电力系统分析稳态部分第十一章_电力系统潮流计算
电力系统稳态分析电力系统潮流分析与计算
适应短时负荷波动以及一天中的计划外负荷的增加。 负荷备用容量一般取3～5%的系统最大负荷； 担任负荷备用的水电厂，装机容量不得小于15%的Pmax。
2）事故备用
防止由于部分机组发生偶然性事故退出运行而影响供电。 其容量大小与系统总容量的大小，发电机台数的多少、单机容
连接容量：频率和电压等于额定值时，接在电网上的用电设备的 实际容量。
连接容量改变时，静态特性曲线将上下平移。
连接容量不变时，f↓，P↓，从而限制了频率进一步恶化。一般 f↓1%，P↓1～3%。
2、发电机组的功率—频率静特性
发电机所带负荷变化时，发电机的转速就要发生变化， 为此要保证系统频率在允许的范围内，需要进行频率 调整。
Pd
0Pde
1Pde
(
f fe
)
2
Pde
(
f fe
)
2
பைடு நூலகம்
3
Pde
(
f fe
)3
...
负荷分类：
1）与频率变化无关的负荷，如照明、电炉、整流负荷等；
2）与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵等；
3）与频率高次方成正比的负荷，如带鼓风机或离心式水泵的电动 机等。
由于第二类负荷在系统中占大多数，因此综合负荷的功率静特 性接近一条直线，称为电力系统综合负荷的频率静态特性曲线。
∑PG＝∑PL＋∑ΔP＋∑ΔPG
∑PG-----所有发电机发出的有功功率总和；
∑PL----所有负荷的有功功率总和；
∑ΔP---电力网所损耗的有功功率总和；
∑ΔPG---各电厂厂用电所需的有功功率总和。
结论：系统的有功平衡与频率密切相关，有功不能平 衡时，频率必然发生变化。
电力系统课程设计潮流计算
电力系统课程设计潮流计算潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。
对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。
潮流计算是电力系统分析最基本的计算。
除它自身的重要作用之外，潮流计算还是网损计算、静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰静态稳定计算、短路计算、静态和动态等值计算的基础。
实际电力系统的潮流计算主要采用牛顿-拉夫逊法。
按电压的不同表示方法，牛顿-拉夫逊潮流计算分为直角坐标形式和极坐标形式两种。
本次计算采用直角坐标形式下的牛顿-拉夫逊法，牛顿-拉夫逊法有很好的收敛性，但要求有合适的初值。
传统的潮流计算程序缺乏图形用户界面，结果显示不直接难与其他分析功能集成。
网络原始数据输入工作大量且易于出错。
本文采用MATLAB 语言运行WINDOWS操作系统的潮流计算软件。
目前MATLAB已成为国际控制界最流行、使用最广泛的语言了。
它的强大的矩阵处理功能给电力系统的分析、计算带来很多方便，而且采用MATLAB界面直观，运行稳定，计算准确。
所以本次课程设计程序设计采用MATLAB计算。
1.1.2设计要求1.程序源代码；2.给定题目的输入，输出文件；3.程序说明；4.给定系统的程序计算过程；5.给定系统的手算过程（至少迭代2次）。
1.2设计题目电力系统潮流计算（牛顿-拉夫逊法、P-Q分解法）1.3设计内容1.根据电力系统网络推导电力网络数学模型，写出节点导纳矩阵；2.赋予各节点电压变量（直角坐标系形式）初值后，求解不平衡量；3.形成雅可比矩阵；4.求解修正量后，重新修改初值，从2开始重新循环计算；5.求解的电压变量达到所要求的精度时，再计算各支路功率分布、功率损耗和平衡节点功率；6.上机编程调试；7.计算分析给定系统潮流分析并与手工计算结果做比较分析；8.书写课程设计说明书。
潮流计算
P2 Q2 PT RT V12GT V2 P2 Q2 QT X T V12 BT V2
T arctg
VT
V1－VT
S1＝S2 P T jQT
2014-8-23
电力系统分析 第十一章 电力系统的潮流计算
14
三 、实际计算
1.
