【正文】 reactive power theory. From the interrelated wave we got from simulation, the fundamental reactive current we got from calculation and generalized instantaneous reactive current we got from detection. Those theories have the advantage of their own in detecting the harmonic and reactive current. After the C programming language, run example ,the result of the research indicates that Fryze theory has specific physical meanings, easily to be realized and calculated, but it need a longer delay time. Instantaneous reactive power theory has the advantage of a shorter delay time, much more exactly in detecting the harmonic and reactive current.Keywords:Power systems；fryze theory；instantaneous reactive power theory； harmonic；reactive current目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 配電網(wǎng)潮流計算研究目的及意義 1 潮流計算問題的發(fā)展及配電網(wǎng)潮流計算的現(xiàn)狀 2 本文主要內(nèi)容 4第2章 配電網(wǎng)潮流計算方法 5 配電網(wǎng)特點及對算法的要求 5 5 5 6 電力網(wǎng)數(shù)學模型 6 輸電線路的數(shù)學模型 7 變壓器的等值電路 8 9 潮流計算的概述 10 10 配電網(wǎng)潮流計算的特點 10 配電網(wǎng)潮流常用求解算法 11 主干饋線節(jié)點功率計算 11 主干饋線節(jié)點電壓計算 13第3章 配電網(wǎng)潮流計算前推回代法編程 16 16 17第4章 配電網(wǎng)潮流計算程序仿真 19 19 20結(jié)論 25致謝 26參考文獻 27附錄A英文文獻 28附錄B中文譯文 36第1章 緒論 1 課題背景 1 MSBS中電磁場研究現(xiàn)狀 3 本文主要內(nèi)容 5第2章 電磁場有限元分析理論簡介及電源系統(tǒng) 6 麥克斯韋方程組 6 電磁場分析方法 7 有限單元法的基本原理及其在電磁場中的應(yīng)用 9 電磁場基本理論 9 邊界條件與邊值關(guān)系 11 有限單元法在電磁場中的應(yīng)用 13 有限元軟件ANSYS簡介 16 ANSYS求解步驟 錯誤！未定義書簽。 天平偏航電磁場的二維分析 38 偏航電磁場二維模型簡介 38 偏航電磁場的二維分析 39 小結(jié) 錯誤！未定義書簽。 本章小結(jié) 51結(jié)論 52致謝 53參考文獻 54附錄 56PLANE53二維8節(jié)點磁實體單元 56千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 IV 第1章 緒論電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種計算，它根據(jù)給定的運行條件以及系統(tǒng)的界限情況確定整個電力系統(tǒng)各個部分的運行狀態(tài)：各母線的電壓。電力系統(tǒng)的潮流計算是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析和故障分析的基礎(chǔ)。同時，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機制的完善，也對電網(wǎng)的經(jīng)濟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)中引入競爭機制，并且開展電力市場建設(shè)。隨著我國經(jīng)濟的全面發(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；二是停電時間長；三是報裝時間長；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、準確的配電網(wǎng)潮流分析結(jié)果，當然這就需要更加高效、可靠的潮流計算、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，潮流計算作為電力網(wǎng)絡(luò)分析的基本計算之一，也在不斷的得到改進和提高。此外，電力系統(tǒng)潮流計算也是計算系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。 潮流計算問題的發(fā)展及配電網(wǎng)潮流計算的現(xiàn)狀 配電網(wǎng)潮流計算是配電網(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，開環(huán)運行，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)的潮流計算仍處于手算階段。這種方法原理簡單，計算量小，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。，該方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣，節(jié)點電壓是通過利用疊加原理分別計算電源和負荷單獨作用在各節(jié)點產(chǎn)生的電壓疊加求得。但是收斂速度較慢，迭代次數(shù)將隨著所計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)的增加而上升，從而導(dǎo)致了計算量的急劇增加。前推回代法的計算機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)點支路關(guān)聯(lián)矩陣法，該方法采用手工編號的方法，建立了節(jié)點和支路的關(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，另一種是計算序列法，該方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息自動生成網(wǎng)絡(luò)的計算序列，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，每個元件的參數(shù)為一個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，正常運行的配電網(wǎng)具有輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負荷節(jié)點數(shù)量很多、線路R/X較大等特點，所以傳統(tǒng)的潮流計算方法如：牛頓法、PQ 分解法等在配電網(wǎng)潮流計算中不再適用。