，計算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行各母線電壓、個支路電流與功率及網(wǎng)損。</p><p>　　對于正在運行的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以判斷電網(wǎng)母線電壓、支路電流和功率是否越限，如果有越限，就應(yīng)采取措施，調(diào)整運行方式。對于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計算，可以為選擇電網(wǎng)供電方案和電氣設(shè)備提供依據(jù)。</p>

21、<p>　　潮流計算還可以為繼電保護和自動裝置定整計算、電力系統(tǒng)故障計算和穩(wěn)定計算等提供原始數(shù)據(jù)。 </p><p>　　此外，在進行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)穩(wěn)定計算時，要利用潮流計算的結(jié)果作為其計算的基礎(chǔ)；一些故障分析以及優(yōu)化計算也需要有相應(yīng)的潮流計算作配合；潮流計算往往成為上述計算程序的一個重要組成部分。</p><p>　　以上這些，主要是在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計及運行方式

22、安排中的應(yīng)用，屬于離線計算范疇。</p><p>　　隨著現(xiàn)代化的調(diào)度中心的建立，為了對電力系統(tǒng)進行實時安全監(jiān)控，需要根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫所提供的信息。</p><p>　　PSCAD軟件介紹及應(yīng)用</p><p>　　3.1 PSCAD簡介</p><p>　　PSCAD是一種有效的用戶圖形界面,能夠顯著地提高電力系統(tǒng)電磁瞬時模擬研究的效率。

23、利用PSCAD 家族的軟件工具,使得電力系統(tǒng)工程師能夠充分利用現(xiàn)代微機工作站的資源, 更為有效地使用馬尼托巴高壓直流研究中心的EMTDC 瞬時模擬軟件。該族軟件還可作為該中心的實時數(shù)字模擬器(RTDS)的用戶界面。 </p><p>　　PSCAD 由下述軟件模塊構(gòu)成: 檔管理系統(tǒng)、建模(DRAFT)模塊 、架空線(T-LINE)和電纜(CABLE)模塊 、運行(RUN TIME)模塊 、單曲線繪圖(UNIPLO

24、T)和多曲線繪圖(MULTIPLOT)模塊。 PSCAD 編寫使其適合在基于UNIX操作系統(tǒng)并具有X 窗口環(huán)境的微機工作站上運行。PSCAD 具備自己的軟件支持因而不需要用戶再安裝其他支持軟件。軟件同時支持單色和彩色監(jiān)視器。如果要運行EMTDC 模擬軟件, 用戶應(yīng)提供FORTRAN 77(F77) 編譯器。硬拷貝輸出采用PS格式。建模模塊中的圖形可通過接受HP-GL 命令的繪圖儀輸出。 </p><p>　　PS

25、CAD代表電力系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計，PSCAD的開發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進行電力系統(tǒng)分析，使電力系統(tǒng)復(fù)雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實時數(shù)字仿真器的前置端?？赡M任意大小的交直流系統(tǒng)。PSCAD V1 1988年首先在阿波羅工作站上使用，然后大約在1995年P(guān)SCAD V2開始應(yīng)用。PSCAD V3以PC Windows作為平臺，在1999年面世。目前最新版本的是PSCAD V4.2.1。 用戶可以通過調(diào)用隨EM

26、TDC 主程序一起提供的庫程序模塊或利用用戶自己開發(fā)的元部件模型有效地組裝任何可以想象出的電力系統(tǒng)模型和結(jié)構(gòu)。EMTDC 的威力之一是可以較為簡單地模擬復(fù)雜電力系統(tǒng), 包括直流輸電系統(tǒng)和其相關(guān)的控制系統(tǒng)。</p><p>　　采用 PSCAD 進行的典型模擬研究包括： 一般的交流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)研究， 直流輸電結(jié)構(gòu)和控制， FACTS(靈活交流輸電系統(tǒng))元部件模型， 由于故障、斷路器操作或雷電沖擊引起的電力系統(tǒng)的

