9节点电力系统潮流计算.doc
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电力系统分析课程设计
设计题目9节点电力网络潮流计算
指导教师
院（系、部）电气与控制工程学院
专业班级
学号
姓名
日期
电气工程系课程设计标准评分模板
课程设计成绩评定表
学期
姓名
专业
电气工程及其自动化
班级
课程名称
电力系统分析
设计题目
9节点电力网络潮流计算
成绩
评分项目
优
良
中
及格
不及格
设计表现
1.设计态度
非常认真
认真
较认真
一般
不认真
2.设计纪律
严格遵守
遵守
基本遵守
少量违反
严重违反
3.独立工作能力
强
较强
能独立设计完成
基本独立设计完成
不能独立设计完成
4.上交设计时间
提早或按时
按时
迟交半天
迟交一天
迟交一天以上
设计说明书
5.设计内容
设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，内容完整，结果正确
设计思路清晰，结构方案合理，设计参数选择正确，条理清楚，内容较完整，极少量错误
设计思路较清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有少量错误
设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有些错误
设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误
6.设计书写、字体、排版
规范、整洁、有条理，排版很好
较规范、整洁、有条理，个别排版有问题
基本规范、整洁、有条理，个别排版有问题
基本规范、整洁、有条理，排版有问题较多
不规范、不整洁、无条理，排版有问题很大
7.封面、目录、参考文献
完整
较完整
基本完整
缺项较多
不完整
图纸
8.绘图效果
很出色
较出色
一般
较差
很差
9.布局
合理、美观
较合理
基本合理
有些混乱
布局混乱
10.绘图工程标准
符合标准
较符合标准
基本符合标准
个别不符合标准
完全不符合标准
评定说明：
不及格标准：
设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；
优、良、中、及格标准：
以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合5，其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。
最终成绩：
评定教师签字：
目录
1PSASP软件简介 1
1.1PSASP平台的主要功能和特点 1
1.2PSASP的平台组成 2
2牛顿拉夫逊潮流计算简介 3
2.1牛顿—拉夫逊法概要 3
2.2直角坐标下的牛顿—拉夫逊潮流计算 5
2.3牛顿—拉夫逊潮流计算的方法 6
3九节点系统单线图及元件数据 7
3.1九节点系统单线图 7
3.2系统各项元件的数据 8
4潮流计算的结果 10
4.1潮流计算后的单线图 10
4.2潮流计算结果输出表格 10
5结论 14
电力系统分析课程设计任务书
9节点系统单线图如下：
基本数据如下：
表1母线数据
母线名
基准电压
区域号
电压上限
电压下限
发电1
16.5000
2
18.1500
14.8500
发电2
18.000
1
19.800
16.2000
发电3
13.8000
1
15.1800
12.4200
GEN1-230
230.000
2
0.0000
0.0000
GEN2-230
230.000
1
0.0000
0.0000
GEN3-230
230.000
1
0.0000
0.0000
STNA-230
230.000
2
0.0000
0.0000
STNB-230
230.000
2
0.0000
0.0000
STNC-230
230.000
1
0.0000
0.0000
表2交流线数据
数据组
I侧母线
J侧母线
编号
所属区域
单位
正序电阻
正序电抗
正序充电电纳的1/2
常规
GEN1-230
STNA-230
1
I侧
标么
0.010000
0.085000
0.088000
常规
STNA-230
GEN2-230
2
I侧
标么
0.032000
0.161000
0.153000
常规
GEN2-230
STNC-230
3
I侧
标么
0.008500
0.072000
0.074500
常规
STNC-230
GEN3-230
4
I侧
标么
0.011900
0.100800
0.104500
常规
GEN3-230
STNB-230
5
I侧
标么
0.039000
0.170000
0.179000
常规
STNB-230
GEN1-230
6
I侧
标么
0.017000
0.092000
0.079000
表3两绕组变压器数据
数据组
I侧线母线
J侧母线
编号
连接方式
单位
正序电阻
