电力系统潮流计算1-概念方程及计算方法(1)
第四章 电力系统潮流计算
第四章 电力系统潮流分析与计算电力系统潮流计算是电力系统稳态运行分析与控制的基础，同时也是安全性分析、稳定性分析电磁暂态分析的基础（稳定性分析和电磁暂态分析需要首先计算初始状态，而初始状态需要进行潮流计算）。
其根本任务是根据给定的运行参数，例如节点的注入功率，计算电网各个节点的电压、相角以及各个支路的有功功率和无功功率的分布及损耗。
潮流计算的本质是求解节点功率方程，系统的节点功率方程是节点电压方程乘以节点电压构成的。
要想计算各个支路的功率潮流，首先根据节点的注入功率计算节点电压，即求解节点功率方程。
节点功率方程是一组高维的非线性代数方程，需要借助数字迭代的计算方法来完成。
简单辐射型网络和环形网络的潮流估算是以单支路的潮流计算为基础的.本章主要介绍电力系统的节点功率方程的形成，潮流计算的数值计算方法,包括高斯迭代法、牛顿拉夫逊法以及PQ 解藕法等。
介绍单电源辐射型网络和双端电源环形网络的潮流估算方法.4—1 潮流计算方程——节点功率方程1。
支路潮流所谓潮流计算就是计算电力系统的功率在各个支路的分布、各个支路的功率损耗以及各个节点的电压和各个支路的电压损耗.由于电力系统可以用等值电路来模拟，从本质上说,电力系统的潮流计算首先是根据各个节点的注入功率求解电力系统各个节点的电压，当各个节点的电压相量已知时，就很容易计算出各个支路的功率损耗和功率分布.假设支路的两个节点分别为k 和l ，支路导纳为kl y ,两个节点的电压已知，分别为kV 和l V ，如图4—1所示。
图4-1 支路功率及其分布那么从节点k 流向节点l 的复功率为（变量上面的“－”表示复共扼）:)]([lk kl k kl k kl V V y V I V S -== （4—1） 从节点l 流向节点k 的复功率为:)]([kl kl l lk l lk V V y V I V S -== （4—2） 功率损耗为：2)()(klkl l k kl l k lk kl kl V y V V y V V S S S ∆=--=+=∆ （4—3)因此，潮流计算的第一步是求解节点的电压和相位,根据电路理论，可以采用节点导纳方程求解各个节点的电压。
电力系统的潮流计算
Z T 1 Z T 2
*
ST1
ZT2SLD
*
*
Scir
ZT1ZT2
*
ST2
ZT1SLD
*
*
Scir
ZT1ZT2
E V A 1 V A 2 V A ( k 1 k 2 )——环路电势 V N H —— 高压侧额定电压
S cir
变比不同的变压器并联运行 时的功率分布
环路电势可由环路的开口电压确定。
Q P L 1 2 V Q 2 1 R 1 2 ( Q b V Q 2 c Q 1 ) R 2 2 ( Q V 1 2 Q b ) R 3 0
得到经济 功率分布:
P 1ecP b(R R 1 2 R R 2 3) R P 3cR 2
简单环网的功率分布
Q 1ecQ b(R R 1 2 R R 2 3) R Q 3cR 2
３．电源初步功率分布方程的一般形式
k*
Sa1i1* ZiSi (V *a * V *b)V NSa1,L DScir
Z
Z
k*
Sbki 1* ZiSi (V *b * V *a)V NSbk,L DScir
Z
Z
沿线有多个负荷的两端供电网络
对于均一网络〔各线段单位长度的阻抗值都相等或各线段的R/X相等〕有：
k*
k
k
k
SiZ0li
Sili
P ili
Q ili
Sa1i 1* Z0l
i 1 l
i 1 l
ji 1 l
k
k
k
Sili
Pili
Qili
Sbk
i1 l
i1 l
ji1 l
结论：在均一电力网中有功功率和无功功率的分布彼此无关。
电力系统的潮流计算
第11章 电力系统的潮流计算§11.0 概述§11.1 开式网络的电压和功率分布计算 §11.2 闭式网络潮流的近似计算方法 §11.3 潮流计算的数学模型 §11.4 牛顿一拉夫逊法的潮流计算 §11.5 P-Q 分解法潮流§11.0 概述1、定义：根据给定的运行条件求取给定运行条件下的节点电压和功率分布。
