有功潮流表达式的建立
电力系统课程设计-牛顿拉夫逊法潮流计算
课程设计说明书题目电力系统分析系 ( 部)专业( 班级 )姓名学号指导教师起止日期电力系统分析课程设计任务书系(部): 专业:指导教师:目录一、潮流计算基本原理1.1 潮流方程的基本模型1.2 潮流方程的讨论和节点类型的划分1.3、潮流计算的意义二、牛顿一拉夫逊法2.1 牛顿-拉夫逊法基本原理2.2节点功率方程2.3修正方程2.4 牛顿法潮流计算主要流程三、收敛性分析四、算例分析总结参考文献电力系统分析潮流计算一、潮流计算基本原理1.1潮流方程的基本模型电力系统是由发电机、变压器、输电线路及负荷等组成,其中发电机及负荷是非线性元件,但在进行潮流计算时,一般可以用接在相应节点上的一个电流注入量来代表。
因此潮流计算所用的电力网络系由变压器、输电线路、电容器、电抗器等静止线性元件所构成,并用集中参数表示的串联或并联等值支路来模拟。
结合电力系统的特点,对这样的线性网络进行分析,普通采用的是节点法,节点电压与节点电流之间的关系I=YV (1—1)其展开式为(i=1,2,3, …,n) (1—2)在工程实际中,已经的节点注入量往往不是节点电流而是节点功率,为此必须应用联系节点电流和节点功率的关系式 (i=1,2,3, …,n) (1—3)将 式 ( 1 - 3 ) 代 入 式 ( 1 - 2 ) 得 到 (i=1,2,3, …,n) (1-4)交流电力系统中的复数电压变量可以用两种极坐标来表示V =Vei8. (1-5)或 V=e+jf (1-6)而复数导纳为Y=G+jB (1-7)将式(1-6)、式(1- 7)代入以导纳矩阵为基础的式(1-4),并将实部与虚部分开,可以得到以下两种形式的潮流方程。
潮流方程的直角坐标形式为潮流方程的极坐标形式为(1—10)(1-11)以上各式中,j∈i表示乙号后的标号j的节点必须直接和节点i相联,并包括j=i的情况。
这两种形式的潮流方程通常称为节点功率方程,实牛顿一拉夫逊等潮流算法所采用的主要数学模型。
第7章电力系统的潮流计算
7.2.1电力线路的电压降落及电压损耗
(1) 电压降落:电力线路的首末端、或电力网任意两节点间电压的向量差。
电压降落 的纵分量
dU 2 U 1 U 2 (S2/U 2 )2 Z
P2 jQ2 U 2
P2R Q2 U 2
(R jX)
X电 j压横P2降 分XU落量2Q的2R
U jU
U1 (U2 U)2 (U2 )2
Sb2
i1
l
i1 l
i1 l
电力系统分析 7.4.2两端供电网络的最终潮流分布计算
第7章 电力系统的潮流计算
(1)功率分点 求出了功率分布之后,有的负荷功率是由两个方向流入的,如图7.4.2中的C 点,这样的点叫功率分点,并用 △标出。
(2)两端供电网络的最终潮流分布计算
如果已知功率分点电压,由功率分点将电网解开为两个开式网络。从功率 分点分别由两侧逐段向电源端推算电压降落和功率损耗。。
4如果已知末端电压和负荷,从末端开始逐段交替计算电压降落和功率损耗。向 电源端推算功率分布和各节点电压。如果有变压器,还应进行电压归算。
电力系统分析
第7章 电力系统的潮流计算
7.4 简单闭式网络的潮流计算
A
A1
b
c
A2
b
c
Sb (a)环式网络
Sc 图 简单的闭式网络
Sb
Sc
(b)两端供电网络
电力系统分析 7.4.1两端供电网络的初步功率分布计算
*
*
*
*
Sb2
Za1 S1 (Za1 Z12 )S2
*
*
*
