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1、.课程设计说明书题目电力系统分析系(部)专业(班级)*指导教师起止日期电力系统分析课程设计任务书系部：专业：指导教师：课题名称电力系统专家潮流初步设计设计内容及要求1. 了解电力系统专家潮流计算的根本原则2. 潮流计算不收敛原因分析3. 潮流计算收敛性分析4. 电力系统专家潮流计算的流程图设计5. 分析结果设计工作量1. 掌握相关根底概念2. 了解潮流计算不收敛的数学解释3. 对潮流计算收敛的分析4. 设计计算的流程图进度安排起止日期或时间量设计内容或预期目标备注第1天课题介绍，收集相关材料，分析原始数据第2天学习相关的根底理论第3天初步了解潮流计算的收敛问题第4天流程图的设计第5天编写设计说
2、明书教研室意见年月日系部主管领导意见年月日目录一、潮流计算根本原理潮流方程的根本模型潮流方程的讨论和节点类型的划分、潮流计算的意义二、牛顿拉夫逊法牛顿-拉夫逊法根本原理节点功率方程修正方程牛顿法潮流计算主要流程三、收敛性分析四、算例分析总结参考文献电力系统分析潮流计算一、潮流计算根本原理潮流方程的根本模型电力系统是由发电机、变压器、输电线路及负荷等组成，其中发电机及负荷是非线性元件，但在进展潮流计算时，一般可以用接在相应节点上的一个电流注入量来代表。因此潮流计算所用的电力网络系由变压器、输电线路、电容器、电抗器等静止线性元件所构成，并用集中参数表示的串联或并联等值支路来模拟。结合电力系统的特点
3、，对这样的线性网络进展分析，普通采用的是节点法，节点电压与节点电流之间的关系11其展开式为12在工程实际中，已经的节点注入量往往不是节点电流而是节点功率，为此必须应用联系节点电流和节点功率的关系式13将式13代入式12得到14交流电力系统中的复数电压变量可以用两种极坐标来表示15或16而复数导纳为17将式16、式17代入以导纳矩阵为根底的式14，并将实部与虚局部开，可以得到以下两种形式的潮流方程。潮流方程的直角坐标形式为1819潮流方程的极坐标形式为110111以上各式中，表示号后的标号的节点必须直接和节点相联，并包括的情况。这两种形式的潮流方程通常称为节点功率方程，实牛顿拉夫逊等潮流算法所采
4、用的主要数学模型。潮流方程的讨论和节点类型的划分对于电力系统中的每个节点，要确定其运行状态，需要由四个变量：有功注入注入有功、无功注入、电压幅值及电压相角。对于有个独立节点的网络，其潮流方程有个，变量数为个。根据电力系统的实际运行情况，一般每个节点4个变量中总有两个是的，两个是未知的。按各个节点所已经变量的不同，可把节点分成三种类型。(1) 节点。这类节点节点注入有功功率、无功功率，待求的未知量是节点电压值及相位角，所以称这类节点为节点。一般电力系统中没有发电设备的变电所母线、发固定功率的发电厂母线可作为节点，这类节点在电力系统中占大局部。(2) 节点。这类节点已经节点注入有功功率和电压值，待
5、求的未知量是节点注入无功功率及相位角，所以称这类节点为节点。这类节点一般为有一定无功功率储藏的发电厂母线和有一定无功功率电源的变电所母线，这类节点在电力系统中位数不多，甚至可有可无。(3)平衡节点。潮流计算时，一般只设一个平衡节点，全网的功率由平衡节点作为平衡机来平衡。平衡节点电压的幅值及相位角是的，如果给定、，待求的则是注入功率、。潮流计算的意义早在20世纪50年代中期，就已开场使用数字计算机进展电力系统潮流计算。时至今日，潮流计算曾采用过多种不同的方法，这些方法的形成和开展都围绕着潮流计算的一些根本要求进展。这些要求根本上可以归纳为以下几个方面：算法的可靠性和收敛性、结果的可信性；满足计算
6、速度和内存占用量的要求；计算方便灵活、适应性好。电力系统潮流的计算和分析是电力系统运行和规划工作的根底。运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知,随着各种电源和负荷的变化以及网络构造的改变,网络所有母线的电压是否能保持在允许范围内，各种元件是否会出现过负荷而危及系统的平安，从而进一步研究和制订相应的平安措施。规划中的电力系统，通过潮流计算，可以检验所提出的网络规划方案能否满足各种运行方式的要求，以便制定出既满足未来供电负荷增长的需求，又保证平安稳定运行的网络规划方案。二、牛顿拉夫逊法牛顿-拉夫逊法根本原理设有单变量非线性方程 (4-1) 求解此方程时。先给出解的近似值它与真解的误差为，则将满足方