正序电抗
常规
发电1
GEN1-230
7
三角形/星形接地
标么
0.000
0.05760
常规
发电2
GEN2-230
8
三角形/星形接地
标么
0.000
0.06250
常规
发电3
GEN3-230
9
三角形/星形接地
标么
0.000
0.05860
两绕组变压器数据（续表）
激磁
电导
激磁
电纳
变比
I侧主抽头电压
J侧主抽头电压
J侧抽头级差
J侧抽头位置
J侧最大抽头电压
J侧最小抽头电压
0.000
0.000
1.00
16.5
230.0
1.25
9
253.00
207.00
0.000
0.000
1.00
18.0
230.0
2.5
3
241.50
218.50
0.000
0.000
1.00
13.8
230.0
2.5
3
241.50
218.50
表4发电机数据
数据组
母线名
母线
类型
单位
额定容量（MVA）
额定功率（MW）
有功发电
无功发电
母线电压幅值
母线电压相角
常规
发电1
Vθ
标么
100.0
222.75
0.000
0.00
1.0400
0.00
常规
发电2
PV
标么
100.0
172.8
1.630
1.00
1.0250
0.00
常规
发电3
PV
标么
100.0
115.2
0.850
1.00
1.0250
0.00
负荷数据
数据组
母线名
编号
母线类型
单位
有功负荷
无功负荷
常规
STNA-230
300
PQ
标么
1.250
0.500
常规
STNB-230
301
PQ
标么
0.900
0.300
常规
STNC-230
302
PQ
标么
1.000
0.350
表5区域数据
区域名
区域号
区域－1
1
区域－2
2
1PSASP软件简介
“电力系统分析综合程序”（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP）是一套历史悠久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序，是高度集成和开发具有我国自主知识产权的大型软件包。
基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，PSASP可进行电力系统（输电、供电和配电系统）的各种计算分析，目前包括十多个计算机模块，PSASP的计算功能还在不断发展、完善和扩充。
为了便于用户使用以及程序功能扩充，在PSASP7.0中设计和开发了图模一体化支持平台，应用该平台可以方便地建立电网分析的各种数据，绘制所需要的各种电网图形（单线图、地理位置接线图、厂站主接线图等）；该平台服务于PSASP的各种计算，在此之外可以进行各种分析计算，并输出各种计算结果。
1.1PSASP平台的主要功能和特点
PSASP图模一体化支持平台的主要功能和特点可概括为：
1.图模支持平台具备MDI多文档操作界面，是一个单线图图形绘制、元件数据录入编辑、各种计算功能、结果显示、报表和曲线输出的集成环境。
用户可以方便地建立电网数据、绘制电网图形、惊醒各种分析计算。
人机交互界面全部汉化，界面良好，操作方便。
2.真正的实现了图模一体化。
可边绘图边建数据，也可以在数据已知的情况下进行图形自动快速绘制；图形、数据自动对应，所见即所得。
3.应用该平台可以绘制各种电网图形，包括单线图、地理位置接线图、厂站主接线图等。
l所有图形独立于各种分析计算，并为各计算模块所共享；
l可在图形上进行各种计算操作，并在图上显示各种计算结果；
l同一系统可对应多套单线图，多层子图嵌套；
l单线图上可细化到厂站主接线结构；
l可定义各种模板，通过模板自动生成厂站主接线图及其数据；
l各种电网图形基于统一的图形组态定义，实现了各类元件样式的灵活定义和扩展。
4.具备安全的数据构架，进行了层次化的数据保护，保证了电网数据和图形的安全性和一致性。
5.该平台是开放的，基于该平台的应用软件（计算模块）的接入为“即插即用式”，便于对PSASP进行功能扩充。
便于PSASP程序模块定制剪裁及功能扩充，适应PSASP不断发展的需要。
6.通过与实际厂站中物理元件的对应，实现PSASP与在线数据接口。
平台可接入SCADA/EMS等实际量测信息，实现PSASP在线分析计算。
7.兼容PSASP各种版本的数据；提供与BPA、IEEE格式的数据接口。
8.使用标准Qt图形库支持，保证了程序的多平台兼容性，可运行于Windows、Linux、UNIX操作系统下。
9.除PSASP之外，该平台还可作为在线动态安全评估（DSA）、调度员培训模拟（DTS）等系统的运行支持平台。
10.向AutoCAD、MatLab、Excel等通用软件开发。
1.2PSASP的平台组成
PSASP7.0图模一体化平台包括：
l基础数据库
l单线图
l地理位置接线图
l厂站主接线图
l计算作业数据库
l实时数据库
l用户自定义建模
