1、电力系统分析课程设计报告书 题目题目 : : 电力系统潮流计算 2012 年 4 月 15 日 信息工程学院课程设计任务书 学生姓名学 号成绩 设计题目电力系统潮流计算 电力系统潮流计算 在图 1 所示的简单电力系统中，系统中节点1、2 为PQ节点，节点3 为PV 节点，节点 4 为平衡节点，已给定s1 0.4 j0.3，s2 0.3 j0.2， P 3 0.4，V 3 1.02，V 4 1.05， 4 0，网络各元件参数的标幺值如表 设 计 内 容 2 所示，给定电压的初始值如表 2 所示，收敛系数 0.00001。试求各个母 线上的潮流分布。 4 V 4 4 k:1 2 P 2 jQ 2

2、3 P 3 V 3 1 P 1 jQ 1 设 计 要 求 1.按学校规定的格式编写设计论文。 2.论文主要内容有：课题名称。设计任务和要求。PSCAD 的应用以及 仿真结果。收获体会、存在问题和进一步的改进意见等 2013 年 2 月 21 日：下达课程设计的计划书，任务书，设计题目及分组情况 2013 年 2 月 22 日-28 日：学生熟悉 PSCAD 软件和建模 时 间 安 排 2013 年 2 月 29 日-30 日：上机调试程序，建立系统接线图的仿真模型和得出 仿真结果 2013 年 4 月 31 日-2 日：写出报告（A4 打印稿）和 PPT 报告（用于答辩） 2013 年 5 月

3、 6 日：组织学生答辩 何仰赞 主编.电力系统分析. 高教出版社出版.第三版.2002 年 参 考 资 料 刘明波 主编.大电网最优潮流计算.科学出版社出版.第一版.2010 年 陈珩主编.电力系统稳态分析.中国电力出版社.第三版.2007 年 韩祯祥 主编.电力系统分析.浙江大学出版社.第三版.2005 年 摘要 电力系统的出现使高效、无污染、使用方便、易于控制的电能得到广泛应用，推 动了社会生产各个领域的发展，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统 的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。 电力系统的潮流计算是 电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就

4、是已知电网的接线方 式与参数及运行条件，计算电力系统各母线电压、各支路电压与功率及网损。对于正 在运行的电力系统， 通过潮流计算可以判断电网母线电压、 支路电流及功率是否越限， 如果有越限，就应采取措施调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计 算， 可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自 动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。 关键词: 电力系统分析 ；PSCAD软件；潮流计算 目录 1 总体方案论证 1.1 课程设计题目 1.2 分析及思路 1.3 方案论证 2 潮流计算简介 3 PSCAD 软件介绍及应用 3.1 PSCAD 简介

5、 3.2 PSCAD 应用 3.2.2 流程图 3.2.2 电气接线图 3.2.3 输出显示图 3.2.4 仿真波形图 4 总结 参考文献 16 1总体方案论证 1.1课程设计题目 在图1所示的简单电力系统中，系统中节点1、2为PQ节点，节点 3 为 PV 节 点， 节点 4 为平衡节点， 已给定S1=0.4j0.3， S2=0.3j0.2， P3=0.4，V3=1.02， V4=1.05，4=0，网络各元件参数的标幺值如表2所示，给定电压的初始值如表2 所示，收敛系数=0.00001。试求各个母线上的潮流分布。 4 V 4 4 k:1 2 P 2 jQ 2 3 P 3 V 3 1 P 1 j

6、Q 1 图 1简单电力系统 表 1网络各元件参数的标幺值 支路 12 13 23 24 34 表 2各节点电压（初值）标幺值参数 电阻 0.02 0.01 0.03 0.0 0.02 电抗 0.06 0.03 0.07 0.05 0.05 输电线路 1 yc 2 变压器变比 k 0.9625 0.01 0.01 节点 i1 1.00+j0.0 2 1.0+j0.0 3 1.0+j0.0 4 1.05+j0.0 (0) e(0) jf(0)U iii 1.2课题分析及思路 在这个电力系统中,一共有4个节点, 节点1、2为PQ节点，节点3为PV节 点，节点4为平衡节点,综合牛顿拉夫逊潮流计算,PQ