已知末端功率与电压，求另一端功率和电压
Sb S2 S1
1 Q11 P 1 SL1 ( R1 jX1) 2 VN
I 2
jB/2
线路
2 2 P ' ' Q ' ' S L＝PL jQL I 2 ( R jX ) ( R jX ) 2 V2 P'2 Q'2 S L ( R jX ) 2 V1
1 电容 QB1 BV12 2 1 QB 2 BV22 2
A V 2
RI
图10-2 向量图
jXI
D
ΔV2(AD)——电压降落的纵分量 δV2(DB)——电压降落的横分量
I
2014-8-23
电力系统分析 第十一章 电力系统的潮流计算
5
V 1
δ φ2
B
D
V2 RI cos2 XI sin 2
A V 2
RI
jXI
V2 XI cos2 RI sin 2
1
δ
V 2
A
D
G
AG≈AD
电压偏移：网络中某点的实际电压同该处的额定电压之 差称为电压偏移 V V
V (%)
N
VN
*100
2014-8-23
电力系统分析 第十一章 电力系统的潮流计算
电力系统三种潮流计算方法的比较
电力系统三种潮流计算方法的比较电力系统潮流计算是电力系统分析和运行控制中最重要的问题之一、它通过计算各节点电压和各支路电流的数值来确定电力系统各个节点和支路上的电力变量。
常见的潮流计算方法有直流潮流计算方法、高斯-赛德尔迭代法和牛顿-拉夫逊迭代法。
以下将对这三种方法进行比较。
首先，直流潮流计算方法是最简单和最快速的计算方法之一、它假设整个系统中的负载功率都是直流的，忽略了交流电力系统中的复杂性。
直流潮流计算方法非常适用于传输和配电系统，尤其是对于稳定的系统，其结果比较准确。
然而，该方法忽略了交流电力系统中的变压器的磁耦合和饱和效应，可能会导致对系统状态误判。
因此，直流潮流计算方法的适用范围有限。
其次，高斯-赛德尔迭代法是一种迭代方法，通过反复迭代计算来逼近系统的潮流分布。
该方法首先进行高斯潮流计算，然后根据计算结果更新节点电压，并再次进行计算，直到收敛为止。
高斯-赛德尔迭代法考虑了变压器的复杂性，计算结果比直流潮流计算方法更准确。
然而，该方法可能发生收敛问题，尤其是在系统变压器的串联较多或系统中存在不良条件时。
此外，该方法的计算速度较慢，尤其是对于大型电力系统而言。
最后，牛顿-拉夫逊迭代法是一种基于牛顿法的迭代方法，用于解决非线性潮流计算问题。
该方法通过线性化系统等式并迭代求解来逼近系统的潮流分布。
与高斯-赛德尔迭代法相比，牛顿-拉夫逊迭代法收敛速度更快，所需迭代次数更少。
此外，该方法可以处理系统中的不平衡和非线性元件，计算结果更准确。
然而，牛顿-拉夫逊迭代法需要建立和解算雅可比矩阵，计算量相对较大。
综上所述，电力系统潮流计算方法根据应用需求和系统特点选择合适的方法。
直流潮流计算方法适用于稳定的系统，计算简单、快速，但适用范围有限。
高斯-赛德尔迭代法适用于一般的交流电力系统，考虑了变压器复杂性，但可能存在收敛问题和计算速度较慢的缺点。
牛顿-拉夫逊迭代法适用于复杂的非线性系统，收敛速度快且计算结果准确，但需要较大的计算量。
电力系统潮流计算计算计算法
电力系统潮流计算算法设计及实现潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。
建模是用数学的方法建立的数学模型，但它严格依赖于物理系统。
根据电力系统的实际运行条件，按给定的变量不同，一般将节点分为PQ节点，PV节点，平衡节点三种类型。
当这三个节点与潮流计算的约束条件结合起来时，便是潮流计算的数学模型。
PQ节点：有功功率P和无功功率Q是已知的，节点电压（V，δ）是待求量。
通常变电所都是这一类型的节点。
PV节点：有功功率P和电压复制V是已知的，节点的无功功率Q和电压相位δ是待求量。
一般选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为PV节点。
