电力系统稳态课程设计(1)

课程设计(论文)

题目名称潮流计算

课程名称电力系统稳态分析

学生姓名

学号10412010

系、专业电气工程系

指导教师

2013年1月3 日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

年级专业 10电气工程及其自动化

学生姓名

学 号 10412010 题目名称 电力系统潮流计算

设计时间

2013.12.21- 2012.1.3 课程名称

潮流计算课程设计

课程编号

121202306

设计地点

综合仿真实验室

一、课程设计（论文）目的

1.掌握电力系统潮流计算的基本原理；

2.掌握并能熟练运用PSCAD 仿真软件；

3.采用PSCAD 软件，做出系统接线图的潮流计算仿真结果。 二、已知技术参数和条件

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3.04.01j s --=，2.03.02j s --=，4.03=P ，02.13=V ，05.14=V ，

04=θ，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

00001.0=ε。试求：

~1

2

3

4

1

:k 4

4θ∠V 1

1jQ P +2

2jQ P +3

V 3P

图1 简单电力系统

三、任务和要求

1.按学校规定的格式编写设计论文。

2.论文主要内容有：①课题名称。②设计任务和要求。③PSCAD 的应用以及仿真结果。④收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料

何仰赞主编.电力系统分析. 高教出版社出版.第三版.2002年

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

五、进度安排

2012年12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

2012年12月22日-28日：学生熟悉PSCAD软件和建模

2013年1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1月31日-2日：写出报告（A4打印稿）和PPT报告（用于答辩）

2013年1月6日：组织学生答辩

六、教研室审批意见

教研室主任（签字）：年月日七|、主管教学主任意见

主管主任（签字）：年月日八、备注

指导教师（签字）：学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名冯莉学号1041201073

系电气工程及其自动化专业班级10电力二班

题目名称潮流计算课程设计课程名称电力系统分析

一、学生自我总结

通过本次设计，我更好的全面的复习了电力系统两本书，通过认真学习最终解答了课程设计中的题目。在本次设计中，我们还运用了大量的以前没有学过的知识或者没弄得太懂得知识，组员之间激烈讨论，认真看书。每个人的知识都是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益匪浅。无论干什么事都可能遇到这样或那样的问题。有时一个小小的问题需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。此次课程设计中，还发现了很多问题，希望在以后的学习中能弥补不足之处。

学生签名：年月日二、指导教师评定

评分项目平时成绩答辩课程设计内容综合成绩

权重30%30%40%

单项成绩

指导教师评语：

指导教师（签名）：年月日

注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

目录

第1章潮流计算概述及课题 (1)

1.1 潮流计算概述 (1)

1.2课程设计题目 (1)

1.3课题与分析思路 (2)

第2章 PSCAD软件介绍及应用 (3)

2.1 PSCAD简介 (4)

2.2 PSCAD应用 (4)

2.2.1流程图 (4)

2.2.2电气接线图流程图 (4)

2.2.3 输出显示图 (5)

2.2.4仿真波形图 (5)

总结 (9)

参考文献 (10)

1潮流计算简介及课题

1.1 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，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。

1.2 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3.04.01j s --=，2.03.02j s --=，4.03=P ，02.13=V ，

05.14=V ， 04=θ，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00001.0=ε。试求：

~1

2

3

4

1

:k 4

4θ∠V 1

1jQ P +2

2jQ P +3

V 3P

图1 简单电力系统

计算各个母线上的潮流分布。

表1 网络各元件参数的标幺值

支路 电阻 电抗 输电线路

c y 2

1 变压器变比k

1—2 0.02 0.06 0.01 — 1—3 0.01 0.03 0.01 — 2—3 0.03 0.07 — — 2—4 0.0 0.05 — 0.9625 3—4

0.02

0.05

—

—

表2 各节点电压（初值）标幺值参数

1.3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 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。

节点i

1 2 3 4 )0()0()0(i

i i jf e U += 1.00+j0.0

1.0+j0.0

1.0+j0.0

1.05+j0.0

2 PSCAD软件介绍及应用

2.1 PSCAD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(CABLE)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。建议使用的系统至少应具备16MB的内部RAM。安装的PSCAD 软件需占用不到10MB 的磁盘存储空间。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，非线性控制系统研究，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，陡前波分析，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。

2.2 PSCAD应用

2.2.1 流程图

用PSCAD/EMTDC进行仿真的主要流程如图所示

图2.2.1 PSCAD仿真流程

2.2.2电气主接线图

根据PSCAD课程的学习，画出主电气图如图所示：

2.2.3 输出显示图

2.2.4 仿真波形图

图2.2.4.1 总的仿真波形图

图2.2.4.2 节点1处相关波形图

2.

图2.2.4.3节点2处相关波形图

图2.2.4.4 节点3处相关波形图

图2.2.4.5 节点4处相关波形图

总结

在这次的电力系统课程设计中，在老师的帮助及每个组员的共同努力下，我们终于完成了自己的一份比较完整的课程设计。虽然这次课程设计只有短短的两个星期，但在这段时间内，所学习到的知识确是很多的，通过对课程题目的手工计算，使自己对书本中的知识有了更加透彻的理解，熟练地掌握了计算过程中的各个公式，并且运用到计算过程中去。

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。

在设计的过程中，对于之前学习的电力系统的有关知识起到了很好的巩固作用，更是在一定程度上检验我们的学习成果。同时在该次课程设计中，还体现了同学们的团结合作精神和创新精神。

但是基于所学知识、能力和水平所限，在本次潮流计算课程设计过程中可能存在很多疏漏、欠妥和错误之处，希望通过以后更深一步的学习能够纠正这些不妥之处。总的来说，这次的课程设计的研究还是算比较成功的，在这次的设计中，我们都学到了很多在书本上学不到的东西，对于陌生的新知识的学习，也得到了一定程度的练习，希望在以后的学习中能一步步的得到提升。

参考文献：

[1] 何仰赞、温增银.电力系统分析[M]. 华中科技大学出版社2010.3

[2] 西安交通大学等.电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1993.12

[3] 陈衍.电力系统稳态分析[M].北京：水利电力出版社，2004.1

[4] 李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：水利电力出版社，2002.5

[5] 于永源，杨绮雯. 电力系统分析（第二版）[M]. 北京：中国电力出版社，2004.3