7、分解法等多种求解方法，然后 用PSCAD软件进行仿真，仿真出计算结果。 1.3方案论证 本次课程设计我们小组一开始准备了三种不同的方案一共筛选出最合适最好的 运行方案。 方案一：采用手工计算 最开始熟悉课题之后，我们准备采用手工计算的方法算出各母线上的潮流分布。 在进一步熟悉了牛顿-拉夫逊法后，我们发现不仅节点导纳矩阵十分难算，后续的雅 可比矩阵更是多达一百多个元素要进行计算，短时间内我们根本无法完成设计任务。 而P-Q分解法要将相关参数化为极坐标形式，计算量也十分巨大，于是最终我们只 好放弃了这个方案。 方案二：用MATLAB软件进行相关计算 这个方案大大减少了手工计算的时间，但每次计算过程

8、都要编写大量程序，虽然 编程的相关指令并不难，但编程稍微有一点错误结果就无法正确显示，而且算出的结 果并不直观清晰。所以最后我们也放弃这个方案。 ， 方案三：用PSCAD软件仿真 在学长学姐的指导和帮助下，我们开始学习PSCAD软件。这是电气专业的专 业仿真软件， 开始我们并看不懂， 而且关于这个软件的教程和说明大部分是英文版的， 这无疑又增加了我们的学习难度。 但考虑到今后毕业设计也要学习这个软件，我们还 是硬着头皮开始学习。 在他们的耐心指导下，我们几个人一小组开始学习和探讨这个软件的使用方法。 从元件的选择到布线安排、 相关参数的设置到最后的调试运行，可谓每一步大家都付 出了相当大的努力

9、。 虽然我们现在对这个软件还不是特别熟悉，但是我们的课题还是成功的完成了。 在仿真图输出显示中，系统特性十分直观快速的显示出来了，我们觉得非常开心。 综上，方案三被选为小组共同方案。 2潮流计算简介 潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，指在给定电力系统网络拓扑、 元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分 布。 潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定 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

10、和相角，以及各支 路的功率分布、网络的功率损耗等。 在电力系统运行和规划中， 都需要研究电力系统稳定运行情况，确定电力系统的 稳态运行状态。给定电力系统的网络结构、参数和决定电力系统运行状况的边界条 件， ，确定电力系统运行的方法之一是朝流计算。 从数学上说,朝流计算是要求解一组有潮流方程描述的非线性方程组。电力系统 潮流计算是电力系统分析中最重要最基本的计算，是电力运行、规划以及安全性、可 靠性分析和优化的基础，也是各种电磁暂态和机电暂态分析的基础和出发点。 电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算， 也是最重要的计算。 所谓潮流计算， 就是已知电网的接线方式与参数及运行条件， 计算电力系统稳

11、态运行各母线电压、个 支路电流与功率及网损。 对于正在运行的电力系统， 通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功 率是否越限， 如果有越限， 就应采取措施， 调整运行方式。 对于正在规划的电力系统， 通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。 潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、 电力系统故障计算和稳定计算 等提供原始数据。 此外，在进行电力系统稳态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算的结果作为其计 算的基础； 一些故障分析以及优化计算也需要有相应的潮流计算作配合；潮流计算往 往成为上述计算程序的一个重要组成部分。 以上这些， 主要是在系统规划设计及运行方式安排中的应用

12、， 属于离线计算范畴。 随着现代化的调度中心的建立， 为了对电力系统进行实时安全监控，需要根据实 时数据库所提供的信息。 3PSCAD 软件介绍及应用 3.1PSCAD 简介 PSCAD 是一种有效的用户图形界面,能够显著地提高电力系统电磁瞬时模拟 研究的效率。 利用PSCAD家族的软件工具,使得电力系统工程师能够充分利用现 代微机工作站的资源, 更为有效地使用马尼托巴高压直流研究中心的 EMTDC 瞬 时模拟软件。该族软件还可作为该中心的实时数字模拟器(RTDS)的用户界面。 PSCAD 由下述软件模块构成 : 档管理系统、建模 (DRAFT)模块 、架空线 (T-LINE)和电缆(CABL

