电力系统分析潮流计算讲解.docx
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电力系统分析潮流计算讲解.docx
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电力系统分析潮流计算讲解
电力系统分析潮流计算报告
一.配电网概述3...
1・1配电网的分类
3.・・
1.2配电网运行的特点及要求3..
1.3配电网潮流计算的意义4..
二•计算原理及计算流程
4.
2.1前推回代法计算原理
4.
2.2前推回代法计算流程
7.
2.3主程序清单:
9...
2.4输入文件清单:
1..1
2.5计算结果清单:
1..2.
三.前推回代法计算流程图
1.
.3
参考文献
4・.
一.配电网概述
1.1配电网的分类
在电力网中重要起分配电能作用的网络就称为配电网;配电网按电压
等级来分类,可分为高压配电网(35-110KV),中压配
电网(6—10KV,苏州有20KV的),低压配电网(220/380V);
在负载率较大的特大型城市,220KV电网也有配电功能。
按供电区的功能来分类,可分为城市配电网,农村配电网和工厂配电网等。
在城市电网系统中,主网是指110KV及其以上电压等级的电网,主要起连接区域高压(220KV及以上)电网的作用。
配电网是指35KV及其以下电压等级的电网,作用是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源。
从投资角度看,我国与国外先进国家的发电、输电、配电投资比率差异很大,国外基本上是电网投资大于电厂投资,输电投资小于配电投资。
我国刚从重发电轻供电状态中转变过来,而在供电投资中,输电投资大于配电投资。
从我国城网改造之后,将逐渐从输电投资转入配电建设为主。
本文是基于前推回代法的配电网潮流分析计算的研究,研究是是以根节点为10kV的电压等级的配电网。
1.2配电网运行的特点及要求
配电系统相对于输电系统来说,由于电压等级低、供电范围小,但与用户直接相连,是供电部门对用户服务的窗口,因而决定了配电网运行有如下特点和基本要求:
(I)lOkv中压配电网在运行中,负荷节点数多,一般无表计实时记
录负荷,无法应用现在传统潮流程序进行配电网的计算分析,要求建立新的
数学模型和计算方法。
(2)随着铁道电气化和用户电子设备的大量使用,配电网运行中有大量的谐波源、三相电压不平衡、电压闪变等污染,要求准确测量与计算配电网中的谐波分布,从而采取有效措施抑制配电网运行中的谐波危害。
(3)由于环保条件日趋严格的制约,要求配电网运行能制定不影响城市绿化、防火、防爆、防噪音等技术和组织措施,以便减少配电网运行对环境的污染。
(4)随着用户对供电可靠性和电压质量指标的提高,还靠人工操作已无法适应,要求现代配电网运行不断提高自动化、智能水平。
由于"电能”作为商品将进入市场竞争,要求各电力公司采用需求侧管理和用户电力技术,以降低配电网运行的线损和年运行费用,提高运行的经济性,从而降低配电成本,并积极协助用户搞好优化用电计划、节约用电,推行战略节电和战略负荷开拓等积极措施,进一步提高对用户的服务质量和降低供电企业的成本,达到双方受益的目的。
1.3配电网潮流计算的意义
配电网潮流计算是配电网网络分析的基础,配电网的网络重构、故障处理、无功优化和状态估计等都需要用到配电网的潮流数据。
由于配电网结构特点都是开环运行的,配电网呈辐射状,配电线路的电阻电抗比(R/
X)较大,利用常规方法进行潮流计算会导致算法不收敛,而前推回代法是
件之一,更是整个问题研究和分析的基础。
二.计算原理及计算流程
2.1前推回代法计算原理
前推回代法已知配电网的始端电压和末端负荷,以馈线为基本计算单位。
最初假设全网电压都为额定电压,根据负荷功率由末端向始端逐段推
算,仅计算各元件中的功率损耗而不计算节点电压,求得各支路上的电流和功率损耗,并据此获得始端功率,这是回代过程;再根据给定的始端电压和求得的始端功率,由始端向末端逐段推算电压降落,求得各节点电压,这是前推过程。
如此重复上述过程,直至各个节点的功率偏差满足允许条件为
止。
图2-1所示的网络结构即为典型的辐射状配电网结构。
图2-1辐射状配电系统
网络编号,采用以下原始数据输入结构,不用形成节点导纳矩阵,就可以自动搜索节点关系,确定网络的拓扑结构。
节点结构体:
{节点号节点有功节点无功}
支路结构体:
{支路首端节点号支路末端节点号支路电阻支路电抗}根据线路首
末节点,就可以确定每个节点连接的节点及其关系,从而可以形成整体的树状的关系结构。
为了形成层次关系,确定节点计算顺序,要利用网络拓扑结构,经过多次按层遍历的广度优先搜索,形成层次关系,确定前推后代潮流算法的节点计算顺序。
具体方法如下:
搜索末梢节点作为第一层节点;搜索末梢节点的父节点作为第二层节
占.
