电力系统分析潮流计算

PAGE2电力系统分析潮流计算报告TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc357043100"一．配电网概述PAGEREF_Toc357043100\h3HYPERLINK\l"_Toc357043101"1.1配电网的分类PAGEREF_Toc357043101\h3HYPERLINK\l"_Toc357043102"1.2配电网运行的特点及要求PAGEREF_Toc357043102\h4HYPERLINK\l"_Toc357043103"1.3配电网潮流计算的意义PAGEREF_Toc357043103\h4HYPERLINK\l"_Toc357043104"二．计算原理及计算流程PAGEREF_Toc357043104\h5HYPERLINK\l"_Toc357043105"2.1前推回代法计算原理PAGEREF_Toc357043105\h5HYPERLINK\l"_Toc357043106"2.2前推回代法计算流程PAGEREF_Toc357043106\h7HYPERLINK\l"_Toc357043118"2.3主程序清单：PAGEREF_Toc357043118\h9HYPERLINK\l"_Toc357043119"2.4输入文件清单：PAGEREF_Toc357043119\h11HYPERLINK\l"_Toc357043120"2.5计算结果清单：PAGEREF_Toc357043120\h13HYPERLINK\l"_Toc357043121"三．前推回代法计算流程图PAGEREF_Toc357043121\h14HYPERLINK\l"_Toc357043122"参考文献PAGEREF_Toc357043122\h15一．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：（1）10kV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。（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、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，而前推回代法是线性收敛的，解决了潮流计算收敛难的问。近年来，开发配电管理系统（DMS）成为人们研究的热点。而配电网潮流计算作为DMS的高级应用软件之一，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。8123410579图2-1辐射状配电系统首先要搜索节点关系，确定拓扑结构表。为了配合算法和避免复杂的网络编号，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点；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。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：（2-1）式中，是节点j的功率，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：（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（2-3）其中i为父节点，j为子节点，Z为i、j间支路的阻抗。4）计算各节点的电压幅值修正量：（2-4）5）计算节点电压修正量的最大值；6）判别收敛条件：（2-5）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）式的条件为止。7）在得到各个节点的电压电流后，就可以计算线路潮流S：（2-6）总之，（2-1）~（2-3）式为一组递归方程，对树进行前向遍历，从树的末梢节点出发，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。图2-2节点配电网结构图表1系统支路参数支路R（Ω.）X（Ω.）B/2(TK)（S）1~23.3673.6850.02~32.3562.5410.03~41.1451.280.04~54.5245.040.02~60.8561.140.06~72.7452.9650.02~83.7434.2510.08~92.2372.7560.03~104.144.6960.03~111.3281.7630.011~122.4362.8660.04~133.5213.9660.0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10.4002中间节点10.00.03420.03013中间节点10.00.06930.06424中间节点10.00.08450.07635叶节点10.00.02950.02616中间节点10.00.04740.04097叶节点10.00.11760.09578中间节点10.00.09460.08579叶节点10.00.09160.085910叶节点10.00.02710.022911中间节点10.00.06960.064312叶节点10.00.06760.057913叶节点10.00.02980.02422.3主程序清单：[PQ,FT,RX]=case113();%调用数据文件NN=size(PQ,1);%节点数NB=size(FT,1);%支路数数V=PQ(:,1);%V初始电压相量maxd=1k=1whilemaxd>0.0001PQ2=PQ;%每一次迭代各节点的注入有功和无功相同PL=0.0;fori=1:NBkf=FT(i,1);%前推始节点号kt=FT(i,2);%前推终节点号x=(PQ2(kf,2)^2+PQ2(kf,3)^2)/V(kf)/V(kf);%计算沿线电流平方APQ1(i,1)=PQ2(kf,2)+RX(i,1)*x;%计算支路首端有功/MWRX(i,1)~RPQ1(i,2)=PQ2(kf,3)+RX(i,2)*x;%计算沿支路的无功损耗/MvarRX(i,2)~XPQ2(kt,2)=PQ2(kt,2)+PQ1(i,1);%用PQ1去修正支路末端节点的有功P单位MWPQ2(kt,3)=PQ2(kt,3)+PQ1(i,2);%用PQ1去修正支路末端节点的有功Q单位MvarPL=PL+RX(i,1)*x;endangle(1)=0.0;fori=NB:-1:1kf=FT(i,2);%回代始节点号kt=FT(i,1);%回代终节点号dv1=(PQ1(i,1)*RX(i,1)+PQ1(i,2)*RX(i,2))/V(kf);%计算支路电压损耗的纵分量dv1dv2=(PQ1(i,1)*RX(i,2)-PQ1(i,2)*RX(i,1))/V(kf);%计算支路电压损耗的横分量dv2V2(kt)=sqrt((V(kf)-dv1)^2+dv2^2);%计算支路末端电压/kVangle(kt)=angle(kf)+atand(dv2/(V(kf)-dv1));%计算支路endmaxd=abs(V2(2)-V(2));V2(1)=V(1);fori=3:1:NNifabs(V2(i)-V(i))>maxd;maxd=abs(V2(i)-V(i));endendmaxdk=k+1PQ1%潮流分布即支路首端潮流MVAV=V2%节点电压模计算结果kVangle%节点电压角度计算结果单位度PL%网损单位MWendclear2.4输入文件清单：function[PQ,FT,RX]=case113()PQ=[%节点电压有功无功10.40010.00.03420.030110.00.06930.064210.00.08450.076310.00.02950.026110.00.04740.040910.00.11760.095710.00.09460.085710.00.09160.085910.00.02710.022910.00.06960.064310.00.06760.057910.00.02980.0242];FT=[%首端末端10354134431211113766298823221];RX=[%RX4.144.6964.5245.043.5213.9661.1451.282.4362.8661.3281.7632.7452.9650.8561.142.2372.7563.7434.2512.3562.5413.3673.685];2.5计算结果清单：maxd=1k=1maxd=0.1780k=2maxd=0.1787k=3maxd=0.1793k=4maxd=0.1226k=5maxd=0.0010k=6maxd=2.6021e-004k=7maxd=6.1046e-005k=8PQ1=0.02720.02300.02960.02620.02990.02430.14440.12730.06780.05810.13790.12310.11830.09640.16610.13790.09200.08640.18910.17500.38520.34450.81160.7278V=10.40009.87959.69919.66529.63779.84929.78729.73269.68709.67649.65789.62359.6444angle=00.30110.40110.42500.44380.34310.39420.38990.42660.42090.44980.48230.4452PL=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MATLAB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MATLAB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》．华中科技大学出版社.[2]李维波.《MATLAB在电气工程中应用》．中国电力出版社.2007