毕业设计论文---基于pscad的配电网潮流计算

毕业论文---基于pscad的配电网潮流计算 太 原 理 工 大 学 毕业设计(论文)任务书 第1页 毕业设计(论文)题目: 基于PSCAD/EMTDC的配电网稳态潮流分析与仿真 毕业设计(论文)要求及原始数据(资料): 1. 介绍三相潮流计算的背景及其研究的意义，潮流计算对整个电网安全经济运行的重要性。 2. 无功优化问题是一个多变量、多约束的混合非线性规划问题，其操作变量既有连续变量，又有离散变量，使得优化过程十分复杂。研究无功优化的计算机算法，计算机算法有以牛顿法为代的经典非线性算法，以原—对偶法为代表的线性算法，后来出现的以遗传算法、禁忌搜索算法等为代表的人工智能算法，它们各自又各自的优缺点，所应用的环境条件也各不相同，但都是为了一个目标:进行无功优化，进行无功补偿。 3. 用Matlab编制程序，运用等面积法进行无功优化，确定最佳补偿位置和最佳补偿容量，使配电网输电线路上的有功损耗达到最小。 4. 对集中补偿、分散补偿、随器补偿等三种无功补偿进行经济技术评价，得到经济有效的补偿方案。 5. 。。。。。。 i 第2页 毕业设计(论文)主要内容: 1. 无功优化的、措施、目的、经济效益。 2. 无功优化方面国内外研究的进展及无功优化的算法研究，计算机算法主要有经典非线性算法、线性算法以及后来出现人工智能算法等三类，研究它们各自又各自的优缺点，所应用的环境和条件。 3. 研究配电网的网络结构和适用于单电源输电线路的无功优化算，最终选择了等面积法进行程序的编制，因为其算法简单易于编程，结果能达到预期的目标。 4. 介绍了地区配电网的数学模型和等面积法无功优化的原理，了用等面积法的误差范围。 5. 用Matlab编写程序，说明程序流程。 6. 对集中补偿、分散补偿、随器补偿等三种无功补偿措施进行经济技术评价。集中补偿必不可少，分散补偿比较经济，随器补偿效率比较高但其费用昂贵，采用随器补偿和线路高压分散补偿相结合的无功补偿手段是最佳的选择。 学生应交出的设计文件(论文): 1. 论文 一份 2. 程序源代码 一份 3. 外文翻译 一份 ii 第3页 主要参考文献(资料): [1] 靳龙章，丁毓山(电网无功补偿实用技术(第3版(中国水利水电出版社(2001( [2] 文福栓，韩祯祥(基于Tabu搜索方法的输电系统最优规划(电网技术(1997, 21( [3] 张学松，柳悼，于尔铿(基于Tabu方法的配电电容器投切策略(电网技术(1998( [4] 周双喜，杨彬(实现无功优化的新算法一遗传算法(电力系统自动化(2000( [5] 虞忠年，陈星莺，刘昊(电力网电能损耗(中国电力出版社(2000( [6] 石 鹏(几种新型算法在无功优化中运用综述(广东技术师范学院学报(No.4,2003( [7] 许文超，郭伟(电力系统无功优化的模型及算法综述(电力系统及其自动化学 报.2003(5):Vol.15 No.1 [8] 马晋张，L. L. Lai，杨以涵(遗传算法在电力系统无功优化中的应用(中国电机工程 学报(1995( [9] 贾鹏宇(配电网无功优化补偿的探讨(华北电力大学硕士论文(2004( [10]汤建民(电力系统无功补偿综合规划(重庆大学硕士论文(1995( [11]郑霓虹(配电网无功优化方法的研究(重庆大学硕士论文(2002( 专业班级 电气工程及其自动化0 9 0 5班 学生 张敏 要求设计(论文)工作起止日期 2007.3 至 2007.7 指导教师签字 日期 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字 日期 iii 基于PSCAD/EMTDC的配电网稳态潮流分析与仿真 摘 要 在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的损耗也将发生变化。要严格保证所有的用户在任何时刻都有额定的电压是不可能的，因此系统运行中个节点出现电压的偏移是不可避免的。为了保证电力系统的稳定运行，要进行潮流调节。潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手段和重要工作环节，因此潮流计算在电力系统的规划设计、生产运行、调度管理及科学研究中都有着广泛的应用。 随着电力系统及在线应用的发展，计算机网络已经基本完善，为电力系统的潮流计算提供了物质基础。电力系统潮流计算是电力系统分析计算中最基本的内容，也是电力系统运行及设计中必不可少的工具。EMTDC/PSCAD仿真作为一种高效的电力系统仿真分析软件，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。可利用该仿真软件对电力电子电路进行仿真，本文以电力系统分析为基础以电力系统配电网电路为例对其进行仿真分析，从而进一步熟悉配电网潮流计算的基本知识。 关键词:潮流计算， EMTDC/PSCAD仿真, 电力系统 I Analysis and Simulation of the steady state power flow in distribution network based on PSCAD/EMTDC Abstract In the normal operation of the power system, with the change of the mode of operation and system load changes, loss in the network will also change. To ensure strict voltage are rated all users at any time is impossible, so the system is running in a node voltage offset is inevitable. In order to ensure the stable operation of power system, for power flow regulation. Power flow calculation is the realization of power system security and economy of power supply of the necessary and important work segment, so the load flow calculation in power system planning and design, operation, management and scientific research have a wide range of applications. With the development of power system and online application, the computer network has been basically perfect, provides the material basis for the power system load flow calculation. Power flow calculation is the basic content of power system analysis, design and operation of power system is an essential tool. EMTDC/PSCAD simulation for power system simulation is an efficient analysis software, can be a relatively simple simulation of complex power system, including the DC transmission system and its related control system. For simulation of power electronic circuit by using the simulation software, based on the analysis of power system based on the circuit of power system distribution network as an example simulation analysis on the basic knowledge, thus further familiar with the distribution network power flow calculation. Keywords: power flow calculation, EMTDC/PSCAD simulation, power system II 目 录 摘 要........................................