【正文】 ................................................................ 5 配電網(wǎng)的特點(diǎn) ................................................................................... 5 配電網(wǎng)潮流算法的要求 ................................................................... 6 電力網(wǎng)數(shù)學(xué)模型 ...................................................................................... 6 輸電線路的數(shù)學(xué) 模型 .................................................................... 7 變壓器的等值電路 ........................................................................ 8 配電網(wǎng)潮流計(jì)算概述 ............................................................................... 9 潮流計(jì)算的概述 ............................................................................ 9 配電網(wǎng)潮流計(jì)算的概念 ................................................................. 10 配電網(wǎng)潮流計(jì)算的特點(diǎn) ................................................................ 10 配電網(wǎng)潮流常用求解算法 .................................................................... 11 主干饋線節(jié)點(diǎn)功率計(jì)算 .............................................................. 11 主干饋線節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算 .............................................................. 13 第 3 章 配電網(wǎng)潮流計(jì)算前推回代法編程 ...................................................... 16 程序流程圖 ............................................................................................. 16 程序編譯 ................................................................................................. 17 第 4 章 配電網(wǎng)潮流計(jì)算程序仿真 .................................................................. 19 算例分析 ................................................................................................. 19 程序運(yùn)行 ................................................................................................. 20 結(jié)論 .................................................................................................................... 25 致謝 .................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 27 附錄 A 英文文獻(xiàn) ............................................................................................... 28 附錄 B 中 文譯文 ............................................................................................... 36 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種計(jì)算，它根據(jù)給定的運(yùn)行條件以及系統(tǒng)的界限情況確定整個(gè)電力系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)：各母線的電壓。電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析和故障分析的基礎(chǔ)。同時(shí)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，電力市場的逐步 形成以及 電價(jià)機(jī)制的完善，也對電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性提出了更高的要 求 [1]。城市配電網(wǎng)是城市現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，是現(xiàn)代化城市必不可少的電能供應(yīng)系統(tǒng)。