电力系统稳定分析与计算课程设计(编辑修改稿)

电力系统稳定分析与计算课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

B12*= 104 2202/100= 线路 L13 长度 18km，则： Z13= 18 （ +） =（ +） Ω B13=2 2π 50 18 106= 104S 标幺值： Z13*=（ +） 100/2202= 103+ B12*= 104 2202/100= 线路 L24 长度 12km，则： Z24= 12 （ +） =（ +） Ω B24=2 2π 50 12 106= 105S 标幺值： Z24*=（ +） 100/2202= 104+ B24*= 105 2202/100= 线路 L45 长度 10km，则： Z45= 10 （ +） =（ +） Ω B45=2 2π 50 10 106= 105S 标幺值： Z45*=（ +） 100/2202= 104+ B45*= 105 2202/100= 线路 L46 长度 12km，则： Z46=12 （ +） =（ +） Ω B46=2π 50 12 106= 105S 标幺值： Z46*=（ +） 100/2202= 103+ B46*= 105 2202/100= 线路 L3G长度 16km，则： Z3G= 16 （ +） =（ +） Ω B3G=2 2π 50 16 106= 104S 标幺值： Z3G*=（ +） 100/2202= 104+ B3G*= 104 2202/100= 线路 L5G长度 25km，则： Z5G= 25 （ +） =（ +） Ω B5G=2 2π 50 25 106= 104S 标幺值： Z5G*=（ +） 100/2202= 103+ B5G*= 104 2202/100= 13 线路 L6G长度 12km，则： Z6G= 12 （ +） =（ +） Ω B6G=2 2π 50 12 106= 105S 标幺值： Z6G*=（ +） 100/2202= 104+ B6G*= 105 2202/100= 综上，电网的线路参数的有名值和标幺值如下表所示： 表 线路名 长度 /km 有名值 标幺值 阻抗 Z/Ω 导纳 B/S 阻抗 Z*/Ω 导纳 B*/S L12 2 15 + 104 104+ L13 2 18 + 104 103+ L24 2 12 + 105 104+ L45 2 10 + 105 104+ L46 12 + 105 103+ L3G 2 16 + 104 104+ L5G 2 25 + 104 103+ L6G 2 12 + 105 104+ 线路零序参数的标幺值计算与正序相似，如表。 表 线路名 长度 /km 标幺值 阻抗 Z*/Ω 导纳 B*/S L12 2 15 103+ L13 2 18 103+ L24 2 12 103+ L45 2 10 103+ L46 12 103+ L3G 2 16 103+ L5G 2 25 103+ L6G 2 12 103+ 故障 L24 12 103+ 14 节点信息统计 在给定的 220kV 网架中共有 7 个节点，其中节点 1 是 500kV 变电站，为平衡节点，视为无穷大系统，电压稳定在 230kV，即。 节点 6 均为 PQ 节点，并且带有一定的负荷。 此外，节点 6 为 PV 节点，由于发电机并不总是满载运行，在正常运行时，考虑到 7%的厂用电，因而发电机机组发出的总有功功率为： 满载运行时， 3 (1 7 % ) 3 0 0 8 3 7P M W     （ 6） 于是 ，当发电机机组满载时，每台机组的出力为 837/3=279MW，发电机机端额定电压为 ，出线侧的高压母线电压稳定在 ，各个节点的参数信息如表 3 所示。 表 编号 1 2 3 4 5 6 G 节点类型 平衡节点 PQ 节点 PQ 节点 PQ 节点 PQ 节点 PQ 节点 PV 节点 有功功率 P/MW － 180 350 260 250 150 837 无功功率 Q/MVar － 100 180 120 120 70 － 电压 V/kV 230 － － － － － 242 采用 Matlab 计算电网潮流 通过对待求解电网的等效线路参数的计算与标幺化， 形成节点导纳矩阵。 然后利用各个节点的类型信息，利用 PQ 分解法进行电网潮流计算。 本文编写了基于 Matlab 平台的 PQ 分解法计算程序，对电网进行了潮流计算，得出了系统稳定时各节点的电压，以及线路损耗等，分析了系统稳定运行时各线路的输送功率。 网络信息处理 形成电网线路的节点导纳矩阵是进行潮流计算前必须要做的准备。 首先利用线路的标幺值参数整合成矩阵，使其包含线路的所有信息，再形成节点导纳矩阵。 具体如下： 构造支路信息矩阵 B1，每一行代表一条线路，每行中的各元素表示线路不同的信息（注：节点 G 记为节点 7）： 支路首端节点号； 支路末端节点号； 支路阻抗标幺值； 支路对地电纳标幺值； 支路变比； 支路存在变压器时，若首段：末端=k:1，则为 1，反之则为 0，如果支路不存在变压器则默认为 0； 是否为变压器支路。 本题形成的 B1 矩阵见附录。 15 构造节点信息矩阵 B2，题目给定的网络共有 7 个节点，本文编程中的 B2 矩阵为 7 6 的矩阵，每一行代表一个节点的信息，每一行中的各元素的含义： 该节点的发电机功率（注入）； 该节点的负荷功率（输出）； 空行（保持矩阵格式）； PV 节点电压给定值和 PQ 节点的初始值； 各节点电压相角； 节点类型（其中， 1 表示平衡节点， 2 表示 PQ 节点， 3 表示 PV 节点）。 