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................... 错误～未定义书签。II 第一章 绪论.................................................................................................................................................. 1 1.1 课题背景 ....................................................................................................................................... 1 1.2 潮流计算的意义及发展趋势 ....................................................................................................... 1 1.3 本文的主要研究内容 ............................................................................... 错误～未定义书签。9 第二章 电力系统潮流计算的基本原理 ................................................................ 错误～未定义书签。10 2.1 配电网的数学模型 ................................................................................. 错误～未定义书签。10 2.1.1 电力网络的基本方程式 .............................................................. 错误～未定义书签。10 2.1.2 自导纳和互导纳的确定方法 ...................................................... 错误～未定义书签。11 2.1.3 节点导纳矩阵的性质及意义 ...................................................... 错误～未定义书签。12 2.1.4 等值电路 ...................................................................................... 错误～未定义书签。13 2.2 潮流计算的数学模型 ............................................................................. 错误～未定义书签。13 2.2.1 潮流计算的节点类型 .................................................................. 错误～未定义书签。13 2.2.2 潮流计算的基本方程 .................................................................. 错误～未定义书签。13 2.3 潮流计算的约束条件 ............................................................................. 错误～未定义书签。13 2.4 潮流计算方法 ........................................................................................... 错误～未定义书签。14 2.4.1 牛顿拉夫逊算法 .......................................................................... 错误～未定义书签。14 2.4.2 P-Q分解法 .................................................................................. 错误～未定义书签。15 2.4.2 前推回代法 .................................................................................. 错误～未定义书签。15 2.4.3 算法比较 ...................................................................................... 错误～未定义书签。15 2.5 PSCAD简介 ........................................................................................... 错误～未定义书签。14 2.5.1 PSCAD概述 ................................................................................ 错误～未定义书签。14 2.5.2 PSCAD的基本操作 .................................................................... 错误～未定义书签。15 第三章 前推回代法潮流计算理论分析 .............................................................. 错误～未定义书签。20 3.1 概述......................................................................................................... 错误～未定义书签。20 3.2 前推回代法基本原理 ............................................................................. 错误～未定义书签。22 第四章 基于PSCAD的实例仿真 4.1 潮流计算原始资料参数 ......................................................................... 错误～未定义书签。35 4.2 参数计算及等值电路的绘制 ................................................................. 错误～未定义书签。