电力系统分析课程设计单机系统潮流的经济分布控制.doc
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1、辽 宁 工 业 大 学 电力系统分析课程设计(论文)题目: 单机系统潮流的经济分布控制(3)院 (系): 专业班级: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 教师职称: 起止时间:15-07-06至15-07-17 课程设计(论文)任务及评语院(系): 教研室: 课程设计(论文)任务 T 1 L1 2 S2 L3 L2 3 S3 G原始资料:系统如图。G:SN=30MVA,VN=10kV,X=0.23;T: SN=31.5MVA,Vs%=9,k=10/121kV,Ps=180kW, Po=30kW,Io%=0.8;L1:线路长70km,电阻0.22/km,电抗0.4/km,对地容纳2.7810-6S
2、/km;L2:线路长75km,电阻0.21/km,电抗0.42/km,对地容纳2.810-6S/km; L3: 线路长60km,电阻0.18/km,电抗0.38/km,对地容纳2.710-6S/km;负荷:S2=18MVA,S3=10 MVA,功率因数均为0.9.任务要求:1 阐述闭式网络潮流控制的基本思想;2 画出系统等值电路图,计算各元件参数;3 对系统进行潮流计算,计算系统支路自然功率分布;4 在L1支路加入合适的附加电势(串联变压器),实现支路功率经济分布;5 利用MATLAB建立电力系统仿真模型进行仿真;6 对计算结果进行分析比较,得出结论。指导教师评语及成绩平时考核: 设计质量:
3、答辩: 总成绩: 指导教师签字: 年 月 日注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。电力系统的出现使高效、无污染、使用方便易于调控的电能得到广泛应用,推动了社会生产各个领域的变化,开创了电力时代,开启了第二次科技革命。电力系统的规模和发展水平成为一个国家经济发展水平的标志之一。至今人类文明的主流发展方向依然与电力有着不可分割的联系。潮流计算是电力网络设计及运行中最基本的计算,对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算,可以得到各种电网各节点的电压,并求得网络的潮流及网络中各元件的电力损耗,进而求得电能损耗。为满足日益
4、增长的电力需求,减少不必要的浪费,以及提供更好的电力能源,要对原有的配电网络进行改造。本课程设计主要研究某一电力系统网络,对此网络进行潮流计算。电力系统的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。本文研究此电力网的支路功率分布,并完成对一支路加入附加电势,使系统实现支路功率经济分布的效果。在电力网中会出现功率损失,为是电能质量可靠,保证电能的质量要求,则需对系统进行功率补偿,本此设计对串联补偿器进行设计,并设计其硬件电路图,以满足电力用户需要的电能质量。并通过牛顿拉夫逊潮流计算使系统实现支路功率的经济分布,并用MATLAB进行仿真。关键词:
5、电力系统分析;潮流计算;经济分布;MATLAB仿真目 录第1章 绪论11.1 电力系统潮流控制概述11.2 本文设计内容1第2章 电力系统潮流经济控制原理22.1 电力系统潮流计算基本原理22.2 简单闭式网潮流经济分布22.3 经济潮流控制附加电动势的计算2第3章 电力系统经济潮流控制计算33.1 系统等值电路及元件参数计算33.2 系统等值电路及其化简33.3 潮流经济分布计算33.4 潮流经济分布控制方法3第4章 潮流经济分布的仿真44.1 功率自然分布仿真模型的建立44.2 功率经济分布仿真模型的建立44.3 仿真结果及分析4第5章 总结5参考文献6第1章 绪论1.1 电力系统潮流控制
6、概述电力系统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。它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。电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。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
7、计算。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。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基础。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结构的改变,网络所有母线的电压是否能保持
8、在允许范围内,各种元件是否会出现过负荷而危及系统的安全,从而进一步研究和制订相应的安全措施。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,又保证安全稳定运行的网络规划方案。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
9、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,同时也提高了计算速度。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