當(dāng)前，國家對電力系統(tǒng)改革工作非常重視，在電力工業(yè)中引入競爭機(jī)制，并且開展電力市場建設(shè)。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，中低壓配電網(wǎng)供電可靠性低、發(fā)展落后的問題日漸突出。這些問題主要表現(xiàn)為：一是電網(wǎng)停電次數(shù)太多；二是停電時(shí)間長；三是報(bào)裝時(shí)間長；四是電壓不穩(wěn)定。為了解決以上的配電網(wǎng)問題，必然要求及時(shí)、準(zhǔn)確的配電網(wǎng)潮流分析結(jié)果 ，當(dāng)然這就需要更加高效、可靠的潮流計(jì)算、分析方法。隨著系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜和完善，潮流計(jì)算作為電力網(wǎng)絡(luò)分析的基本計(jì)算之一，也在不斷的得到改進(jìn)和提高。此外，電力系統(tǒng)潮流計(jì)算也是計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 礎(chǔ)。 潮流計(jì)算問題的發(fā)展及配電網(wǎng)潮流 計(jì)算的現(xiàn)狀 配電網(wǎng)潮流計(jì)算是配電網(wǎng)分析的基 礎(chǔ) [2], 配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)方面與輸電網(wǎng)存在著顯著的不同 ： 它一般是閉環(huán)設(shè)計(jì) ， 開環(huán)運(yùn)行 ， 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為輻射狀 ，線路中的電阻與電抗的比值較大 [3,4]。 盡管對電力系統(tǒng)潮流的研究早在六十年代就已經(jīng)開始，但由于配電系統(tǒng)在電力工業(yè)中沒有得到充分的重視，直到七十年代末以前，配電網(wǎng)的潮流計(jì)算仍處于手算階段。這種方法原理簡單，計(jì)算量小，不存在收斂問題，但僅適用于單電源開式網(wǎng)，此外對大型網(wǎng)絡(luò)不容易程序化 [5]。出現(xiàn)了眾多針對配電網(wǎng)特殊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的對稱潮流算法。 隱式高斯法是 1991年 ，該方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，節(jié)點(diǎn)電壓是通過利用疊加原理分別計(jì)算電源和負(fù)荷單獨(dú)作用在各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電壓疊加求得。但是收斂速度較慢，迭代次數(shù)將隨著所計(jì)算 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而上升，從而導(dǎo)致了計(jì)算量的急劇增加。 前推回代法的計(jì)算機(jī)算法的原理和手算法基本相同，是以支路網(wǎng)損為狀態(tài)量的典型算法。目前存在著兩種網(wǎng)絡(luò)矩陣的形成方法，一種是節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣法，該方法采用手工編號(hào)的方法，建立了節(jié)點(diǎn)和支路的關(guān)聯(lián)矩陣，清楚簡單，但是占用內(nèi)存大，不易跟蹤網(wǎng)絡(luò)變化，另一種是計(jì)算序列法，該方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫?息自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算序列，占用內(nèi)存小，容易跟蹤網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化。在處理三相不對稱的方法上，配電網(wǎng)的三相潮流計(jì)算可以分為閣 :序分量法 (又稱對稱分量法 )和相分量法。序分量法能將系統(tǒng)中對稱部分的等值電路的三相電流電壓之間的關(guān)系解耦，計(jì)算量較小。 相分量法中，系統(tǒng)中各元件都以相參數(shù)表示，每個(gè)元件的參數(shù)為一個(gè)3 3 階子矩陣，其對角元素為各相的自阻抗或自導(dǎo)納，非對角元素為各相間的互阻抗或互導(dǎo)納。目前大多數(shù)的配電網(wǎng)的潮流算法都采用了相分量法。這兩種方法都屬于相分量法。配電網(wǎng)不僅呈輻射狀運(yùn)行結(jié)構(gòu) , 而且分支多，各饋線之間基本沒有聯(lián)系，與輸電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有明顯差異，正常運(yùn)行的配電網(wǎng)具有輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)量很多、線路 R/X 較大等特點(diǎn)，所以傳統(tǒng)的潮流計(jì)算方法如：牛頓法、 PQ 分解法等在配電網(wǎng)潮流計(jì)算中不再適用。雖然有些學(xué)者為使快速解偶法能在配電網(wǎng)得以繼續(xù)應(yīng)用而做了一些有益的嘗試，如應(yīng)用補(bǔ)償技術(shù)處理 R/X 較大的線路，但這些方法都使算法復(fù)雜化，喪失了快速解偶算法原有的計(jì)算量小，收斂可靠的特點(diǎn)。他們也是對潮流算法進(jìn)行評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。算法的穩(wěn)定性也是評(píng)價(jià)配 電網(wǎng)潮流算法的重要指標(biāo)。比較而言，前推回代法充分利用了網(wǎng)絡(luò)呈輻射狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理簡單，計(jì)算效率高，具有較好的收斂性，被公認(rèn)是求解輻射狀配電網(wǎng)潮流問題的最佳算法之一。