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電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)-基于matlab的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算-文庫吧

2025-05-17 23:52 本頁面


【正文】 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種基本電氣計(jì)算。它的任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件和網(wǎng)路結(jié)構(gòu)確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),如各母線上的電壓(幅值及相角)、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)穩(wěn) 定計(jì)算和故障分析的基礎(chǔ)。潮流計(jì)算可以用傳統(tǒng)的手工方式進(jìn)行,也可以計(jì)算機(jī)軟件完成。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。手工方式可用來計(jì)算一些接線較簡單的電力網(wǎng),但若將其用于接線復(fù)雜的電力網(wǎng)則計(jì)算量過大,難于保證計(jì)算準(zhǔn)確性;計(jì)算機(jī)方式從數(shù)學(xué)上看可歸結(jié)為用數(shù)值方法解非線性代數(shù)方程,數(shù)學(xué)邏輯簡單完整,可快速精確地完成計(jì)算,但其缺點(diǎn)是物理概念不明顯,物理規(guī)律被埋沒在循環(huán)往復(fù)的數(shù)值求解過程中,基本原理不太明顯。 潮流計(jì)算簡介 潮流計(jì)算,電力學(xué)名詞,指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、元件參?shù)和發(fā)電、負(fù)荷參量條件下,計(jì)算有功功率、無功功率 及電壓在電力網(wǎng)中的分布。潮流計(jì)算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行條件,確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算。通常給定的運(yùn)行條件有系統(tǒng)中各電源和負(fù)荷點(diǎn)的功率、樞紐點(diǎn)電壓、平衡點(diǎn)的電壓和相位角。待求的運(yùn)行狀態(tài)參量包括電網(wǎng)各母線節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角,以及各支路的功率分布、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等。 潮流計(jì)算的意義及其發(fā)展 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計(jì)算,是對復(fù)雜電力系統(tǒng)正常和故障條件下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算。潮流計(jì)算的目標(biāo)是求取電力系統(tǒng)在給定運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算,即節(jié)點(diǎn)電壓和功率 分布,用以檢查系統(tǒng)各元件是否過負(fù)荷。各點(diǎn)電壓是否滿足要求,功率的分布和分配是否合理以及功率損耗等。對現(xiàn)有的電力系統(tǒng)的運(yùn)行和擴(kuò)建,對新的電力系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)以及對電力系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析都是以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)。潮流計(jì)算結(jié)果可用如電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)研究,安 4 全估計(jì)或最優(yōu)潮流等對潮流計(jì)算的模型和方法有直接影響。實(shí)際電力系統(tǒng)的潮流技術(shù)那主要采用牛頓 — 拉夫遜法。 運(yùn)行方式管理中,潮流是確定電網(wǎng)運(yùn)行方式的基本出發(fā)點(diǎn);在規(guī)劃領(lǐng)域,需要進(jìn)行潮流分析驗(yàn)證規(guī)劃方案的合理性;在實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境,調(diào)度員潮流提供了多個(gè)在預(yù)想操作情況下電網(wǎng)的潮流 分布以及校驗(yàn)運(yùn)行可靠性。在電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的多個(gè)領(lǐng)域問題是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)問題的基礎(chǔ)和前提。 在用數(shù)字見算計(jì)算機(jī)解電力系統(tǒng)潮流問題的開始階段,普遍采取以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法。這個(gè)方法的原理比較簡單,要求的數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)存量比較差下,適應(yīng) 50 年代電子計(jì)算機(jī)制造水平和當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)理論水平,但它的收斂性較差,當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模變大時(shí),迭代次數(shù)急劇上升,在計(jì)算中往往出現(xiàn)迭代不收斂的情況。這就迫使電力系統(tǒng)的計(jì)算人員轉(zhuǎn)向以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法。阻抗法改善了系統(tǒng)潮流計(jì)算問題的收斂性,解決了導(dǎo)納無法求解的一些系統(tǒng)的潮流計(jì)算,在 60 年代獲得了廣泛的應(yīng)用,阻抗法德主要缺點(diǎn)是占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存大,每次迭代的計(jì)算量大。當(dāng)系統(tǒng)不斷擴(kuò)大時(shí),這些缺點(diǎn)就更加突出,為了克服這些缺點(diǎn), 60 年代中期發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的分塊阻抗法。這個(gè)方法把一個(gè)大系統(tǒng)分割為幾個(gè)小的地區(qū)系統(tǒng),在計(jì)算機(jī)內(nèi)只需要存儲(chǔ)各個(gè)地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩陣及它們之間聯(lián)絡(luò)的阻抗,這樣不僅大幅度的節(jié)省了內(nèi)存容量,同時(shí)也提高了計(jì)算速度。 