基于pws的区域电力系统运行及分析毕业论文(编辑修改稿)

基于pws的区域电力系统运行及分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

页 4) 然后适当调整发电机在图中的位置和大小，则发电机添加完毕，如图 所示。 图 发电机元件的添加 仿真环境和参数设置 按上述讲解陆续将系统中各元件正确添加，并输入相关数据，调整外观，则完成了系统单线图的绘制。 下面可以进 行仿真环境和参数设置，从菜单栏 选项 仿真选项，单击打开PWS 选项对话框，如图 所示。 图 PWS 选项对话框 该对话框的左端有 7 个选项，分别是：潮流求解设置、单线图设置、仿真环境设置、极限管理设置、实例显示设置、文件管理设置、消息日志设置。 点击其中任何一个按钮就可以单独打开一个标签页进行设置。 图 所示是潮流求解设置标签页。 其中较重要的设置是：潮流计算算法选择、基准能力、允许误差、迭代最大次数、对电压控制的设置等等。 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 37 页 3 电力系统计算机潮流的算法 潮流计算问题简述 潮流计算的发展史 利用电子计算机进行潮流计算从 20 世纪 50年代中期就已经开始。 此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是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下面几点： （ 1）算法的可靠性或收敛性 （ 2）计算速度和内存占用量 （ 3）计算的方便性和灵活性 电力系统潮流计算属于稳态分析范畴，不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。 因此其数学模型不包含微分方程，是一组高阶非线性方程。 非线性代数方程组的解法离不开迭代，因此，潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛，并给出 正确答案。 随着电力系统规模的不断扩大，潮流问题的方程式阶数越来越高，目前已达到几千阶甚至上万阶，对这样规模的方程式并不是采用任何数学方法都能保证给出正确答案的。 这种情况促使电力系统的研究人员不断寻求新的更可靠的计算方法。 在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯 赛德尔迭代法（一下简称导纳法）。 这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的内存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法（以下简称阻 抗法）。 20 世纪 60 年代初，数字计算机已经发展到第二代，计算机的内存和计算速度发生了很大的飞跃，从而为阻抗法的采用创造了条件。 阻抗矩阵是满矩阵，阻抗法要求计算机储存表征系统接线和参数的阻抗矩阵。 这就需要较大的内存量。 而且阻抗法每迭代一次都要求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行计算，因此，每次迭代的计算量很大。 阻抗法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我国电力系统设计、运行和研究作出了很大的贡献。 但是，阻抗法的主要缺点就是占用计算机的内存 很大，每次迭代的计算量很大。 当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。 为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。 这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同时也提高了节省速度。 克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿 拉夫逊法（以下简称牛顿法）。 牛顿法是数学中求解非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。 解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方 程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计算效率。 自从 20 世纪 60 年代中期采用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前仍被广泛采用的方法。 在牛顿法的基础上，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，对纯数学的牛顿法进行了改造，得到了 PQ 分解法。 PQ 分解法在计算速度方面有显著的提高，迅速得到了推广。 牛顿法的特点是将非线性方程线性化。 20 世纪 70 年代后期，有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高阶项也包括进来，希望以此提高算法的性能，这便产生了保留非线 性的潮流算法。 另外，为了解决病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模型，即非线性规划潮流算法。 近 20 多年来，潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和PQ 分解法进行的。 此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。 但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和 PQ分解法的地位。 