(Ua Ub)UN
*
*
*
Sb2,LD Scir
Za2 Z12 Zb2
3.1潮流计算基本原理
3.1潮流计算基本原理3.1潮流计算基本原理潮流是指在发电机母线上功率被注⼊⽹络,⽽在变(配)电站的母线上接⼊负荷,其间,功率在⽹络中流动。
对于这种流动的功率,电⼒⽣产部门称之为潮流。
以电⼒⽹络潮流、电压计算为主要内容的电⼒⽹络稳态⾏为特性计算的⽬的在于估计对⽤户电⼒供应的质量以及为电⼒⽹运⾏的安全性与经济性评估提供基础数据。
配电⽹潮流计算是配电⽹络分析的基础,配电⽹的⽹络重构、⽆功功率优化、状态估计和故障处理都需要⽤到配电⽹潮流数据。
电⼒系统稳态运⾏应满⾜以下要求:1)满⾜系统经济性运⾏的要求,每⼀台发电机的输出必须接近于预先设定值;2)必须确保联络线潮流低于线路热极限和电⼒系统稳定极限;3)必须保持某些中枢点母线上的电压⽔平在容许范围内,必要时⽤⽆功功率补偿计划来达到;4)区域电⽹是互联系统的⼀部分,必须执⾏合同规定的输送⾄邻⽹的联络线功率计划;5)⽤故障前的潮流控制策略使事故扰动效应最⼩化。
通常情况下,输电线路电压在轻载时会较⾼,重载时会较低,电压调整是指在负载由轻载到满载变化过程中实时调整线路电压满⾜运⾏要求;对于超⾼压输电线路,线路电压维持在额定电压的±5%之内, 实际运⾏时,通常电压调整约为10% 。
对于低压输电线路,电压调整数值为10%,包含了变压器本⾝的电压降落。
3.1.1 潮流计算的基本物理量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,就是在三相平衡稳态状态下计算电⼒系统中每条母线的电压幅值和相⾓,其中每⼀设备如传输线和变压器中的有功和⽆功潮流,以及各设备的损耗都需要计算出来。
潮流计算采⽤电⼒系统的单线图,对于任意⼀条母线i,需要以下四个变量描述:电压幅值U i、相⾓,电⽹供给母线的有功P i、⽆功Q i。
若某⼀电⼒系统有N个节点,则共有4N个变量,对于每条母线,这些变量中的两个指定为输⼊数据,其它的两个是潮流程序所要计算的未知量。
潮流计算分布因子计算及其应用
2 1 1 1 1 1 1 0.12 1 3 25
X 42 M 4T X M 2
2 1 1 1 1 0 0.04 25 1 3 1
2.1支路开断分布因子
解:
0.07143 3.支路开断分布因子
• 发电机输出功率转移分布因子(GSDF)
• 准稳态发电机输出功率转移分布因子 • 功率传输转移分布因子(PTDF)
2.1支路开断分布因子
支路开断分布因子
Xk-l表示端口K和端口L的两个端口节点对之间的互阻抗 Xl-l表示自阻抗,xk为支路电抗
T X k l M k X Ml
X l l M lT X M l
在电网分析中,有时候需要知道支路有功潮流的 变化,这一变化可能是由于电网中一条支路或几条支 路开断引起的,或者是由于发电机有功输出功率变化 引起的。
分布因子方法以潮流方程在给定运行点的局部线性化 为基础,本质上描述了所感兴趣的变量之间的局部线 性化关系。
2.分布因子计算
• 支路开断分布因子(LODF)
B0 i, i 1 / xij
Bo
B0 i, j 1 / xij
ji j i
(1-5)
2.1支路开断分布因子
例:
(a)三母线电力系统
(b)支路基态潮流分布
上图所示的直流潮流模型,图中标出了支路电抗、支路编 号和支路规定的正方向 求:支路1,3,4对支路2的支路开断分布因子
2 3
各节点潮流平衡!