实时数据库是满足实时要求的主内存数据库，由于不需要在数据库文件和缓冲池间交换数据以及数据库缓存管理，实时数据库的处理速度和响应能力均优于商业数据库。
2牛顿拉夫逊潮流计算简介
2.1牛顿—拉夫逊法概要
潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种。
自从20世纪50年代计算机应用于电力系统以来，当时求解潮流的方法是以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法，后来为解决节点导纳法的收敛性较差的问题，出现了以阻抗矩阵为基础的逐次代入法，到了20世纪60年代，针对阻抗法占用计算机内存大的问题又出现了分块阻抗法及牛顿—拉夫逊法。
牛顿—拉夫逊法是数学上解决非线性方程式的有效方法，有较好的收敛性，利用了导纳矩阵的对称性、稀疏性以及节点标号顺序优化的技巧，成为广泛研究非线性问题的潮流计算方法。
牛顿—拉夫逊法是常用的解非线性方程组的方法，也是当前广泛采用的计算潮流的方法，其标准模式如下。
设有非线性方程组
（2—1）
其近似解为。
设近似解与精确解分别相差，，…，，则如下的关系式应该成立
（2—2）
上式中的任何一式都可按照泰勒级数展开。
以第一式为例，
（2—3）
式中：
，，……，分别表示以代入这些偏导数表示式时计算所得，则是一包含，，…的高次方与的高阶偏导数乘积的函数。
如近似解与精确解相差不大，则的高次方可略去，从而也可略去，由此可以得到一组线性方程组，常称为修正方程组。
它可以用矩阵的形式表示
（2—4）
或者简写为（2—5）
式中：
称为函数的雅可比矩阵；为由组成的列向量；则称不平衡量的列向量。
将代入，可得、中的各元素。
然后用任何一种解线性代数方程的方法，可求得，从而求得经第一次迭代后的新值。
再将求得的代入，又可求得、中各元素的新值，从而解得以及。
如此循环不已，最后可获得对初始式子足够精确的解。
2.2直角坐标下的牛顿—拉夫逊潮流计算
把牛顿法用于潮流计算，要求将潮流方程改写成形如方程式（2—1）所示的形式。
节点电压和导纳可表示为
（2—6）
将上述表示式代入的右端，展开并分出实部和虚部，便可得
（2—7）
按照节点的分类，PQ节点的有功功率和无功功率是给定的，第i个节点的给定功率设为和。
假定系统中的第1,2,3，…，m节点为PQ节点，对其中的每一个节点可列方程
（2—8）
PV节点的有功功率和节点电压幅值是给定的。
假定系统中的第m+1，m+2，…，n—1号节点为PV节点，则对其中每一节点可以列写方程
（2—9）
第n号节点为平衡节点，其电压是给定的，故不参加迭代。
式（2—8）和（2—9）中总共包含了2（n—1）个方程，待求变量有，，，，……，，，也是2（n—1）个。
同时可以看到方程式（2—8）和（2—9）已经具备方程组（2—4）的形式
（2—10）
再将上式用雅可比的矩阵方程组来表示出来，用牛顿—拉夫逊法依次迭代数据求得精确的潮流计算。
这一方法在当代的电力系统计算和分析中得到了广泛的应用和开发。
2.3牛顿—拉夫逊潮流计算的方法
形成了雅可比矩阵后并建立了修正方程式，运用牛顿—拉夫逊法计算潮流的核心问题已解决，已有可能列出基本计算步骤并编制流程图。
显然，其修正方程式有两中不同表示方式，但牛顿—拉夫逊法潮流计算的基本步骤却大体上一致，如下几步：
（1）形成节点导纳矩阵；
（2）设各节点电压的初值，；
（3）将各节点电压初始值代入式（2—9）中，求修正方程式中的不平衡量,和；
（4）将各节点电压的初值代入雅可比矩阵表达式中，求修正方程式的系数矩阵；
（5）解修正方程式，求各节点电压的变化量，即修正量、；
（6）计算各节点电压的新值，即修正后的值
；；（2—11）
（7）运用各节点电压新值顺次进行下一次迭代；
（8）计算平衡点功率和线路功率。
其中平衡点功率为
（2—12）
线路功率为
（2—13）
从而，线路上损耗的功率为
（2—14）
3九节点系统单线图及元件数据
3.1九节点系统单线图
图3—1.9节点系统单线图PSASP软件导出图
3.2系统各项元件的数据
各项数据如下表所示：
表3—1母线数据
母线数据报表
母线名
所属分区
厂站名
基准电压
电压上限
电压下限
发电1
2
发电厂1
16.5
18.15
14.85
发电2
1
发电厂2
18
19.8
16.2
发电3
1
发电厂3
13.8
15.18
12.42
GEN1-230
2
发电厂1
230
0
0
GEN2-230
1
发电厂2
230
0
0
GEN3-230
1
发电厂3
230
0
0
STNA-230
2
发电厂1
230
0
0
STNB-230
2
发电厂1
230
0
0
STNC-230
1
发电厂2
230
0
0
表3—2交流线数据
交流线数据报表
数据组
I侧节点名
J侧节点名
编号
单位
R1
X1
B1/2
所属区域
BASIC
GEN1-230
STNA-230
100
1
0.01
0.085
0.088
1
BASIC
STNA-230
GEN2-230