由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 37 页 计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。 潮流计算的发展趋势 通过几十年的发展，潮流算法日趋成熟。 近几年，对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，即高斯 塞德尔法、牛顿法和快速解耦法。 牛顿法，由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法。 后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法。 潮流计算的意义 潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算 ，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。 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。 计算机潮流计算的方法 迭代法 考察下列形式的方程： 这种方程是隐式的，因而不能直接得出它的根，但如果给出根的某个猜测值，代入上式的右端，即可求得： 再进一步得到： 如此反复迭代： 确定数列 有极限 则称迭代过程收敛，极限值 为方程的根。 上述迭代法是一种逐次逼近迭代法，称为高斯迭代法。 高斯 塞德尔迭代法 在高斯法的每一次迭代过程中是用上一次迭代的全部分量来计算本次的所有分量，显然在计算第 i 个分量时，已经计算出来的最新分量并没有被利用，从直观上看，最 新计算出来的分量可能比旧的分量要好些。 因此，对这些最新计算出来的第 k+1 次近似分量加以利用，就是高斯 塞德尔迭代法。 高斯 塞德尔迭代法计算潮流功率方程的特点：描述电力系统功率与电压关系的方程式是一组关于电压的非线性代数方程式，不能用解析法直接求解。 假设有 n 个节点的电力系统，没有 PV 节点，平衡节点编号为 s，功率方程可写成下列复数方程式： )(xx )( 01 xx )( 12 xx )(1 kk xx kx xx lim*kxx陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 37 页 对每一个 PQ 节点都可列出一个方程式，因而有 n1 个方程式。 在这些方程式中，注入功率 Pi 和 Qi 都是给定的，平衡节点电压也是已知的，因而只有 n1 个节点 的电压为未知量，从而有可能求得唯一解。 高斯 塞德尔迭代法解潮流如下： 如系统内存在 PV 节点，假设节点 p 为 PV 节点，设定的节点电压为 Up0。 假定高斯 塞德尔迭代法已完成第 k 次迭代，接着要做第 k+1 次 迭代前，先按下式求出节点 p 的注入无功功率： 然后将其代入下式，求出节点 p 的电压： 在迭代过程中，按上式求得的节点 p 的电压大小不一定等于设定的节点电压 Up0，所有在下一次的迭代中，应以设定的 Up0 对电压进行修正，但其相角仍保持上式所求得值，使 得 : 如果所求得 PV 节点的无功功率越限，则无功功率在限，该 PV 节点转化为 PQ 节点。 牛顿 拉夫逊法 牛顿 拉夫逊法是求解非线性代数方程有效的迭代计算方法。 在牛顿 拉夫逊法的每一次迭代过程中，非线性问题通过线性化逐步近似。 以单变量问题为例： 设非线性函数： 设解的初值为 ，与真解的误差为 ，则上式写为： 经泰勒展开为： 将 作为新的初值上述式子，再求出新的修正量。 如果两次迭代解的差值小于某一给定的允许误差值，则认为所求的值为该问题的解。 一般写成如下迭代式： 其中： ，称为雅可比因子。 这就是单变量的牛顿 拉夫逊法。 将单变量问题推广到具有 n 个未知变量的 的 n 阶非线性联立代数方程组 ，此时 可写成： 其中：为函数向量 对变量 的一阶偏导数的雅可比矩阵，是 n 阶方阵。 每次迭代的修正量为： 牛顿 拉夫逊法计算电力系统潮流的基本步骤： siniUYU jQPYU nij jijiiiiii  。 ,2,1,1,1*siniUYUYUjQPYUnijkjijijkjijiiiiii  。 ,2,111)(1,1)1(*)I m( 1 **)()1(   nj kjpjkpkp UYUQ   npjkjpjkpkppppkp UYUjQPYU ,1)(* )()1()1( 1 )1(0)1(   kppkp UU   0xf0x 0x   0 00 xxf        001039。 000039。 000 0xxxxfxfxxxfxfxxf1x  0xJxf k  kxfJ 39。   kkk xJxF xFxxF x  kkk xFJx   0xJxf k 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 37 页 （ 1）形成节点导纳矩阵； （ 2）给各节点电压设初值； （ 3）将节点电压初值代入，求出修正方程式的常数项向量； （ 4）将节点电压初值代入，求出雅可比矩阵元素； （ 5）求解修正方程式，求出变量的修正向量； （ 6）求出节点电压的新值； （ 7）如有 PV 节点，则检查该类节点的无功功率是否越限； （ 8）检查是否收敛，如不收敛，则以各节点电压的新值作为初值自第 3 步重新开始下一次迭代，否则转入下一步。 （ 9）计算支路功率分布， PV 节点无功功率和平衡节点注入功率，最后输出结果，并结束。 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 37 页 4 区域电力系统 分 析 本次模型采用汉中地区电网，通过简化汉中电网模型，在 PWS 平台上搭建出简化后汉中地区电网可视化模型，通过仿真软件的来对做区域电力系统运行及分析。 汉中电网电力供需形势 20xx 年，国内外经济形势未见明显好转的背景下，受国家整体宏观经济政策调控导向的影响，汉中地方经济的发展增速放缓，保持低速平稳增长态势，由此影响到汉中地区电网全年用电量增幅减小。 其中，高耗能行业因产能过剩及。