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

1、<p>　　電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p>　　題目: 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算 </p><p>　　2012 年 4 月 15 日</p><p>　　信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)成 績</p&

2、gt;<p>　設(shè)計(jì)題目電力系統(tǒng)潮流計(jì)算</p><p>　設(shè)計(jì)內(nèi)容在圖1所示的簡單電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)1、2為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn)，已給定，，，，，，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標(biāo)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(gè)母線上的潮流分布。</p><p>　設(shè)計(jì)要求1.按學(xué)校規(guī)定的格式編寫設(shè)計(jì)論文。2.論文主要內(nèi)容有：①課題名稱。②設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

3、。③PSCAD的應(yīng)用以及仿真結(jié)果。④收獲體會(huì)、存在問題和進(jìn)一步的改進(jìn)意見等</p><p>　時(shí)間安排2013年2月21日：下達(dá)課程設(shè)計(jì)的計(jì)劃書，任務(wù)書，設(shè)計(jì)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(jī)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(bào)告（A4打印稿）和PPT報(bào)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(jì)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(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，開創(chuàng)了電力時(shí)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(zhǔn)已成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)最基本的計(jì)算，也是最重要的計(jì)算。所謂潮流計(jì)算，就是已知電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運(yùn)行條件，計(jì)算電力系統(tǒng)各母線電壓、各支路電壓與功率及網(wǎng)損。對(duì)于正在運(yùn)行的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)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(yùn)行方式。對(duì)于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)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(jì)算還可以為繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置定整計(jì)算、電力系統(tǒng)故障計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)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(jì)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(jì)題目……………………………………………………………………</p><p>　　1.2 分析及思路……………………………………………………………………</p><p>　　1.3 方案論證……………………………………………………………

8、………………… 2 潮流計(jì)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(xiàn)……………………………………………………………………………………16</p><p><b>　　1 總體方案論證</b></p><p>　　1.

11、1 課程設(shè)計(jì)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(diǎn)1、2為PQ節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為PV節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn)，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(biāo)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(gè)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(biāo)幺值</p><p>　　表2 各節(jié)點(diǎn)電壓（初值）標(biāo)幺值參數(shù)</p><p>　　1.2 課題分析及思路</p><p>　　在這個(gè)電力系統(tǒng)中,一共有4個(gè)節(jié)點(diǎn), 節(jié)點(diǎn)1、2為PQ節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為PV節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn),綜合牛頓拉夫遜潮流計(jì)算,PQ分解法等多種求解方

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

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

15、，但每次計(jì)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(diǎn)錯(cuò)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(gè)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(gè)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(jì)也要學(xué)習(xí)這個(gè)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(gè)人一小組開始學(xué)習(xí)和探討這個(gè)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(yùn)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(duì)這個(gè)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(jì)算簡介</b></p><p>　　潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計(jì)算，指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、元件參?shù)和發(fā)電、負(fù)荷參量條件下，計(jì)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(jì)算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算。</p><p>　　通常給定的運(yùn)行條件有系統(tǒng)中各電源和負(fù)荷點(diǎn)的功率、樞紐點(diǎn)電壓、平衡點(diǎn)的電壓和相位角。待求的運(yùn)行狀態(tài)參量包括電網(wǎng)各母線節(jié)點(diǎn)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(yùn)行和規(guī)劃中，都需要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)

19、行情況，確定電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)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(yùn)行狀況的邊界條件，，確定電力系統(tǒng)運(yùn)行的方法之一是朝流計(jì)算。</p><p>　　從數(shù)學(xué)上說,朝流計(jì)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(jì)算是電力系統(tǒng)分析中最重要最基本的計(jì)算，是電力運(yùn)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(jī)電暫態(tài)分析的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。</p><p>　

20、　電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)最基本的計(jì)算，也是最重要的計(jì)算。所謂潮流計(jì)算，就是已知電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運(yùn)行條件，計(jì)算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行各母線電壓、個(gè)支路電流與功率及網(wǎng)損。</p><p>　　對(duì)于正在運(yùn)行的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)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(yùn)行方式。對(duì)于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)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(jì)算還可以為繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置定整計(jì)算、電力系統(tǒng)故障計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算等提供原始數(shù)據(jù)。 </p><p>　　此外，在進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，要利用潮流計(jì)算的結(jié)果作為其計(jì)算的基礎(chǔ)；一些故障分析以及優(yōu)化計(jì)算也需要有相應(yīng)的潮流計(jì)算作配合；潮流計(jì)算往往成為上述計(jì)算程序的一個(gè)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(jì)及運(yùn)行方式

22、安排中的應(yīng)用，屬于離線計(jì)算范疇。</p><p>　　隨著現(xiàn)代化的調(diào)度中心的建立，為了對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)控，需要根據(jù)實(shí)時(shí)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(shí)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(jī)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(shí)模擬軟件。該族軟件還可作為該中心的實(shí)時(shí)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(yùn)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(jī)工作站上運(yùn)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(shí)支持單色和彩色監(jiān)視器。如果要運(yùn)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，PSCAD的開發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進(jìn)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(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的前置端。可模擬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(tái)，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(jìn)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(bǔ)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(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的扭矩效應(yīng)和自勵(lì)磁研究， 研究當(dāng)一臺(tái)多軸系發(fā)電機(jī)與串補(bǔ)線路或電力電子設(shè)備相互作用時(shí)的次同步諧振現(xiàn)象， 向孤立負(fù)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(jìn)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(diǎn)1處相關(guān)波形圖</p><p>　　圖3.3.6 節(jié)點(diǎn)2處相關(guān)波形圖</p>&l

30、t;p>　　圖3.3.7 節(jié)點(diǎn)3處相關(guān)波形圖</p><p>　　圖3.3.8 節(jié)點(diǎn)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(jì)中，我第一次接觸了用PSCAD軟件進(jìn)行的課程設(shè)計(jì)，這次的課程設(shè)計(jì)作品的制作讓我對(duì)單片機(jī)的理論有了更加深入的了解。同時(shí)在具體的制作過程中我

31、發(fā)現(xiàn)書本上的知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識(shí)很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實(shí)際的因素，或者涉及的不全面，可在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)這些是不能被忽略的。通過這次實(shí)踐使我更深刻的體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，在今后的學(xué)習(xí)工作中我會(huì)更加的注重實(shí)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(jì)算的仿真，確實(shí)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(shí)。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(qǐng)教老師，尋求老師的幫助。同時(shí)也在網(wǎng)絡(luò)上搜索了部分這方面的知識(shí)，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(shí)聯(lián)系實(shí)際，做到活學(xué)活用。</p><p>　　第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來解決問題，檢查了自己的知識(shí)水平，使我對(duì)自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和查閱大量的資料，我在理論方面有了很大的收獲，實(shí)踐能力有

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