继续搜索第二层节点的父节点作为第三层节点,这样反的搜索下去,
直到搜索到某层节点的父节点全部是根节点时停止搜索;
删除在后面层次中有重复的前面层次中的节点,形成真正的层次关系,
确定潮流计算的节点顺序O
前推回代法基于支路电流进行,首先假定各节点的电压幅值为1,幅角为0,具体计算步骤为:
1)从第一层节点开始,根据基尔霍夫电流定律,求支路上的电流:
lij=Sj/Uj=Pj—jQj/Uj\
2-丄)
su
式中,Sj是节点j的功率,Uj是节点j的电压。
2)从第二层开始逐层计算非末梢节点的注入电流,根据基尔霍夫电流定律应等于(3-1)式与该节点流出电流之和:
♦<♦
m・
Iij(k)=Sj/Uj(k)+?
Ijk(k)
-(2-2)
3)由步骤1)和2)可求出所有支路的支电流,再利用已知的根节点电压,从根节点向后顺次求得各个负荷节点的电压
其中i为父节点,为子节点,Z为i、j间支刪脾抗。
Uj
(1)=Ui(i)—1“(O)Zij
4)计算各节点的电压幅值修正量:
dUj⑴二Uj(i)-U
2-4)
5)计算节点电压修正量的最大
max(dUj
(k))
(2-5)
max(DU(k)) 其中k为迭代次数,若最大电压修正量小于阈值,则跳出循环,输出 电压计算结果;否则重复步骤 (1)〜(6),直到满足(3-5)式的条件为 7)在得到各个节点的电压电流后,就可以计算线路潮流S: 5u」丄a2-6) 总之,(2-1)~(2-3)式为一组递归方程,对树进行前向遍历,从树 的末梢节点岀发,利用已知的负荷功率,逐一计算(2-1)(2-2)式, 即 可求得根节点处的电流,再从根节点出发,对树进行后向遍历,用(2-3)式可求各节点电压。 这样就完成一次前推后代的计算,迭代重复进行,直至满足收敛标准为止。 2.2前推回代法计算流程 要看懂前推回代法计算程序,报告叙述计算原理及计算流程。 绘制计算流程框图。 确定前推回代支路次序(广度优先,或深度优先),编写前推回代计算输入文件。 进行潮流计算。 下列为节点配电网结构图及系统支路参数和系统负荷参数表。 1 62 10 11 13 12 图2-2节点配电网结构图 表1系统支路参数 支路 R(Q.) X(Q.) B/2(Tk)(S) 1~2 3.367 3.685 0.0 2~3 2.356 2.541 0.0 3〜4 1.145 1.28 0.0 〜 45 4.524 5.04 0.0 〜 26 0.856 1.14 0.0 67 2.745 2.965 0.0 28 3.743 4.251 0.0 〜 89 2.237 2.756 0.0 〜 310 4.14 4.696 0.0 〜 311 1.328 1.763 0.0 1T12 2.436 2.866 0.0 4~13 3.521 3.966 0.0 表2系统负荷参数 节点编号 节点类型 节点初始电压 (kV) Pi(MVA) Qi(MVA) 1 根节点 10.4 0 0 2 中间节点 10.0 0.0342 0.0301 3 中间节点 10.0 0.0693 0.0642 4 中间节点 10.0 0.0845 0.0763 5 叶节点 10.0 0.0295 0.0261 6 中间节点 10.0 0.0474 0.0409 7 叶节点 10.0 0.1176 0.0957 8 中间节点 10.0 0.0946 0.0857 9 叶节点 10.0 0.0916 0.0859 10 叶节点 10.0 0.0271 0.0229 11 中间节点 10.0 0.0696 0.0643 12 叶节点 10.0 0.0676 0.0579 13 叶节点 10.0 0.0298 0.0242 2.3主程序清单: [PQ,FT,RX]=casell3();%调用数据文件 NN=size(PQ,1); %节点数 NB二size(FT,1); %支路数数 V二PQ(: 1); maxd=l %v初始电压相量 k=l whilemaxd>0.0001 PQ2=PQ; %每一次迭代各节点的注入有功和无功相同 PL=0.0: fori=l: NB kf=FT(i,1); %前推始节点号 kt=FT(i,2); %前推终节点号 