待求解网架中， 1 号节点为平衡节点，2~6 号节点为 PQ 节点， 7 号节点（即母线 G）为 PV 节点。 本题形成的 B2 矩阵见附录。 基于 Matlab 的 PQ 分解法程序 编程思想如下： 1） 根据支路信息矩阵 B1 和节点信息矩阵 B2，先形成待求解电网的节点导纳矩阵： 2） 先对空矩阵加入对角线元素，即先加入每个节点的对地导纳 y0； 3） 根据支路信息矩阵 B1，对导纳矩阵再加入互导纳 Ypq； 4） 将互导纳 Ypq 加入到导纳矩阵的对角线元素，形成自导纳。 至此，形成节点导纳矩阵 Y。 5） 初始化各节点电压（幅值和相角）的存储矩阵和各节点注入功率（实部和虚部）的存储矩阵，以存放迭代过程中的中间值和输出最终值； 6） 构造各节点的潮流方程，进入潮流计算程序 ， 计算不平衡功率 ΔP， 判断 ΔP 是否小于可接受误差。 若 ΔP 大于可接受误差，则进行相角修正。 计算不平衡功率 ΔQ 判断 ΔQ 是否小于可接受误差。 若 ΔQ 大于可接受误差，则进行电压幅值修正。 7）当 和 都满足要求时，计算结束。 计算平衡节点功率和全部线路功率。 8） 基于 MATLAB 平台，得出计算结果，采用误差精度为 ε= 105。 由结果可知，共用 6 次迭代便能满足精度要求，共用时间 仅 为 ； PQ 分解法潮流计算的结果分析 利用 节的 PQ 分解法的 matlab 程序计算的电网潮流结果如附录中附 2 图所示。 将 matlab 程序计算的结果整理如下： 1）各节点的电压和注入功率如表。 表 4. 各节点电压和注入功率 节点编号 1 2 3 4 5 6 7 基准电压 220 220 220 220 220 220 220 标幺电压 16 实际电压（ kV） 节点相角（度） 0 节点注入功率 （标幺值） + + + 节点注入功率 （实际值） + + 其中， matlab 中各节点的相角是以弧度的形式表示的，其换算关系为：角度 =弧度180247。 π，表 的 功角是角度的形式表示的。 2）各支路的状态如表。 表中的功率值均为标幺值，基准功率 SB=100MW。 表 .5 各支路的状态 支路名称 线路首端有功功率（ MW） 线路首端无功功率（ Mvar） 线路末端有功功率（ MW） 线路末端无功功率（ Mvar） 有功损耗（ MW） 无功损耗（ Mvar） L12 L13 L24 L45 L46 L37 L57 L67 全网的功率损耗可按下式（ 5）计算： += 10 0%+ L发 电 机 输 出 功 率 平 衡 节 点 交 换 的 有 功 功 率 负 荷 P网 损 率 发 电 机 输 出 功 率 平 衡 节 点 交 换 的 有 功 功 率 （ 5） 即：网损率 3 5 6 . 7 1 + 8 3 7 1 8 0 + 3 5 0 + 2 6 0 + 2 5 0 + 5 0= 1 0 0 % = 0 . 3 1 %3 5 6 . 7 1 + 8 3 7 （ ） 采用 Power World 计算潮流 Power world 仿真软件简介 Power World Simulator（仿真器）是一个电力系统仿真软件包，其设计界面友好，并有高度的交互性。 该仿真软件能够进行专业的工程分析。 而且由于其可交互性和可绘 17 图性，它也可以用于向非专业用户解释电力系统的运行操作。 该仿真器是一个集成的产品，其核心是一个全面、强大的潮流计算程序。 它能够有效地计算高达 10,0000 个节点 的电力网络，因此当它作为一个独立的潮流分析软件包时，性非常实用。 与其它商业潮流计算软件包不同，该软件可以让用户通过生动详细的全景图来观察电力系统。 此外，系统模型可以通过使用仿真软件的图形编辑工具很容易地进行修改，用户只需轻轻点击几下鼠标就可以在检修期间切换线路、增加新的线路或发电机、确定新的交易容量。 仿真器广泛地使用了图形和动画功能，大大地增强了用户对系统特性、问题和约束的理解，以便于用户对系统进行维护。 它基本的工具包括经济调度、区域功率经济分配分析、功率传输分配因子计算（ PTDF）、短路分析以及事故分析等功能的工具。 基于 Power World 软件构建潮流 模型 在编辑模式下，画出网架的模型，并且将节点 1 设置为平衡节点，电压恒定为VN=，节点 1 连接一台无穷大的发电机。 具体参数设置如图。 图 2. 平衡机的参数设置 节点 6 为 PV 节点， P=837MW， V=，每台发电机的输出功率 P=297MW。 具体参数设置如图。 其余各节点只设置基准电压 VB=220kV 即可。 18 图 3. 发电机的参数设置 采用 power world 画出的单项接线图如图。 图 4. 单项接线图 采用 power world 仿真软件的潮流计算结果 运行模式下，点击 tools 中的 slove 选项即可对电网进行潮流计算，在 case information中点击 Power Flow List 可以查看各个节点的电压和线路的潮流。 Power World 仿真软件中的潮流计算结果如附录三所示。 整理后的潮流计算结果如下。 1）各节点的电压如表 6 所示。 19 表 各节点的电压 节点编号 基准电压 kV 标幺电压 实际电压 (kV) 相角 (度 ) 1 220 0 2 220 3 220 4 220 5 220 6 220 7 220 2）发电机的状态如表。 节点编号 发电机编号 有功出力（ MW） 无功出力（ MW） 设定电压 1 1 7 1 7 2 7 3 3）各支路的状态如表。