2、意义：电力系统分析计算中最基本的一种：规划、扩建、运行方式安排。
3、所需： ① 根据系统状态得到已知条件：网络、负荷、发电机。
② 电路理论：节点电流平衡方程。
③ 非线性方程组的列写和求解。
4、已知条件： ① 负荷功率LD LD jQ P +② 发电机电压5、历史：手工计算：近似方法（§11.1，§11.2）计算机求解：严格方法§11.1 开式网络的电压和功率分布计算注重概念，计算机发展和电力系统复杂化以前的方法。
1、已知末端功率和未端电压， 见1.11Fig 解说：已知4V 和各点功率434343V X Q R P V +=∆3V 2V 1V 4V11R jx +2R jx +3R jx +23S 4S434343V R Q X P V -=δ34232343)(V V V V V V ∆+≈+∆+=δ)(332424243jX R V Q P S LOSS ++=4333S S S S LOSS ++='由此可见：利用上节的单线路计算公式，从末端开始逐级往上推算。
2、已知末端功率和首端电压以图11.1讲解，已知V 1和各点功率迭代法求解：① 假定末端为额定电压，按上小节方法求得始端功率及全网功率分布 ② 用求得的始端功率和已知的始端电压，计算线路末端电压和全网功率分布 ③ 用第二步求得的末端电压重复第一步计算④ 精度判断：如果各线路功率和节点电压与前一次计算小于允许误差，则停止计算，反之，返回第2步重复计算。
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。
《电力系统潮流计算》PPT课件
＜ •
•
Ma |Uxi(K1)UiK|
其中K为迭代次数.
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三.说明
(1)平衡节点不参加迭代.
(2)PV节点的处理:在迭代中需增加一个判断
如碰到PV节点,每一次迭代出来的电压始终保持幅值为常
量,相位为变量 •
• n *•
UiU i s i(K1),Q iIm Ui( yiU j j)
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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(1)节点间相位差很大的重负荷系统 (2)包含有负电抗支路(如某些三绕组变压器或线路串联电容
等)的系统. (3)具有较长的辐射性线路的系统. (4)长线路与短线路接在同一节点上,而且长短线路的比值又
很大的系统. 此外,平衡节点的不同选择也会影响到收敛性能.一般取
•
Ui 10o
整理ppt
f
x1
f 1(Χ )
f Χ
f x2
f
(梯 度 ), F (Χ)
f
2
(
Χ
)
f
fn( Χ )
xn
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12
f 1 f 1
f
T 1
x1
x2
F
f
T 2
f 2 x1
f 2 x2
fnT
fn
fn
x1 x2
f 1
xn
f 2 xn
fi xj
j1
高斯－赛德尓迭代的算法的计算性能和特点
优点:原理简单,程序设计容易占用内存少.每次计算量也很 少,一般电力系统每个节点平均和2～4个节点相连,相应导 纳矩阵具有对称性和高度稀疏性.
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缺点:收敛速度很慢.根据迭代公式,各节点在数学上是 松散耦合的,每次迭代,每个节电电压值只能影响与之 相关的几个节点,所以收敛速度很慢.且,算法所需迭代 次数和节点数目有密切关系,将随其数目的增加而急剧 增加.此算法另外一个重要限制是对于如下的病态条件 的系统,往往会收敛困难.