101
1
0.032
0.161
0.153
1
BASIC
GEN2-230
STNC-230
102
1
0.0085
0.072
0.0745
1
BASIC
STNC-230
GEN3-230
103
1
0.0119
0.1008
0.1045
1
BASIC
GEN3-230
STNB-230
104
1
0.039
0.17
0.179
1
BASIC
STNB-230
GEN1-230
105
1
0.017
0.092
0.079
1
BASIC
GEN1-230
STNA-230
106
1
0.01
0.085
0.088
1
BASIC
STNA-230
GEN2-230
107
1
0.032
0.161
0.153
1
表3—3两绕组变压器数据
两绕组变压器数据报表
数据组
I侧节点名
J侧节点名
编号
I侧连接方式
J侧连接方式
单位
R1
X1
BASIC
发电1
GEN1-230
200
D
YG
1
0
0.0576
BASIC
发电2
GEN2-230
201
D
YG
1
0
0.0625
BASIC
发电3
GEN3-230
202
D
YG
1
0
0.0586
BASIC
发电1
GEN1-230
203
D
YG
1
0
0.0576
BASIC
发电3
GEN3-230
204
D
YG
1
0
0.0586
Gm
Bm
Tk
Vi0（kV）
Vjstep
J侧最大抽头电压
J侧最小抽头电压
Vj0（kV）
Vjpos
0
0
1
16.5
1.25
253
207
230
9
0
0
1
13.8
2.5
241.5
218.5
230
3
0
0
1
18
2.5
241.5
218.5
230
3
0
0
1
16.5
1.25
253
207
230
9
0
0
1
18
2.5
241.5
218.5
230
3
两绕组变压器数据（续表）
表3—4发电机数据
发电机数据报表
数据组
发电机节点
节点类型
单位
P
Q
电压幅值
电压相角
Sn（MVA）
Pn（MW）
BASIC
发电1
0
1
0
0
1.04
0
100
222.75
BASIC
发电2
-1
1
1.63
1
1.025
0
100
172.8
BASIC
发电3
-1
1
0.85
1
1.025
0
100
115.2
表3—5负荷数据
负荷数据报表
数据组
负荷节点名
负荷编号
单位
P
Q
BASIC
STNA-230
300
1
1.25
0.5
BASIC
STNB-230
301
1
0.9
0.3
BASIC
STNC-230
302
1
1
0.35
表3—6区域、分区/数据
区域数据报表
数据有效标记
区域号
区域名
1
1
全网
1
2
全网
分区数据报表
所属区域编号
分区编号
分区名称
1
1
区域—1
2
2
区域—2
4潮流计算的结果
4.1潮流计算后的单线图
图4—1.潮流计算后的单线图
4.2潮流计算结果输出表格
经单线图绘制完成，检查无误，潮流计算后表格输出的结果如下：
表4—1潮流计算摘要信息表
潮流计算摘要信息报表
PSASP（LoadFlow）EPRI，China
潮流计算日期：
2013/06/24时间：
18:
21:
59
作业名：
作业_1
作业描述：
计算方法：
Newton（PowerEquation）（牛顿法（功率式））
基准容量：
100.0000
允许误差：
0.000100
本系统
上限
母线：
9
5000
发电机：
3
1500
负荷：
3
3000
交流线：
8
6000
直流线：
0
20
两绕组变压器：
5
6000
三绕组变压器：
0
2000
UD模型调用次数：
0
200
UP调用个数：
0
10
表4—2结果综述表
结果综述报表
作业名：
作业_1计算日期：
2013/06/24时间：
18:
21:
59
单位：
p.u.
厂站
总有功发电
总无功发电
cosθg
总有功负荷
总无功负荷
cosθl
总有功损耗
总无功损耗
发电厂1
0.702
-0.009
1
2.15
0.8
0.937
0.017
0.013
发电厂2
1.63
-0.169
0.995
1
0.35
0.944
0.005
0.16
发电厂3
0.85
-0.269
0.953
0
0
0
0.009
0.022
表4—3物理母线计潮流算结果
物理母线
作业名：
作业_1计算日期：
2013/06/24时间：
18:
21:
59
单位：
p.u.
区域
分区
厂站
全网
区域—1
发电厂2
母线名称
电压幅值
电压相角
GEN2-230
1.04014
2.4985
STNC-230
1.02489
-0.0019
发电2
1.0251
7.9842
区域
分区
厂站
全网
区域—1
发电厂3
母线名称
电压幅值
电压相角
GEN3-230
1.03301
1.8264
发电3
1.02502
3.1752
区域
分区
厂站
全网
区域—2
发电厂1
母
升级会员 