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电力系统分析课程设计_潮流计算_河南工业大学.pdf
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电力系统分析课程设计_潮流计算_河南工业大学.pdf
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目 录
1 概述 . ............................................................. 1
1.1 设计目的 . .................................................... 1
1.2 设计要求 . .................................................... 1
1.3 设计题目 . .................................................... 2
2 计算方法简介 . ..................................................... 2
2.1 电力系统 . .................................................... 2
2.2 潮流计算 . .................................................... 3
2.3 牛顿- 拉夫逊算法 . ............................................. 3
2.4 MATLAB仿真 . ................................................. 5
3 题目解析 . ......................................................... 6
3.1 设计思路 . .................................................... 6
3.2 节点类型 . .................................................... 6
3.3 待求量 . ...................................................... 7
3.4 导纳矩阵 . .................................................... 7
3.5 潮流方程 . .................................................... 7
4 程序设计 .......................................................... 8
4.1 程序框图 . .................................................... 8
4.2 计算结果分析 . ................................................ 9
5 总结 ............................................................. 13
参考文献 . .......................................................... 15
附录 . .............................................................. 16
1
1 概述
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算, 他的任务是对给定运行条
件确定系统运行状态,如各母线上的电压(幅值及相角) 、网络中的功率分布及
功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。
具体表现在以下方面:
(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。 因此,潮流计算是电
力系统中应用最广泛、最基本和 最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安
排系统的运行方式时,采用离线潮流计算;在电力系统运行状态的实时监控中,
则采用在线潮流计算。
1.1 设计目的
1. 掌握电力系统潮流计算的基本原理;
2. 掌握并能熟练运用一门计算机语言( MATLAB语言或 C语言或 C++语言);
3. 采用计算机语言对潮流计算进行计算机编程。
1.2 设计要求
1.根据给定的运行条件,确定系统潮流计算时各节点的类型、待求量;
2
2.求节点导纳矩阵;
3.给出潮流计算方程或功率方程;
4.列出程序框图,并对算例进行计算;分析计算结果;
1.3 设计题目
(1.2+j2.4) Ω
(1.0+j2.0) Ω
(1.5+j3.0) Ω
U1=10.5KV
S~
2
=(0.3+j0.2)MVA
S~
3
=(0.5+j0.3)MVA
S~
4
=(0.2+j0.15)MVA
U
N
=10KV,ε=10
-4
, 参数均为有名值 , 元件参数为阻抗有名值 .
图 1-1 算例
2 计算方法简介
2.1 电力系统
电力工业发展初期, 电能是直接在用户附近的发电站 (或称发电厂) 中生产
的,各发电站孤立运行。 随着工农业生产和城市的发展, 电能的需要量迅速增加,
而热能资源和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区, 为
了解决这个矛盾, 就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站, 然后将电能远
距离输送给电力用户。 同时,为了提高供电的可靠性以及资源利用的综合经济性,
又把许多分散的各种形式的发电站, 通过送电线路和变电所联系起来。 这种由发
电机、升压和降压变电所, 送电线路以及用电设备有机连接起来的整体, 即称为
电力系统。
现代电力系统提出了 “灵活交流输电和新型直流输电” 的概念。 灵活交流输
电技术是指运用固态电子器件与现代自动控制技术对交流电网的电压、相位角、
阻抗、功率以及电路的通断进行实时闭环控制, 从而提高高压输电线路的诉讼能
力和电力系统的稳态水平。 新型直流输电技术是指应用现电力电子技术的最新成
果,改善和简化变流站的造价等。
运营方式管理中, 潮流是确定电网运行方式的基本出发点: 在规划领域, 需
3
要进行潮流分析验证规划方案的合理性; 在实时运行环境, 调度员潮流提供了电
网在预想操作预想下的电网的潮流分布以及校验运行的可靠性。 在电力系统调度
运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。 潮流是确定电力网咯运行状态的基本因
素,潮流问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。
2.2 潮流计算
电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算, 它根据给定的
运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态:各母线的电压。
各元件中流过的功率, 系统的功率损耗等等。 在电力系统规划的设计和现有电力
系统运行方式的研究中, 都需要利用潮流计算来定量的分析比较供电方案或运行
方式的合理性。 可靠性和经济性。 此外,电力系统的潮流计算也是计算机系统动
态稳定和静态稳定的基础, 所以潮流计算是研究电力系统的一种和重要和基础的
计算。
电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种, 前者主要用于系统规划
设计和安排系统的运行方式,后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。
利用电子数字计算机进行潮流计算从 50 年代中期就已经开始了。 在这 20 年
内,潮流计算曾采用了各种不同的方法, 这些方法的发展主要围绕着对潮流计算
的一些基本要求进行的,对潮流计算的要求可以归纳为以下几点:
(1)计算方法的可靠性或收敛性;
(2)对计算机内存量的要求;
(3)计算速度;
(4)计算的方便性和灵活性。
2.3 牛顿- 拉夫逊算法
电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算, 是对复杂电力系
统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。 潮流计算的目标是求取电力系统在给
定运行状态的计算,即节点电压和功率分布,用以检查系统各元件是否过负荷。
各点电压是否满足要求, 功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。 对现有的
电力系统的运行和扩建, 对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态
和稳态分析都是以潮流计算为基础。 潮流计算结果可用如电力系统稳态研究, 安
全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。 实际电力系统的潮流
4
技术那主要采用牛顿—拉夫逊法。
首先对一般的牛顿—拉夫逊法作一简单的说明。
已知一个变量 X 函数为:
0)(Xf
到此方程时,由适当的近似值
)0(
X
出发,根据:
,......)2,1(
)(
)(
)(
)(
)(
)1(
n
Xf
Xf
XX
n
n
n
n
反复进行计算, 当
)(n
X
满足适当的收敛条件就是上面方程的根。 这样的方法就是
所谓的牛顿—拉夫逊法。
这一方法还可以做下面的解释, 设第 n 次迭代得到的解语真值之差, 即
)(n
X
的误
差为 时,则:
0)(
)( n
Xf
把
)(
)( n
Xf
在
)(n
X
附近对 用泰勒级数展开
0......)(
!2
)()()(
)(
2
)()()( nnnn
XfXfXfXf
上式省略去
2
以后部分
0)()(
)()( nn
XfXf
)( n
X
的误差可以近似由上式计算出来。
)(
)(
)(
)(
n
n
Xf
Xf
比较两式,可以看出牛顿—拉夫逊法的休整量和
)( n
X
的误差的一次项相等。
用同样的方法考虑,给出
n
个变量的
n
个方程:
0),,,(
0),,,(
0),,,(
21
212
211
nn
n
n
XXXf
XXXf
XXXf
对其近似解
1
X
得修正量
1
X
可以通过解下边的方程来确定:
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