平衡节点：在潮流分布算出之前，网络中的功率损失是未知的，所以，网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定，这个节点承担了系统的有功功率平衡，所以称为平衡节点。
一般选择主调频发电厂为平衡节点。
潮流计算的约束条件是：1、所有的节点电压必须满足：这一约束主要是对PQ节点而言。
2、2、所有电源节点的有功功率和无功功率必须满足：对平衡节点的P和Q以及PV节点的Q按以上条件进行检验。
3、某些节点之间电压的相位差应满足：稳定运行的一个重要条件。
功率方程的非线性雅可比矩阵的特点：●各元素是各节点电压的函数●不是对称矩阵●因为Y =0，所以H =N =J =L =0，另R =S =0，故稀疏两种常见的求解非线性方程的方法：1）高斯-赛德尔迭代法；2）牛顿-拉夫逊迭代法。
高斯-赛德尔迭代法潮流计算1、方程表示：①用高斯-赛德尔计算电力系统潮流首先要将功率方程改写成能收敛的迭代形式；②Q：设系统有n个节点，其中m个PQ节点，n-(m+1)个是PV节点，一个平衡节点,平衡节点不参加迭代；③功率方程改写成:2、求解的步骤：1)上述迭代公式假设n个节点全部为PQ节点。
2)始终等号右边采用第k次迭代结果，当j<i时，采用经(k+1)次迭代后的值，当j>i时，采用第k次迭代结果。
电力系统中的潮流计算与稳定分析
电力系统中的潮流计算与稳定分析潮流计算与稳定分析是电力系统中重要的技术手段，用于预测和评估电力系统的运行状态和稳定性。
本文将从潮流计算和稳定分析的基本概念、方法和工程应用等方面进行探讨。
一、潮流计算潮流计算是电力系统中对电压、电流、功率等变量进行分析和计算的过程。
其目的是求解电网中的电压和功率分布，以评估系统的稳定性、计算线路功率损耗、定位设备故障并提供临界信息等。
潮流计算的结果可用于电力系统的规划、设计和运行管理等方面。
潮流计算的基本思想是基于节点法和分支法建立电力系统的节点电压与功率平衡方程。
通过构造节点电压相位差和功率平衡方程组，利用牛顿-拉夫逊法、高尔顿法等迭代计算方法，求解节点电压和功率未知量。
潮流计算的关键是确定等值负荷、节点类型、线路参数、发电机数据和变压器等参数。
潮流计算在电力系统规划中的应用非常重要。
通过潮流计算，可以评估系统的稳定性和可靠性，确定线路容量和电压降、决策最优的网络配置、分析运行状态和故障查找、以及进行负荷预测和管理等。
二、稳定分析稳定分析是对电力系统中的电压、电流和功率等参数进行分析和评估，以判断系统在外部扰动或负荷变化下的稳定性。
稳定分析的主要目的是查找系统中存在的潜在问题，并提出相关措施来确保系统的稳定工作。
稳定分析主要包括动态稳定分析和静态稳定分析。
动态稳定分析主要研究系统在负荷扰动、短路故障或设备故障等异常情况下的稳定性。
通过建立系统的等值模型，利用数值方法进行仿真和分析，得到系统的过渡过程和稳定状态的参数。
静态稳定分析主要研究系统在负荷变化、电压偏差或设备调整等正常情况下的稳定性。
通过潮流计算等方法，评估系统的电压稳定裕度、功率裕度和负荷响应等指标。
稳定分析在电力系统的运行和规划中起着重要的作用。
通过稳定分析，可以预测系统的稳定界限和临界条件，确定并改进控制策略，提高系统的稳定性和响应速度，降低发生事故的概率和风险，并进行设备选型和容量决策等。
三、工程应用潮流计算和稳定分析在电力系统工程中有着广泛的应用。
简单电力系统分析潮流计算
简单电力系统分析潮流计算电力系统潮流计算是电力系统分析中的一项重要任务。
其目的是通过计算各个节点的电压、电流、有功功率、无功功率等参数，来确定系统中各个元件的运行状态和互相之间的相互影响。
本文将介绍电力系统潮流计算的基本原理、计算方法以及应用。
潮流计算的基本原理是基于电力系统的节点电压和支路功率之间的网络方程。