10、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。1.2 本文设计内容本文通过给出的电力网系统图,从而画出系统等值电路图,计算各元件参数,了解并阐述闭式网络潮流计算及其经济控制的基本思想,完成电力系统网络的潮流计算,继而完成电力网的支路功率分布,并完成对一支路加入附加电势,使系统实现支路功率经济分布的效果。并用MATLAB进行仿真,得出仿真波形,从而对计算结果进行分析比较,并得出结论。第2章 电力系统潮流经济控制原理2.1 电力系统潮流计算基本原理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
11、元件,但在进行潮流计算时,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。电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角,以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。潮流计算是电力系统非常重要的分析计算,用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统,通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求;对运行的电力系
12、统,通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全,系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内,系统中各种元件(线路、变压器等)。结合电力系统的特点,对这样的线性网络进行分析,常用的潮流计算方法有:牛顿-拉夫逊法及快速分解法。快速分解法有两个主要特点: (1)降阶 在潮流计算的修正方程中利用了有功功率主要与节点电压相位有关,无功功率主要与节点电压幅值有关的特点,实现P-Q分解,使系数矩阵由原来的2N2N 阶降为NN阶,N为系统的节点数(不包括缓冲节点)。 (2)因子表固定化 利用了线路两端电压相位差不大的假定,使修正方程系数矩阵元素变为常数,并且就是节点导纳的虚部。 由于以
13、上两个特点,使快速分解法每一次迭代的计算量比牛顿法大大减少。快速分解法只具有一次收敛性,因此要求的迭代次数比牛顿法多,但总体上快速分解法的 计算速度仍比牛顿法快。 快速分解法只适用于高压网的潮流计算,对中、低压网,因线路电阻与电抗的比值大,线路两端电压相位差不大的假定已不成立,用快速分解法计算,会出现不收敛问题。2.2 简单闭式网潮流经济分布为保证供电可靠性,电网往往采用环形电网供电方式,任一段网络发生故障,还可以继续保证供电,即凡是能从两个或两个以上方向给负荷供电的电力网络闭合成为环形供电方式的就是闭式网络。闭环网中的潮流分布与网络的结构、负荷、电源等均有关,较开式网中的潮流分布要复杂的多。
14、图2.1 电力网等效电路图闭式网络中某一支路因事故或检修断开后,网络功率分布和电压分布都要发生较大的变化,从而某些支路可能过负荷、某些节点电压可能超出偏差允许范围。因此,在实际系统中,闭式网络不仅需要进行正常运行方式的潮流分析,而且要进行事故和检修运行方式的潮流计算。在图2.1所示的电力网等效电路图中,假设两端电压,根据基尔霍夫电压定律和电流定律,可以列出下列方程: 如果已知电源点电压和以及负荷点电流和,便可以解出准确电流和。但是在电力网中,即使线路中通过的是同一电流,沿线上各点的功率也是不一样,因为沿线有电压降落。求取网络中的功率分布,可以采用近似的算法,先忽略网络中的功率损耗,用相同额电压
15、计算功率,令,并假设,便可以得到如下方程:由上式可见,在电力网的实际计算中,负荷点的已知量一般是功率,而不是电流。每个电源点送出的功率都包含两个部分,第一部分由负荷功率和网络参数确定,每一个负荷的功率都以该负荷点到两个电源点间的阻抗共轭值成反比的关系分配给两个电源点,而且逐个的计算。第二部分与负荷无关,它可以在网络中负荷切除的情况下,由两个供电点的电压差和网络参数确定,通常称这部分功率为循环功率。2.3 经济潮流控制附加电动势的计算潮流经济运行就是指电网在供电成本率低或发电能源消耗率及网损率最小的条件下运行。电网经济运行附加电动势就是一项实用性很强的节能技术。这项技术是在保证技术安全、经济合理
16、的条件下,充分利用现有的设备、元件,不投资或有较少的投资,通过相关技术论证,选取最佳运行方式、调整负荷、提高功率因数、调整或更换变压器、电网改造等,在传输相同电量的基础上,以达到减少系统损耗,从而达到提高经济效益的目的。经济潮流控制附加电动势,求出有功功率和无功功率。如图2.2所示电力网系统图。3L3T1L1S2S32L2图2.2 电力网系统图电力系统经济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电路。已知:G:SN=30MVA,VN=10kV,X=0.23;T: SN=31.5MVA,Vs%=9,k=10/1
17、21kV,Ps=180kW, Po=30kW,Io%=0.8;L1:线路长70km,电阻0.22/km,电抗0.4/km,对地容纳2.7810-6S/km;L2:线路长75km,电阻0.21/km,电抗0.42/km,对地容纳2.810-6S/km; L3: 线路长60km,电阻0.18/km,电抗0.38/km,对地容纳2.710-6S/km; 负荷:S2=18MVA,S3=10 MVA,功率因数均为0.9.由上述资料可知:所以 , , 。功率损耗为:如果在环网中引入附加电势E,假定其产生与SL3同方向的循环功率,且满足条件,就可以使功率分布符合经济分布的要求。由此可得所要求的循环功率为因此
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