7、程，即 (4-2)将(3-8)式左边的函数在附近展成泰勒级数，于是便得 (4-3)式中，,分别为函数在处的一阶导数，.，n阶导数。如果差值很小，(3-9)式右端的二次及以上阶次的各项均可略去。于是，(3-9)便简化为0 (4-4)这是对于变量的修正量的现行方程式，亦称修正方程式。解此方程可得修正量 (4-5)用所求的去修正近似解，变得 (4-6)由于(3-10)是略去高次项的简化式，因此所解出的修正量也只是近似值。修正后的近似解同真解仍然有误差。但是，这样的迭代计算可以反复进展下去，迭代计算的通式是 (4-7)迭代过程的收敛判据为 (4-8)或 (4-9)式中，为预先给定的小正数。这种解法的几
8、何意义可以从图31得到说明。函数yf(*)为图中的曲线。f(*)0的解相当于曲线与*轴的交点。如果第k次迭代中得到，则过点作一切线，此切线同*轴的交点便确定了下一个近似值。由此可见，牛顿拉夫逊法实质上就是切线法，是一种逐步线性化的方法。应用牛顿法求解多变量非线性方程组(3-1)时，假定已给出各变量的初值，. ，令，. 分别为各变量的修正量，使其满足方程(3-1)即(4-10)将上式中的n个多元函数在初始值附近分别展成泰勒级数,并略去含有,，二次及以上阶次的各项，便得 (4-11)方程式(3-17)也可以写成矩阵形式 (4-12)方程式(3-18)是对于修正量, 的线性方程组,称为牛顿法的修正方
9、程式.利用高斯消去法或三角分解法可以解出修正量, 。然后对初始近似值进展修正 (i=1,2,.,n) (4-13)如此反复迭代，在进展k1次迭代时，从求解修正方程式 (4-14)得到修正量，并对各变量进展修正 (i=1,2,n) (4-15)式(3-20)和(3-21)也可以缩写为 (4-16)和 (4-17) 式中的*和分别是由n个变量和修正量组成的n维列向量；F(*)是由n个多元函数组成的n维列项量；J是n阶方阵，称为雅可比矩阵，它的第i、j个元素是第n个函数对第j个变量的偏导数；上角标(k)表示阵的每一个元素都在点处取值。迭代过程一直到满足收敛判据 (4-18)或 (4-19)为止。和为
10、预先给定的小正数。节点功率方程电力系统的负荷习惯用功率表示，对于有n个节点的电力系统，系统中各节点注入电流与注入功率以标幺值表示的关系为 i=1，2，n 3-20式中表示其共轭复数。将此关系式代入节点电压方程的通式，可得到以节点注入功率表示的节点电压方程: (3-21)上述的方程式，通常称为功率方程。根据方程中的节点电压向量表示的不同，可以得到不同形式的功率方程。假设节点电压向量以直角坐标表示，即以复数平面上实轴与虚轴上的投影表示可写成3-22其共轭值为3-23导纳表示为3-24把这两关系式代回式3-21的功率方程中，展开后再将功率方程的实部和虚局部别写成有功、无功功率别离的节点方功率方程：3
11、-25式中：i=1，2，n为各节点的。假设节点电压以极坐标表示，则或写成3-26将其同导纳的复数表达式一起代入式3-21的功率方程，进整理可以得到3-27式中：i与j节点电压的相角差。由式3-25和3-27给出的功率方程表示方法防止了复数运算，因此，在潮流计算中普遍采用。修正方程采用牛顿法计算潮流时，需要对功率方程进展修改。下面将根据在不同坐标内的修改进行讨论：1在直角坐标系内时，由PQ节点功率方程3-25可知：节点i的注入功率是各点电压的函数，设节点的电压，代入式3-25，可以求出节点i的有功及无功功率，它们与给定的PQ 节点的注入功率的差值应满足以下方程3-28对于PV 节点，节点的注入有
12、功功率及节点电压大小，记作，其节点的有功功率应满方程：3-29对于平衡节点，因为其电压给定，故不需要迭代求解。通过以上分析可见，式3-28和式3-29共2n-1个方程，待求量共2n-1个。将上述2n-1个方程按泰勒级数展开，并略去修正量的高次方项后得到修正方程如下：3-30其中雅克比矩阵的各元素可以对式3-28和式3-29求偏导数获得。对于非对角元素有3-31对于对角元素有3-32由上述表达式可以看到，雅克比矩阵具有以下特点：1各元素是各节点电压的函数，迭代过程中每迭代一次各节点电压都要变化，因而各元素每次也变化；2雅克比矩阵不具有对称性；3互导纳，与之对应的非对角元素亦为零，此外因非对角元素，故雅克比矩阵是稀疏矩。当在极坐标系内时，由功率方程3-27可知节点i的注入功率是各节点电压幅值和相角的函数。代入式3-27可以求出节点i的有功功率和无功功率，它们与给定的PQ节点的注入功率的差值满足下面方程：3-33式中：i与j节点电压的相角差。在有n个节点的系统中，假定第号节点为PQ节点，第m+1n-1号节点为PV节点，第n号节点为平衡节点。和是给定的，PV节点的电压幅值也是给定的，因此，只剩下n-1个节点的电压相角和m个节点的电压幅值是未知量。由3-33可知一共包含了n-1+m方程式，正好同未知量的数目相等，而直角坐标形式的方程少了n-1-m个。由方程3-33可以写出修正方程