通过对节点电压进行迭代计算，直到满足所有支路功率平衡方程为止，得到系统的运行状态。
潮流计算的基本问题可以表示为以下方程组：P_i = V_i * (G_i * cos(θ_i - θ_j ) + B_i * sin(θ_i -θ_j )) - V_j * (G_i * cos(θ_i - θ_j ) - B_i * sin(θ_i -θ_j )) (1)Q_i = V_i * (G_i * sin(θ_i - θ_j ) - B_i * cos(θ_i -θ_j )) - V_j * (G_i * sin(θ_i - θ_j ) + B_i * cos(θ_i -θ_j )) (2)其中，P_i为节点i的有功功率注入；Q_i为节点i的无功功率注入；V_i和θ_i分别为节点i的电压幅值和相角；V_j和θ_j分别为节点j的电压幅值和相角；G_i和B_i分别为支路i的导纳的实部和虚部。
对于一个电力系统，如果知道了节点注入功率和线路的导纳，就可以通过潮流计算求解出各节点的电压和功率。
这是一种不断迭代的过程，直到系统达到平衡状态。
潮流计算的方法有多种，常见的有高斯-赛德尔迭代法、牛顿-拉夫逊迭代法等。
其中，高斯-赛德尔迭代法是最常用的一种方法。
高斯-赛德尔迭代法的思想是从已知节点开始，逐步更新其他节点的电压值，直到所有节点的电压值收敛为止。
具体步骤如下：1.初始化所有节点电压的初始值；2.根据已知节点的注入功率和节点电压，计算其他节点的电压值；3.判断节点电压是否收敛，如果收敛则结束计算，否则继续迭代；4.更新未收敛节点的电压值，返回步骤2高斯-赛德尔迭代法的优点是简单有效，但其收敛速度较慢。
电力系统潮流计算
电力系统潮流计算电力系统的潮流分布是描述电力系统运行状态的技术术语，它表明电力系统在某一确定的运行方式和接线方式下，系统从电源到负荷各点的电压以及功率分布情况。
对电力系统在各种运行方式下进行潮流计算，可以让我们全面、准确地掌握电力系统中各元件的运行状态，正确地选择电气设备和导线截面，确定合理的供电方案，合理地调整负荷。
通过潮流计算，还可以发现系统中的薄弱环节，检查设备、元件是否过负荷，各节点电压是否满足供电要求，从中发现问题，提出必要的改进措施，实施相应的调压措施、调频措施，保证电力系统运行时各点维持正常的电压水平，保证电力系统运行时频率，并使整个电力系统获得最大的经济性。
一、 电力网元件的电压降落、电压损耗和电压偏移当电力网传输功率时，电流将流过网络元件，由于元件阻抗的存在，会使元件首末两端的电压发生变化。
电压变化程度是衡量电能质量的重要指标之一，所以研究电力网的电压变化规律是很必要的。
1. 电压降落元件首末两端电压的相量差即该元件的电压降落，用ph U ∆表示。
为了分析问题简便起见，我们以集中参数的等值电路来代表电力网元件，并暂时不考虑导纳的影响，网络传输功率的无功为感性，这时元件的等值电路和相量图如图1所示。
U 2U 1S 2S Ij X(a)(b)2ϕphI U 1ph U a2ph U ∆2phδU 图1 集中参数元件的等值电路和相量图（a ）等值电路；(b)相量图由图1(b)的相量图中可知，元件首末两端的相量差存在下列关系 1p h 2p hp h p h d (j )U UU I R X-==+ （1） 它实质上就是电流在元件阻抗上的压降，相量图中的三角形abc 就是阻抗压降三角形，ac 边为总的电压降落，ab 边为电阻压降（或电压降落的有功分量），bc 边为电抗压降（或电压降落的无功分量）。
但是，在进行电网潮流计算时，常采取另一种方法来将电压降落相量加以分解，即取ph d U 在参考相量1phU （或2ph U ）方向上的投影称为电压降落的纵向分量1ph U ∆（或2ph U ∆），而取ph d U 在与参考相量1ph U （或2ph U ）垂直方向上的投影称为电压降落的横向分量1phδU（或2ph δU ）。