13、E)模块、运行(RUN TIME)模块、单曲线绘图 (UNIPLOT)和多曲线绘图(MULTIPLOT)模块。 PSCAD 编写使其适合在基于 UNIX 操作系统并具有 X 窗口环境的微机工作站上运行。PSCAD具备自己的软件支 持因而不需要用户再安装其他支持软件。 软件同时支持单色和彩色监视器。如果要运 行EMTDC模拟软件, 用户应提供FORTRAN 77(F77)编译器。 硬拷贝输出采用 PS格式。建模模块中的图形可通过接受 HP-GL 命令的绘图仪输出。 PSCAD 代表电力系统计算机辅助设计，PSCAD的开发成功，使得用户能更 方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分

14、可视化成为可能，而 且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。PSCAD V1 1988年首先在阿波罗工作站上使用，然后大约在1995年PSCAD V2开始应 用。PSCAD V3以PC Windows作为平台，在1999年面世。目前最新版本的是 PSCAD V4.2.1。 用户可以通过调用随EMTDC 主程序一起提供的库程序模块或 利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构。 EMTDC 的威力之一是可以较为简单地模拟复杂电力系统, 包括直流输电系统和其 相关的控制系统。 采用 PSCAD 进行的典型模拟研究包括： 一般的交流电力系统电磁

15、暂态研究， 直流输电结构和控制， FACTS(灵活交流输电系统)元部件模型， 由于故障、断路 器操作或雷电冲击引起的电力系统的过电压研究， 绝缘配合研究 ，谐波相互影响研 究 ，静止补偿器研究， 变压器饱和研究, 如铁磁振荡和铁芯饱和不稳定性研究 ， 同步发电机和感应电动机的扭矩效应和自励磁研究， 研究当一台多轴系发电机与串 补线路或电力电子设备相互作用时的次同步谐振现象， 向孤立负荷送电。 3.2PSCAD 应用 3.2.1 流程图 用PSCAD/EMTDC进行仿真的主要流程如图所示： 图 3.3.1 PSCAD 仿真流程 3.2.2 电气接线图 根据PSCAD课程的学习，画出主电气图如图所

16、示： 图 3.3.2电气接线图 3.2.3 输出显示图 图 3.3.3输出显示图 3.2.4 仿真波形图 图 3.3.4总的仿真波形图 图 3.3.5节点 1 处相关波形图 图 3.3.6节点 2 处相关波形图 图 3.3.7节点 3 处相关波形图 图 3.3.8节点 4 处相关波形图 4总结 在这次为期不久的电力系统课程设计中，我第一次接触了用PSCAD软件进行 的课程设计，这次的课程设计作品的制作让我对单片机的理论有了更加深入的了解。 同时在具体的制作过程中我发现书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距， 书本 上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可 在

17、实际的应用时这些是不能被忽略的。 通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系 实际的重要性，在今后的学习工作中我会更加的注重实际。 关于本次所要用到的仿真软件PSCAD， 由于之前并没有过多的接触和了解， 初 次着手关于电力系统潮流计算的仿真， 确实有一定的难度，大家都另外的查找资料学 习相关的知识。首先在参考了关于该软件的书籍，但是仍然存在很多不懂的地方，于 是我们请教老师，寻求老师的帮助。同时也在网络上搜索了部分这方面的知识，另一 方面自己再慢慢的参透老师发给我们的资料和例子， 将所学的理论知识联系实际，做 到活学活用。 第一次靠用所学的专业知识来解决问题， 检查了自己的知识水平，使我对自己有 一个全新的认识。 通过学习专业知识和查阅大量的资料，我在理论方面有了很大的收 获，实践能力有了飞速提高，也积累了丰富的实践经验，还锻炼了自己分析问题、处 理问题的能力， 提高了自己的动手能力。这些培养和锻炼对于我