雖然有些學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算量小，收斂可靠的特點。他們也是對潮流算法進行評價的主要依據(jù)。算法的穩(wěn)定性也是評價配電網(wǎng)潮流算法的重要指標。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，數(shù)據(jù)處理簡單，計算效率高，具有較好的收斂性，被公認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算電壓幅值及節(jié)點功率；（3）前推回代法潮流計算編程；（4）8節(jié)點主干饋線電網(wǎng)算例分析，程序運行。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?！　∨潆娋W(wǎng)按電壓等級，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及其以下電壓等級的電網(wǎng)，作用是給城市里各個配電站和各類用電負荷供給電源。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)潮流分析計算的研究，研究是是以根節(jié)點為10kV的電壓等級的配電網(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，只是造價高些。常開式環(huán)網(wǎng)正常運行時，聯(lián)絡(luò)開關(guān)的兩側(cè)都相當于一條饋線的末端，當某側(cè)停電時，聯(lián)絡(luò)開關(guān)可自動將環(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)饋線所引起的瞬時和長期停電幾乎不存在，但網(wǎng)絡(luò)造價昂貴，控制及保護也復(fù)雜得多，它僅適用于負荷高度密集的城區(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)運行。配電網(wǎng)潮流計算中以饋線作為基本單元。一條饋線內(nèi)的負荷波動相對于一個大輸電網(wǎng)來說可以忽略不計。給定饋線根節(jié)點電壓及沿線各負荷點的負荷，此饋線的潮流分布就完全給定，而與其它饋線沒有關(guān)系。對配電網(wǎng)潮流計算有如下要求：（1）可靠的收斂性，對不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及不同的運行條件都能收斂；（2）計算速度快；（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)學模型電力網(wǎng)數(shù)學模型包括輸電線數(shù)學模型和變壓器數(shù)學模型。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，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。圖 25 雙繞組變壓器П型等值電路在獲取П型等值電路中，忽略了變壓器的勵磁導(dǎo)納支路，其中的參數(shù)為： （23）在手算潮流的年代，人們習慣于采用順支路的算法，即前推回代法；而在50 年代中期以后用計算機算潮流之后，人們則習慣用節(jié)點方程：80 年代末期當人們研究配電網(wǎng)的潮流時，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]。當用來進行輻射狀配電網(wǎng)的潮流計算時，該算法的效率是所有算法中最高的，占用內(nèi)存也很少。在進行前推回代法潮流計算前，需要對支路進行分層和編號。 潮流計算的概述潮流計算就是采用一定的方法確定系統(tǒng)中各處的電壓和功率分布。正是這一差距決定了二者本質(zhì)上的不同：描述交流電路特性的方程，如節(jié)點電壓、回路電流方程，是線性方程，而描述電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行特性的潮流方程是非線性方程。常規(guī)算法主要有基于導(dǎo)納矩陣或回路阻抗矩陣的算法（牛頓拉夫遜NR）算法、電源疊加法和追趕法，基于支路變量的潮流算法如支路電流回代法和支路功率前推回代法等。電源疊加法每次求解時要對各個電源逐一進行疊加，求解較為繁鎖。前推回代法具有編程簡單、沒有復(fù)雜的矩陣運算、計算速度快、占用計算機的資源很少、收斂性好等特點，適用于在實際配電網(wǎng)中的應(yīng)用。因此，一套性能優(yōu)良的配電網(wǎng)潮流程序是開發(fā)DMS系統(tǒng)的關(guān)鍵。根據(jù)給定系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運行條件來確定整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)：主要是各個節(jié)點的電壓（幅值和相角），網(wǎng)絡(luò)中功率分布及功率損耗等。 配電網(wǎng)潮流計算的特點電力系統(tǒng)潮流計算的研究自1956年由J．B．Word開始，至今歷久不衰。這些特點導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的雅克比矩陣的條件數(shù)變大，出現(xiàn)不同程度的病態(tài)特征，傳統(tǒng)的潮流計算方法如牛頓amp。配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)呈輻射狀，在正常運行時是開環(huán)的，只有在倒換負荷或發(fā)生故障時才有可能出現(xiàn)短時環(huán)網(wǎng)運行情況。由于配電線路的R/X較大，無法滿足P、Q 解耦條件Gi Bi，所以在輸電網(wǎng)中常用的快速解耦算法(FDLF)在配電網(wǎng)中則難以收斂。八十年代中期到九十年代中期，隨著國際國內(nèi)電力企業(yè)對配電網(wǎng)管理的重視程度的不斷加深，對配電網(wǎng)潮流的研究也廣泛開展起來，這期間出現(xiàn)了眾多結(jié)合配電網(wǎng)特殊結(jié)構(gòu)而開發(fā)的簡單迭代算法?；谇巴苹卮ㄋ枷氲乃惴ê芏?。開始時由末端向始端推算，設(shè)全網(wǎng)電壓都為額定電壓，根據(jù)負荷功率由末端向始端逐段推導(dǎo)，僅計算各元件中的功率損耗而不計算電壓，求得各條支路上的電流和功率損耗，并據(jù)此獲得始端功率，這是回代過程；再根據(jù)給頂?shù)氖级穗妷汉颓蟮玫氖级斯β氏蚰┒酥鸲嗡汶妷航德?，求得各?jié)點電壓，這是前推過程；如此重復(fù)上述過程，直至各個節(jié)點的功率偏差滿足收斂條件為止。圖27表示標準的主干饋線配電網(wǎng)，也可稱為簡單配電網(wǎng)絡(luò)。根節(jié)點電壓,系統(tǒng)額定電壓以及個節(jié)點負荷已知的情況下通過以下步驟可以求出全網(wǎng)節(jié)點電壓和功率分布。從圖27可以得到以下計算公式： (27) 可得兩點間電壓降落的縱分量和橫分量分別為: