【文章內容簡介】 頁 4) 然后適當調整發(fā)電機在圖中的位置和大小，則發(fā)電機添加完畢，如圖 所示。 圖 發(fā)電機元件的添加 仿真環(huán)境和參數設置 按上述講解陸續(xù)將系統(tǒng)中各元件正確添加，并輸入相關數據，調整外觀，則完成了系統(tǒng)單線圖的繪制。下面可以進 行仿真環(huán)境和參數設置，從菜單欄 選項 仿真選項，單擊打開PWS 選項對話框，如圖 所示。 圖 PWS 選項對話框 該對話框的左端有 7 個選項，分別是：潮流求解設置、單線圖設置、仿真環(huán)境設置、極限管理設置、實例顯示設置、文件管理設置、消息日志設置。點擊其中任何一個按鈕就可以單獨打開一個標簽頁進行設置。圖 所示是潮流求解設置標簽頁。其中較重要的設置是：潮流計算算法選擇、基準能力、允許誤差、迭代最大次數、對電壓控制的設置等等。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 8 頁 共 37 頁 3 電力系統(tǒng)計算機潮流的算法 潮流計算問題簡述 潮流計算的發(fā)展史 利用電子計算機進行潮流計算從 20 世紀 50年代中期就已經開始。此后，潮流計算曾采用了各種不同的方法，這些方法的發(fā)展主要是圍繞著對潮流計算的一些基本要求進行的。對潮流計算的要求可以歸納為下面幾點： （ 1）算法的可靠性或收斂性 （ 2）計算速度和內存占用量 （ 3）計算的方便性和靈活性 電力系統(tǒng)潮流計算屬于穩(wěn)態(tài)分析范疇，不涉及系統(tǒng)元件的動態(tài)特性和過渡過程。因此其數學模型不包含微分方程，是一組高階非線性方程。非線性代數方程組的解法離不開迭代，因此，潮流計算方法首先要求它是能可靠的收斂，并給出 正確答案。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，潮流問題的方程式階數越來越高，目前已達到幾千階甚至上萬階，對這樣規(guī)模的方程式并不是采用任何數學方法都能保證給出正確答案的。這種情況促使電力系統(tǒng)的研究人員不斷尋求新的更可靠的計算方法。 在用數字計算機求解電力系統(tǒng)潮流問題的開始階段，人們普遍采用以節(jié)點導納矩陣為基礎的高斯 賽德爾迭代法（一下簡稱導納法）。這個方法的原理比較簡單，要求的數字計算機的內存量也比較小，適應當時的電子數字計算機制作水平和電力系統(tǒng)理論水平，于是電力系統(tǒng)計算人員轉向以阻抗矩陣為主的逐次代入法（以下簡稱阻 抗法）。 20 世紀 60 年代初，數字計算機已經發(fā)展到第二代，計算機的內存和計算速度發(fā)生了很大的飛躍，從而為阻抗法的采用創(chuàng)造了條件。阻抗矩陣是滿矩陣，阻抗法要求計算機儲存表征系統(tǒng)接線和參數的阻抗矩陣。這就需要較大的內存量。而且阻抗法每迭代一次都要求順次取阻抗矩陣中的每一個元素進行計算，因此，每次迭代的計算量很大。 阻抗法改善了電力系統(tǒng)潮流計算問題的收斂性，解決了導納法無法解決的一些系統(tǒng)的潮流計算，在當時獲得了廣泛的應用，曾為我國電力系統(tǒng)設計、運行和研究作出了很大的貢獻。但是，阻抗法的主要缺點就是占用計算機的內存 很大，每次迭代的計算量很大。當系統(tǒng)不斷擴大時，這些缺點就更加突出。為了克服阻抗法在內存和速度方面的缺點，后來發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎的分塊阻抗法。這個方法把一個大系統(tǒng)分割為幾個小的地區(qū)系統(tǒng)，在計算機內只需存儲各個地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩陣及它們之間的聯(lián)絡線的阻抗，這樣不僅大幅度的節(jié)省了內存容量，同時也提高了節(jié)省速度。 克服阻抗法缺點的另一途徑是采用牛頓 拉夫遜法（以下簡稱牛頓法）。牛頓法是數學中求解非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性。解決電力系統(tǒng)潮流計算問題是以導納矩陣為基礎的，因此，只要在迭代過程中盡可能保持方 程式系數矩陣的稀疏性，就可以大大提高牛頓潮流程序的計算效率。自從 20 世紀 60 年代中期采用了最佳順序消去法以后，牛頓法在收斂性、內存要求、計算速度方面都超過了阻抗法，成為直到目前仍被廣泛采用的方法。 在牛頓法的基礎上，根據電力系統(tǒng)的特點，抓住主要矛盾，對純數學的牛頓法進行了改造，得到了 PQ 分解法。 PQ 分解法在計算速度方面有顯著的提高，迅速得到了推廣。 牛頓法的特點是將非線性方程線性化。 20 世紀 70 年代后期，有人提出采用更精確的模型，即將泰勒級數的高階項也包括進來，希望以此提高算法的性能，這便產生了保留非線 性的潮流算法。另外，為了解決病態(tài)潮流計算，出現(xiàn)了將潮流計算表示為一個無約束非線性規(guī)劃問題的模型，即非線性規(guī)劃潮流算法。 近 20 多年來，潮流算法的研究仍然非常活躍，但是大多數研究都是圍繞改進牛頓法和PQ 分解法進行的。此外，隨著人工智能理論的發(fā)展，遺傳算法、人工神經網絡、模糊算法也逐漸被引入潮流計算。但是，到目前為止這些新的模型和算法還不能取代牛頓法和 PQ分解法的地位。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，對計算速度的要求不斷提高，計算機的并行陜西理工學院畢業(yè)設計 第 9 頁 共 37 頁 計算技術也將在潮流計算中得到廣泛的應用，成為重要的研究領域。 潮流計算的發(fā)展趨勢 通過幾十年的發(fā)展，潮流算法日趨成熟。近幾年，對潮流算法的研究仍然是如何改善傳統(tǒng)的潮流算法，即高斯 塞德爾法、牛頓法和快速解耦法。牛頓法，由于其在求解非線性潮流方程時采用的是逐次線性化的方法，為了進一步提高算法的收斂性和計算速度，人們考慮采用將泰勒級數的高階項或非線性項也考慮進來，于是產生了二階潮流算法。后來又提出了根據直角坐標形式的潮流方程是一個二次代數方程的特點，提出了采用直角坐標的保留非線性快速潮流算法。 潮流計算的意義 潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種基本電氣計算 ，常規(guī)潮流計算的任務是根據給定的運行條件和網路結構確定整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值及相角）、網絡中的功率分布以及功率損耗等。潮流計算的結果是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算和故障分析的基礎。 具體表現(xiàn)在以下方面： (1)在電網規(guī)劃階段 ,通過潮流計算 ,合理規(guī)劃電源容量及接入點 ,合理規(guī)劃網架 ,選擇無功補償方案 ,滿足規(guī)劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調峰、調相、調壓的要求。 (2)在編制年運行方式時 ,在預計負荷增長及新設備投運基礎上 ,選擇典型方式進行潮流計算 ,發(fā)現(xiàn)電網中薄弱環(huán)節(jié) ,供調度員日常調度控制參考 ,并對規(guī)劃、基建部門提出改進網架結構 ,加快基建進度的建議。 (3)正常檢修及特殊運行方式下的潮流計算 ,用于日運行方式的編制 ,指導發(fā)電廠開機方式 ,有功、無功調整方案及負荷調整方案 ,滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質量要求。 (4)預想事故、設備退出運行對靜態(tài)安全的影響分析及作出預想的運行方式調整方案。 總結為在電力系統(tǒng)運行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進行潮流計算以比較運行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經濟性。同時，為了實時監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，也需要進行大量而快速的潮流計算。因此，潮流計算是電力系統(tǒng)中應用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運算。在系統(tǒng)規(guī)劃設計和安排系統(tǒng)的運行方式時，采用離線潮流計算；在電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控中，則采用在線潮流計算。 計算機潮流計算的方法 迭代法 考察下列形式的方程： 這種方程是隱式的，因而不能直接得出它的根，但如果給出根的某個猜測值，代入上式的右端，即可求得： 再進一步得到： 如此反復迭代： 確定數列 有極限 則稱迭代過程收斂，極限值 為方程的根。 上述迭代法是一種逐次逼近迭代法，稱為高斯迭代法。 高斯 塞德爾迭代法 在高斯法的每一次迭代過程中是用上一次迭代的全部分量來計算本次的所有分量，顯然在計算第 i 個分量時，已經計算出來的最新分量并沒有被利用，從直觀上看，最 新計算出來的分量可能比舊的分量要好些。因此，對這些最新計算出來的第 k+1 次近似分量加以利用，就是高斯 塞德爾迭代法。 高斯 塞德爾迭代法計算潮流功率方程的特點：描述電力系統(tǒng)功率與電壓關系的方程式是一組關于電壓的非線性代數方程式，不能用解析法直接求解 。 