36 4.2.1 节点设置及分类 .......................................................................... 错误～未定义书签。36 4.2.2 支路参数计算并求解 .................................................................. 错误～未定义书签。37 4.3.3 模型的建立 .................................................................................. 错误～未定义书签。37 4.3 求解方法 ................................................................................................. 错误～未定义书签。41 4.4 前推回代法的求解过程 ......................................................................... 错误～未定义书签。42 4.5 运行PSCAD软件输出结果 .................................................................. 错误～未定义书签。44 4.6 PSCAD仿真结果分析 ........................................................................... 错误～未定义书签。46 总 结.................................................................................................................. 错误～未定义书签。48 参考文献.................................................................................................................. 错误～未定义书签。49 III 致 谢.................................................................................................................. 错误～未定义书签。50 附录.......................................................................................................................... 错误～未定义书签。51 英文原文.................................................................................................................. 错误～未定义书签。58 中文译文.................................................................................................................. 错误～未定义书签。64 IV 第一章 绪论 1.1 课题背景 电力是衡量一个国家经济发展的主要指标，也是反映人民生活水平的重要标志，它已成为现代工农业生产、交通运输以及城乡生活等许多方面不可或缺的能源和动力。电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。 潮流计算是在给定电力系统网络结构、参数和决定系统运行状态的边界条件的情况下确定系统稳态运行状态的一种基本方法，是电力系统规划和运营中不可缺少的一个重要组成部分。可以说，它是电力系统分析中最基本、最重要的计算，是系统安全、经济分析和实时控制与调度的基础。是电力系统研究人员长期研究的一个课题。自PSCAD等计算机软件问世以来，它们强大的矩阵处理功能给电力系统的分析、计算带来许多方便。在处理潮流计算时，其计算机软件的速度已无法满足大电网模拟和实时控制的仿真要求，而高效的潮流问题相关软件的研究已成为大规模电力系统仿真计算的关键。随着计算机技术的不断发展和成熟，对PSCAD潮流计算的研究为快速、详细地解决大电网的计算问题开辟了新思路。 1.2 潮流计算的意义及发展趋势 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，计算电力系统稳态运行各母线电压、各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。 1 潮流计算的意义: (1) 在电网规划前,由电力系统潮流计算,可以合理规划电源容量,并合理规划网架,同时选择无功补偿方案,以满足不同规划水平下的潮流交换控制、调峰、调相、调压等要求 (2) 在运行时,预计负荷增长及新设备投运,选择不同的潮流计算,以发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对相关部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。 (3) 正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。 (4) 预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。 总结为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，则采用在线潮流计算。 国内外发展趋势: 潮流算法多种多样, 但一般要满足四个基本要求: 可靠收敛 ,计算速度快 ,使用方便灵活 ,内存占用量少。它们也是对潮流算法进行评价的主要依据。 近年来，大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。 经过三十多年的发展 ,潮流算法已比较成熟 ,但是 ,仍存在不少尚待解决的问题 ,例如各种牛顿法潮流算法 ,对于某些条件可能导致不收敛, 潮流计算的多解现象及其机理在重负荷情况下 ,邻近多根与电压不稳定问题的关联。由于最优潮流能够把系统的安全性和经济性融为一体 ,并能够提供用于提高系统安全经济性能的决策依据 ,将成为现代能量管理系统的核心应用软件之一。 2 当前无论在实践上还是在理论上 ,均有许多间题需待解决 ,特别是如何快速求解成千上万个变量的大规模非线性规划问题。近几年，对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，牛顿拉夫逊法，由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法。后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法。 利用电子计算机进行潮流计算从20世纪50年代中期就已经开始。此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。随着电力系统的发展和不断扩大，计算机在潮流计算中得到充分利用。而随着计算机软件技术的日趋成熟与完善，以其强大的矩阵处理功能给电力系统的分析，带来极大的方便。 1.3 本文的主要研究内容 1( 潮流计算的意义及常用的计算方法. 2( 了解节点导纳矩阵的由来，掌握元素的物理意义和计算方法，节点导纳矩阵的特点，以及它的应用. 3( 主要研究前推回代法的原理及特点. 4( 前推回代法在电力系统潮流计算中的应用. 5( 潮流计算在PSCAD中实现的方法. 6( 利用PSCAD软件进行潮流计算仿真的分析. 3 第二章 电力系统潮流计算的基本原理 4