x=(PQ2(kf,2厂2+PQ2(kf,3厂2)/V(kf)/V(kf);%计算沿线电流平方A PQl(i,1)二PQ2(kf,2)+RX(i,l)*x;%计算支路首端有功/MW RX(i,1)~R PQl(i,2)=PQ2(kf,3)+RX(i,2)*x;%计算沿支路的无功损耗/Mvar RX(i,2)~X PQ2(kt,2)=PQ2(kt,2)+PQl(i,1);%用PQ1去修正支路末端节点的有功p单位MW PQ2(kt,3)=PQ2(kt,3)+PQl(i,2);%用PQ1去修正支路末端节点的有功Q单位Mvar PL二PL+RX(i,l)*x; end angle (1)=0.0; fori=NB: -l: 1 kf=FT(i,2);%回代始节点号 kt=FT(i,1);%回代终节点号 %计算支路电压损耗的纵 %计算支路电压损耗的横 0/二丄咎*Ttr口々士占車r±3mdvl=(PQ1(i,1)*RX(i,1)+PQ1(i,2)*RX(i,2))/V(kf); 分量dvl dv2二(PQl(i,l)*RX(i,2)-PQl(i,2)*RX(i,1))/V(kf);分量dv2 V2(kt)=sqrt((V(kf)-dvl)2+dv22); angle(kt)=angle(kf)+atand(dv2/(V(kf)-dvl));endmaxd=abs(V2 (2)-V (2)); V2 (1)=V (1); fori=3: l: NN ifabs(V2(i)-V(i))>maxd; maxd=abs(V2(i)-V(i)); end end maxdk=k+l PQ1 %潮流分布即支路首端潮流MVA V=V2 %节点电压模计算结果kv angle PL %节点电压角度计算结果单位 %网损单位MW end clear 2・4输入文件清单: function[PQ,FT,RX]=casell3()PQ=[ %节点电压有功无功 10.400 10.00.03420.0301 10.00.06930.0642 10.00.08450.0763 10.00.02950.0261 10.00.04740.0409 10.00.11760.0957 10.00.09460.0857 10.00.09160.0859 10.00.02710.0229 10.00.06960.0643 10.00.06760.0579 10.00.02980.0242 FT=[ %首端末端 103 54 134 43 1211 113 ]; 2.5计算结果清单 maxd=1 k二1 maxd=0.1780 k=2 maxd=0.1787 k=3 maxd=0.1793 k=4 maxd=0.1226 k=5 maxd=0.0010 k=6 maxd=2.6021e-004k=7 maxd=6.1046e-005 k=8 PQ1=0.0272 0.0230 0.0296 0.0262 0.0299 0.0243 0.1444 0.1273 0.0678 0.0581 0.1379 0.1231 0.1183 0.0964 0.1661 0.1379 0.0920 0.0864 0.1891 0.1750 0.3852 0.3445 0.8116 0.7278 V=10.4000 9.87959.69919.66529.63779.84929.78729.7326 9.68709.67649.65789.62359.6444 angle=00.30110.40110.42500.44380.34310.39420.3899 0.42660.42090.44980.48230.4452 PL=0.0488 三.前推回代法计算流程图 经过之前的理论知识,我们对MATLAE的基本指令有了初步的了解,我们就可以画出程序编程框图,按照程序编程框图,我们可以通过MATLAE软件进行编程,实现我们所求的前推回代法计算。 程序编程框图如下: 图3-1程序流程框图 参考文献 [1]何仰赞温增银《电力系统分析》.华中科技大学岀版社. [2]李维波・《MATLAB在电气工程中应用》・中国电力出版社.2007
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