假設有 n 個節(jié)點的電力系統(tǒng)，沒有 PV 節(jié)點，平衡節(jié)點編號為 s，功率方程可寫成下列復數方程式： )(xx ??)( 01 xx ??)( 12 xx ??)(1 kk xx ???kx xx ???lim*??kx?x陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 37 頁 對每一個 PQ 節(jié)點都可列出一個方程式，因而有 n1 個方程式。在這些方程式中，注入功率 Pi 和 Qi 都是給定的，平衡節(jié)點電壓也是已知的，因而只有 n1 個節(jié)點 的電壓為未知量，從而有可能求得唯一解。 高斯 塞德爾迭代法解潮流如下： 如系統(tǒng)內存在 PV 節(jié)點，假設節(jié)點 p 為 PV 節(jié)點，設定的節(jié)點電壓為 Up0。假定高斯 塞德爾迭代法已完成第 k 次迭代，接著要做第 k+1 次 迭代前，先按下式求出節(jié)點 p 的注入無功功率： 然后將其代入下式，求出節(jié)點 p 的電壓： 在迭代過程中，按上式求得的節(jié)點 p 的電壓大小不一定等于設定的節(jié)點電壓 Up0，所有在下一次的迭代中，應以設定的 Up0 對電壓進行修正，但其相角仍保持上式所求得值，使 得 : 如果所求得 PV 節(jié)點的無功功率越限，則無功功率在限，該 PV 節(jié)點轉化為 PQ 節(jié)點。 牛頓 拉夫遜法 牛頓 拉夫遜法是求解非線性代數方程有效的迭代計算方法。在牛頓 拉夫遜法的每一次迭代過程中，非線性問題通過線性化逐步近似。以單變量問題為例： 設非線性函數： 設解的初值為 ，與真解的誤差為 ，則上式寫為： 經泰勒展開為： 將 作為新的初值上述式子，再求出新的修正量。如果兩次迭代解的差值小于某一給定的允許誤差值，則認為所求的值為該問題的解。一般寫成如下迭代式： 其中： ，稱為雅可比因子。 這就是單變量的牛頓 拉夫遜法。 將單變量問題推廣到具有 n 個未知變量的 的 n 階非線性聯(lián)立代數方程組 ，此時 可寫成： 其中：為函數向量 對變量 的一階偏導數的雅可比矩陣，是 n 階方陣。 每次迭代的修正量為： 牛頓 拉夫遜法計算電力系統(tǒng)潮流的基本步驟： siniUYU jQPYU nij jijiiiiii???????????? ??? ???。,2,1,1,1*???siniUYUYUjQPYUnijkjijijkjijiiiiii???????????????????? ???? ???????。,2,111)(1,1)1(*????)I m( 1 **)()1( ??? ? nj kjpjkpkp UYUQ ?????????????? ????? npjkjpjkpkppppkp UYUjQPYU ,1)(* )()1()1( 1 ??)1(0)1( ?? ?? kppkp UU ??? ? 0?xf0x 0x? ? ? 0 00 ??xxf? ? ? ? ? ?? ? ? ?001039。000039。000 0xxxxfxfxxxfxfxxf???????????1x? ? 0xJxf k ??? ?kxfJ 39。?? ? kkk xJxF ????xFx??xF x ? ?kkk xFJx ??? ? 0xJxf k ??陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 37 頁 （ 1）形成節(jié)點導納矩陣； （ 2）給各節(jié)點電壓設初值； （ 3）將節(jié)點電壓初值代入，求出修正方程式的常數項向量； （ 4）將節(jié)點電壓初值代入，求出雅可比矩陣元素； （ 5）求解修正方程式，求出變量的修正向量； （ 6）求出節(jié)點電壓的新值； （ 7）如有 PV 節(jié)點，則檢查該類節(jié)點的無功功率是否越限； （ 8）檢查是否收斂，如不收斂，則以各節(jié)點電壓的新值作為初值自第 3 步重新開始下一次迭代，否則轉入下一步。 （ 9）計算支路功率分布， PV 節(jié)點無功功率和平衡節(jié)點注入功率，最后輸出結果，并結束。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 37 頁 4 區(qū)域電力系統(tǒng) 分 析 本次模型采用漢中地區(qū)電網，通過簡化漢中電網模型，在 PWS 平臺上搭建出簡化后漢中地區(qū)電網可視化模型，通過仿真軟件的來對做區(qū)域電力系統(tǒng)運行及分析。 漢中電網電力供需形勢 20xx 年，國內外經濟形勢未見明顯好轉的背景下，受國家整體宏觀經濟政策調控導向的影響，漢中地方經濟的發(fā)展增速放緩，保持低速平穩(wěn)增長態(tài)勢，由此影響到漢中地區(qū)電網全年用電量增幅減小。其中，高耗能行業(yè)因產能過剩及