文中主要介紹前推回代法計(jì)算電壓幅值及節(jié)點(diǎn)功率 ； （ 3） 前推回代法潮流 計(jì)算編程； （ 4） 8 節(jié)點(diǎn)主干饋線電網(wǎng)算例分析，程序運(yùn)行。因此，建立合適的配電網(wǎng)潮流模型，用合適的方法去求解是十分有必要的。 配電網(wǎng)按電壓等級(jí) ，可分為高壓配電網(wǎng) (35110kV)，中壓配電網(wǎng)(610kV，蘇州有 20kV 的 )，低壓配電網(wǎng) (220/380V)；在負(fù)載率較大的特 大型城市， 220kV 電網(wǎng)也有配電功能 [14]。這種在電力網(wǎng)中主要起分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)稱 之 為配電網(wǎng)絡(luò)。向一個(gè)城市及其郊區(qū)分配和供應(yīng)電能的電力網(wǎng)叫城市配電網(wǎng)。供應(yīng)縣 (縣級(jí)市 )范圍內(nèi)的農(nóng) 村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城用電的電力網(wǎng)，叫做農(nóng)村配電網(wǎng)，簡稱農(nóng)網(wǎng) 。 配電網(wǎng)是 指 35kV 及其以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)，作用是給城市里各個(gè)配電站和各類用電負(fù)荷供給電源 。我國剛從重發(fā)電輕供電狀態(tài)中轉(zhuǎn)變過來，而在供電投資中，輸電投資大于配電投資。 本文是基于前推回代法的配電網(wǎng)潮流分析計(jì)算的研究，研究是是以根節(jié)點(diǎn)為 10kV 的電壓等級(jí)的配電網(wǎng) 。 環(huán)網(wǎng)形或網(wǎng)格形系統(tǒng)中的用戶具有備用電源，而輻射形若采用雙路供電方式也可提高供電可靠性，只是造價(jià)高些。常開式環(huán)網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)的兩側(cè)都相當(dāng)于一條饋線的末端，當(dāng)某側(cè)停電時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān) 可自動(dòng)將環(huán)閉合，由另一側(cè)反向送電。 網(wǎng)格形接線方式能提供較高的供電可靠性，供電電能質(zhì)量較高，由系統(tǒng)饋線所引起的瞬時(shí)和長期停電幾乎不存在，但網(wǎng)絡(luò)造價(jià)昂貴，控制及保護(hù)也復(fù)雜得多，它僅適用于負(fù)荷高度密集的城區(qū)。我國城網(wǎng)改造所推薦的接線方式是環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，開環(huán)運(yùn)行。配電網(wǎng)潮流計(jì)算中以饋線作為基本單元。一條饋線內(nèi)的負(fù)荷波動(dòng)相對于一個(gè)大輸電網(wǎng)來說可以忽略不計(jì)。給定饋線根節(jié)點(diǎn)電壓及沿線各負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)荷，此饋線的潮流分布就完全給定，而與其它饋線沒有關(guān)系。 配電網(wǎng)潮流算法的要求 對 配電網(wǎng)潮流計(jì)算 有如下 要求 ： （ 1） 可靠的收斂性，對不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及不同的運(yùn)行條件都能收斂； （ 2） 計(jì)算速度快； （ 3） 使用靈活方便，調(diào)整和修改容易，能滿足工程上提出的各種要求； （ 4） 內(nèi)存占用量少等。 電力網(wǎng) 數(shù)學(xué)模型 電力網(wǎng)數(shù)學(xué)模型包括輸電線數(shù)學(xué)模型和變壓器數(shù)學(xué)模型 。對架空線路，這長度大約為 300km 對電纜線路，大約為 100km。下面用 R(Ω)、 X(Ω)、 G(Ω)、 B(Ω)分別表示全線路每相總電阻、電抗、電導(dǎo)、電納。 通常，由于線路導(dǎo)線截面積的選擇，如前所述，以晴朗天氣不發(fā)生電暈為前提，而沿絕緣子的泄漏又很少，可設(shè) G =0。所謂短線路，指長度不超過 100km 的架空線路。從而，這種線路的等值電路最簡單，只有一種串聯(lián)的總阻抗 Z = R+jX，如圖 21 所示。 所謂中等長 度線路，是指長度在 100300km 之間的架空線路和不超過 100km 的電力電纜線路。這種線路的等值電路有П型等值電路和 T 型等值電路，如圖 2圖 23 所示。在 T 型等值電路中，線路的總導(dǎo)納集中在中間，而線路的總阻抗則分成兩半，分別 串聯(lián)在它的兩側(cè)。 變壓器的等值電路 配電網(wǎng)中存在配電變壓器時(shí)，通常采用 T 型 等值電路和 П型 等值電路兩種等值電路 [15]， T 型等值電路 如圖 24 所示。 y 1 2 ( y 2 1 )1 2y 1 0 y 2 0 圖 25 雙繞組變壓器 П型等值電路 在獲取 П 型等值電路中，忽略了變壓器的勵(lì)磁導(dǎo)納支路，其中的參數(shù)為： ??????????????kZkykZkykZyyTTT/)1(/)1(/1202102112 （ 23） 計(jì)算概述 在手算潮流的年代，人們習(xí)慣于采用順支路的算法，即前推回代法；而在 50 年代中期以后用計(jì)算機(jī)算潮流之后，人們則習(xí)慣用節(jié)點(diǎn)方程： 80 年代末期當(dāng)人們研究配電網(wǎng)的潮流時(shí)， 面對梳狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自然又想起了前推回代法 [16]。當(dāng)用來進(jìn)行輻射