电力系统潮流计算
电力系统潮流计算电力系统潮流计算是电力系统运行分析中的重要环节。
它通过对电力系统中各节点的电压、相角以及功率等参数进行计算和分析，从而得出电力系统的稳态运行状态。
本文将从潮流计算的基本原理、计算方法、应用及其发展等方面进行阐述。
一、潮流计算的基本原理电力系统潮流计算的基本原理是基于潮流方程建立的。
潮流方程是一组非线性的方程，描述了电力系统中各节点的电压、相角以及功率之间的关系。
潮流计算的目的就是求解这组非线性方程，以确定电力系统的电压幅值、相角及有功、无功功率的分布情况。
二、潮流计算的基本方法潮流计算的基本方法主要有直接法、迭代法以及牛顿-拉夫逊法。
直接法是通过直接求解潮流方程得到电力系统的潮流状况，但对于大规模复杂的电力系统来说，直接法计算复杂度高。
迭代法是通过对电力系统的节点逐个进行迭代计算，直到满足预设的收敛条件。
牛顿-拉夫逊法是一种较为高效的迭代法，它通过近似潮流方程的雅可比矩阵，实现了计算的高效和稳定。
三、潮流计算的应用潮流计算在电力系统运行与规划中起着重要作用。
首先，潮流计算可以用于电力系统的稳态分析，确定电力系统在各种工况下的电压、相角等参数，以判断电力系统是否存在潮流拥挤、电压失调等问题。
其次，潮流计算还可以用于电力系统的优化调度，通过调整电力系统的发电机出力、负荷组织等参数，以改善电力系统的经济性和可靠性。
此外，潮流计算还可以用于电力系统规划，通过对电力系统进行潮流计算，可以为新建电源、输电线路以及变电站等设备的规划和选择提供科学依据。
四、潮流计算的发展随着电力系统的规模不断扩大和复杂度的提高，潮流计算技术也得到了迅速的发展。
传统的潮流计算方法在计算效率和计算精度上存在一定的局限性。
因此，近年来研究者提出了基于改进的迭代方法、高精度的求解算法以及并行计算等技术，以提高潮流计算的速度和准确性。
此外，随着可再生能源的不断融入电力系统，潮流计算还需要考虑多种能源的互联互通问题，这对潮流计算提出了新的挑战，需要进一步的研究和改进。
第3章 电力系统的潮流计算
= =
P′2 + Q′2 V12
P′2 + Q′2 V12
R X
(2) 并联支路功率损耗 ΔSB
ΔS B1
=
−
jΔQB1
=
−
j
1 2
BV12
ΔS B2
=
− jΔQB2
=
−j
1 2
BV22
2
(3) 功率关系 S ′′ = S2 + ΔS B2 S ′ = S ′′ + ΔSL S1 = S ′ + ΔS B1 = S2 + ΔS B1 + ΔS B2 + ΔS L
●
●
110kV
●
●
3地区变电所
10kV
●
●
4终端变电所
110kV ● ● ● 220kV
2中间变电所
●
●
35kV
●
水电厂
电气接线图
火电厂
3.1 网络元件的电压降落和功率损耗
3.1.1 网络元件的电压降落 1. 电压降落的概念:
元件首末两端电压的相量差。
由图可知电压降落: dV = V1 − V2 = (R + jX )I
开就得到两个实数方程，n个节点共2 n个方程每个方
程包含4个变量： Pi、 Qi、Vi、δi，全系统共4 n个变
量。
4
所以，每个节点必须给定2个变量，留下两个待求 变量，根据电力系统的实际运行条件，按给定变量的 不同，一般将节点分为以下三类：
PQ节点、PV节点、平衡节点 (1)PQ节点
这类节点的P和Q给定，节点电压(Vδ)是待求 量一般包括：负荷节点、联络节点、固定出力的发 电机(厂)节点，
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。
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负荷由需求决定，一般不可控，PQ节点
发电机节点
发电机励磁控制电压不变，PV给定，PV节点
考虑系统网损
电压、相角给定，平衡节点
9
从节点功率平衡方程到潮流 方程——节点类型的划分
一个N个节点的电力网络，若选第N个节点为 平衡节点，则剩下n（n=N-1）中有r个节点是 PV节点，则PQ节点个数为n-r个。
则有
Yn L + D + U
Vn = D-1(In - YsVs - LVn - UVn )
V (k1) i
1 Yii
Sˆi
Vˆi(k )
YisVs
i 1
YijV
( j
k
)
j 1
n
YijV
( j
k
)
j i 1
i 1, 2, , n
17
高斯法的讨论
高斯法可分为基于节点导纳阵的高斯法和基于 阻抗阵的高斯法两种
高斯法的改进 高斯-赛德尔法 高斯法的PV节点处理较为困难
具体可参见 Kusic G L. Computer-aided power systems
analysis. Prentice Hall, 1986
18
牛顿-拉夫逊法潮流计算
牛顿法的历史 牛顿法基本原理