克服阻抗法缺點(diǎn)是另一個(gè)途徑是采用牛頓 拉夫遜法。這是數(shù)學(xué)中解決非線性方程式的典型方法,有較好的收斂性。在解決電力系統(tǒng)潮流計(jì)算問題時(shí),是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的 ,因此,只要我們能在迭代過程中盡可能保持方程式系數(shù)矩陣的稀疏性,就可以大大提高牛頓法潮流程序的效率。自從 60 年代中期,牛頓法中利用了最佳順序消去法以后,牛頓法在收斂性。內(nèi)存要求。速度方面都超過了阻抗法,成為了 60 年代末期以后廣泛采用的優(yōu)秀方法。 3 Matlab 概述 Matlab 簡介 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗 5 環(huán)境 中,為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案,并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言(如C、 Fortran)的編輯模式,代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計(jì)算 方面首屈一指。 MATLAB 可以進(jìn)行 矩陣 運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等,主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與通訊、 圖像處理 、 信號檢測 、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 Matlab 的應(yīng)用 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣,它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似,故用 MATLAB 來解算問題要比用 C, FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多,并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn) ,使 MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對 C, FORTRAN, C++ , JAVA的支持??梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用,此外許多的 MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序,用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。 MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作: 數(shù)值分析 數(shù)值和符號計(jì)算 工程與科學(xué)繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 數(shù)字圖像處理 技術(shù) 數(shù)字信號處理 技術(shù) 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 財(cái)務(wù)與金融工程 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣,包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試和測量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱(單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集)擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境,以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問 題。 6 4 潮流計(jì)算過程 系統(tǒng)圖及參數(shù) 系統(tǒng)圖 圖 1 潮流計(jì)算設(shè)計(jì)圖 各元件參數(shù) 變壓器 T T2: SFL116000/110,( 121177。2﹪) /, ΔPs=110kW, ΔP0=,U0﹪ =, I0﹪ =; 變壓器 T3: SFL18000/110,( 110177。5﹪) /, ΔPs=52kW, ΔP0=, Us﹪ =, I0﹪ =; 變壓器 T4: 2SFL116000/110,( 110177。2﹪) /, ΔPs=62kW, ΔP0=,Us﹪ =, I0﹪ =; 導(dǎo)線型號均為 LGJ150,參數(shù) r0=, x0=, b0=106S/km。 電網(wǎng)潮流計(jì)算思路 ( 1) 計(jì)算各元件參數(shù),畫出等值電路; ( 2) 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算; ( 3) 不滿足供電要求,進(jìn)行調(diào)壓計(jì)算。 潮流計(jì)算過程 各元件參數(shù)計(jì)算 ① 120Km 線路 7 SSlbBlxXlrR46101101101?? ?????????????????? ( 1) ② 100Km 線路 SSlbBlxXlrR46200202202?? ?????????????????? ( 2) ③ 70Km 線路 SSlbBlxXlrR46303303303?? ?????????????????? ( 3) ④ 變壓器 T1, T2 M V AjK V AjSIjPSSUUXXSUPRNNNkTTNNkT)()1001 6 0 0 (100%1 6 0 0 010010100%1 6 0 0 0121110100013232213223223???????????????????????????? ( 4) ⑤ 變壓器 T3 M V AjK V AjSIjPSSUUXSUPRNNNKTNKKT)()100(100%800010010100%80001105210003323233223223??????????????????????????? ( 5) ⑥ 變壓器 T4 K V AjK V AjSIjPSSUUXSUPRNNNKTNNKT)()1001 6 0 0 (100%1 6 0 0 010010100%1 6 0 0 01106210004323243223224??????????????????????????? ( 6) 8 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 繪制等效電路 功率分布計(jì)算 圖 2 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的等效圖 ( 1) 各元件功率損耗 ① 兩臺(tái) T4 變壓器并聯(lián)損耗 M V AjjXRUSSjSSTTNT )()(110)2121(2244224039。0????????????? ( 7)② T3變壓器損耗 MV AjjXRUSS TTNT
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