27、過電壓研究， 絕緣配合研究 ，諧波相互影響研究 ，靜止補償器研究， 變壓器飽和研究, 如鐵磁振蕩和鐵芯飽和不穩(wěn)定性研究 ，同步發(fā)電機和感應(yīng)電動機的扭矩效應(yīng)和自勵磁研究， 研究當(dāng)一臺多軸系發(fā)電機與串補線路或電力電子設(shè)備相互作用時的次同步諧振現(xiàn)象， 向孤立負荷送電。 </p><p>　　3.2 PSCAD應(yīng)用</p><p><b>　　3.2.1 流程圖</b>&l

28、t;/p><p>　　用PSCAD/EMTDC 進行仿真的主要流程如圖所示：</p><p>　　圖3.3.1 PSCAD仿真流程</p><p>　　3.2.2電氣接線圖</p><p>　　根據(jù)PSCAD課程的學(xué)習(xí)，畫出主電氣圖如圖所示：</p><p>　　圖3.3.2 電氣接線圖</p><

29、p>　　3.2.3 輸出顯示圖</p><p>　　圖3.3.3 輸出顯示圖</p><p>　　3.2.4 仿真波形圖</p><p>　　圖3.3.4 總的仿真波形圖</p><p>　　圖3.3.5 節(jié)點1處相關(guān)波形圖</p><p>　　圖3.3.6 節(jié)點2處相關(guān)波形圖</p>&l

30、t;p>　　圖3.3.7 節(jié)點3處相關(guān)波形圖</p><p>　　圖3.3.8 節(jié)點4處相關(guān)波形圖</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　在這次為期不久的電力系統(tǒng)課程設(shè)計中，我第一次接觸了用PSCAD軟件進行的課程設(shè)計，這次的課程設(shè)計作品的制作讓我對單片機的理論有了更加深入的了解。同時在具體的制作過程中我

31、發(fā)現(xiàn)書本上的知識與實際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實際的因素，或者涉及的不全面，可在實際的應(yīng)用時這些是不能被忽略的。通過這次實踐使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，在今后的學(xué)習(xí)工作中我會更加的注重實際。</p><p>　　關(guān)于本次所要用到的仿真軟件PSCAD，由于之前并沒有過多的接觸和了解，初次著手關(guān)于電力系統(tǒng)潮流計算的仿真，確實有一定的難度，大家都另外的查找資料

32、學(xué)習(xí)相關(guān)的知識。首先在參考了關(guān)于該軟件的書籍，但是仍然存在很多不懂的地方，于是我們請教老師，尋求老師的幫助。同時也在網(wǎng)絡(luò)上搜索了部分這方面的知識，另一方面自己再慢慢的參透老師發(fā)給我們的資料和例子，將所學(xué)的理論知識聯(lián)系實際，做到活學(xué)活用。</p><p>　　第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識來解決問題，檢查了自己的知識水平，使我對自己有一個全新的認識。通過學(xué)習(xí)專業(yè)知識和查閱大量的資料，我在理論方面有了很大的收獲，實踐能力有

33、了飛速提高，也積累了豐富的實踐經(jīng)驗，還鍛煉了自己分析問題、處理問題的能力，提高了自己的動手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些以后都會走向工作崗位的大學(xué)生來說，是很重要的，同時我也明白了只有不斷學(xué)習(xí),用知識充實自己的頭腦,才能在未來社會有一席之地,才能為社會的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]何仰贊.電力系統(tǒng)分

34、析[M].湖北：華中科技大學(xué)出版社，2010：35—47.</p><p>　　[2]溫增銀.電力系統(tǒng)計算[M].北京：水利電力出版社，1993：255—271.</p><p>　　[3]陳衍.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].北京：水利電力出版社，2002：91—111.</p><p>　　[4]李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].北京：水利電力出版社，2004：17—27