对于非线性方程 f (x) 0
14
以Gauss法为基础的潮流方 程解法
待求方程 f (x) 0
x (x)
高斯迭代法 x(0) x0
x(k 1) (x(k ) )
当矩阵的谱半径小于1时收敛，谱半径越小 ，收敛性越好
(x*) (x)
xT xx*
15
以如下非线性方程为例进行 说明
f (x) x2 2x 1 0
电力网络
节点导纳阵（Y）
负荷
恒功率模型（PQ节点） P=const，Q=const
5
潮流计算数学模型 节点功率平衡方程
电力网络—电路网络
节点电压方程
YU I
节点功率平衡方程： S UIˆ
问题：公式里的电压和电流分别是 什么电压和电流？
将其代入可得： Sˆ UˆYU
即： Pi jQi Uˆi (Gij jBij )U j i 1, 2, N ji
写成gauss法形式为？
如果取初值为 x(0) 0.5
X(1)=0.75 X(2)=0.8125 X(3)=0.84765625 … X(100)= 0.9906925
16
基于节点导纳矩阵的高斯迭 代法（P176）
Yn YsT
Ys Yss
Vn Vs
IIns
令 YnVn In YsVs
如何进行潮流计算？
2
潮流计算发展简史
史前时代
手算、交流模拟台
50年代Y矩阵法（Gauss迭代法）
内存需求量小，收敛性差；
60年代初Z矩阵法
收敛性好，内存占用大；
60年代Newton－Raphson法；
Tinney稀疏矩阵技术、节点优化编号；
1974年B Stott 提出快速分解法（Fast Decoupled Load Flow）；
Vn2
r
1
Vn2
11
直角坐标下潮流方程
Pi PiSP (eiai fibi ) 0
Qi QiSP ( fiai eibi ) 0
U
2 i
(U
SP i
)2
(ei2
fi2 )
0
直角坐标潮流方程的已知量和待求量？
12
极坐标潮流方程
Pi
Ui
U j (Gij
ji
cosij
Bij
ai
(Gije j Bij f j )
ji
bi (Gij f j Bijej )
ji
QPii
ei ai fi ai
fibi eibi
i 1, 2, N i 1, 2, N
7
极坐标功率平衡方程
如果将节点电压用极坐标表示，即令 Ui Uii 则有：
Pi jQi Ui i (Gij jBij )U j j ji =Ui (Gij jBij )(cosij j sinij ) i 1, 2, N ji
Pi
Ui
U j (Gij
ji
cosij
Bij
sin Bij )
i 1, 2,
N
Qi Ui
U j (Gij sinij Bij cos Bij )
i 1, 2,
N
ji
8
从节点功率平衡方程到潮流 方程——节点类型的划分
对于电力系统来讲，每个节点有四个运行变量 （电压×2，功率×2），两个功率平衡方程 （有功、无功）
已知量为：平衡节点的电压；除平衡节点外所 有节点的有功注入量；PQ节点的无功注入量 ；PV节点的电压辐值
直角坐标下和极坐标下有不同的处理方法
10
直角坐标下潮流方程
直角坐标下待求变量
e1
x
en f1
fn
直角坐标下功率方程
P1
Pn Q1
f (x)
Qnr
所有节点的功率平衡方程
问题：公式里的功率是什么功率？
6
直角坐标功率平衡方程
如果将节点电压用直角坐标表示，即令 Ui ei jfi 则有：
Pi jQi (ei jfi ) (Gij jBij )(ej jf j ) ji
(ei jfi )(ai jbi ) i 1, 2, N
电力系统潮流计算（1） 概念、方程及算法
手机： Email: sunyy@ 办公室：教五 C204
1
问题
什么是潮流计算？
什么是潮流？ 什么是计算？
为什么要进行潮流计算？
原因：电力系统状态不可直接测量 潮流计算结果和电力系统运行状态之间关系 电力系统运行状态有什么用？
sinij )
Qi Ui
U j (Gij sinij Bij cosij )
ji
极坐标潮流方程的已知量和待求量？
13
潮流方程的解法
潮流方程是一组高维非线性方程组 所有能用于求解非线性方程组的方法都可以用
于求解潮流方程
Gauss法（简单迭代法） Newton法（包括其变形算法） 割线法 拟牛顿法 ……
3
简单电力系统等值电路（实例）
发电机
G
升压变压器
T1
输电线路
L1
降压变压器
T2
配电线路
L2
降压变压器
T3
负荷
K1ZT1
ZL1
K2ZT2
ZL2
K3ZT3 PD+jQD
G
Z110
Z120
YL1/2
YL1/2
Z210
Z220
YL2/2
YL2/2
Z310
Z320
4
电力系统稳态数学模型
发电机
出力可调，机端电压可控：PV或平衡节点 P=const、U=const P=const、Q=const