2.1支路开断分布因子
上述方法也可以推广到多条支路开断的情况。 此时要注意的是,在单条支路开断的推导过程中, 只用到了开断支路L的节点-支路关联矢量和电抗。
牛顿拉夫逊法计算潮流步骤
牛顿拉夫逊法计算潮流步骤牛顿拉夫逊法(Newton-Raphson method)是一种用于求解非线性方程组的迭代方法,它可以用来计算电力系统潮流的解。
潮流计算是电力系统规划和运行中的重要任务,它的目标是求解电力系统中各节点的电压幅值和相角,以及线路的功率流向等参数,用于分析电力系统的稳定性和安全性,以及进行电力系统规划和调度。
下面是使用牛顿拉夫逊法计算潮流的一般步骤:步骤1:初始化首先,需要对电力系统的各个节点(包括发电机节点和负荷节点)的电压幅值和相角进行初始化,一般可以使用其中一种估计值或者历史数据作为初始值。
步骤2:建立潮流方程根据电力系统的潮流计算模型,可以建立节点电压幅值和相角的平衡方程,一般采用节点注入功率和节点电压的关系来表示。
潮流方程一般是一个非线性方程组,包含了各个节点之间的复杂关系。
步骤3:线性化方程组将潮流方程组进行线性化处理,一般采用泰勒展开的方法,将非线性方程组变为线性方程组。
线性化的过程需要计算雅可比矩阵,即方程组中的系数矩阵。
步骤4:求解线性方程组利用线性方程组的求解方法,比如高斯消元法或LU分解法等,求解线性方程组,得到电压幅值和相角的修正量。
步骤5:更新节点电压根据线性方程组的解,更新各个节点的电压幅值和相角,得到新的节点电压。
步骤6:检查收敛性判断节点电压的修正量是否小于设定的收敛阈值,如果满足收敛条件,则停止迭代;否则,返回步骤3,循环进行线性化方程组和线性方程组的求解。
步骤7:输出结果当潮流计算收敛时,输出最终的节点电压幅值和相角,以及线路的功率流向等参数。
牛顿拉夫逊法是一种高效、快速且收敛性良好的方法,广泛应用于电力系统潮流计算。
在实际应用中,可能会遇到多次迭代或者收敛性不好的情况,此时可以采用退火技术或其他优化算法进行改进。
此外,牛顿拉夫逊法的计算也可以并行化,利用多核处理器或者分布式计算集群来加速计算过程。
总之,牛顿拉夫逊法是一种重要的潮流计算方法,通过迭代计算逼近非线性方程组的解,可以得到电力系统中各节点的电压幅值和相角,用于分析电力系统的稳定性和安全性。
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1
二.潮流计算问题的数学模型
根据电力系统的实际运行条件,按照 预先给定的变量的不同,电力系统的节 点可分成PQ节点、PV节点及平衡节点三 种类型。 对平衡节点来说,其电压相角一般作 为系统电压相角的基准。
二.潮流计算问题的数学模型
交流电力系统中的复数电压变量可 以用两种坐标形式表示
或
Ui Uie
j
U i ei jf i
而复数导纳为
Yij Gij jBij
二.潮流计算问题的数学模型
将以上三式代入以导纳矩阵为基础的 式(1-6),并将实部与虚部分开,可得 到两种形式的潮流方程。
二.潮流计算问题的数学模型
直角坐标形式
Pi ei (Gij e j B ij f j ) f i (Gij f j B ij e j )
i 1,2,, n
(1-
16) Pi Qi 式中: 、 为已知的节点注入有功、无 功功率。
三.潮流计算的几种基本方法 假定节点 l 为平衡节点,其给定电压 为 U 。平衡节点不参加迭代。于是对应 于这种1
一.概述
本章安排: 潮流计算问题的数学模型 三种最基本的潮流算法 最小化潮流计算 自动调整计算功能 最优潮流 交直流系统的潮流计算 特殊用途的潮流计算问题
二.潮流计算问题的数学模型
电力系统由发电机、变压器、输配电 线路及负荷等组成。 进行潮流计算时,发电机和负荷一般 可用接在相应节点上的一个电流注入量 表示。 电力网络中的变压器、线路、电容器、 电抗器等元件可用集中参数表示的由线 性电阻、电抗构成的等值电路模拟。
j 1
二.潮流计算问题的数学模型
在实际中,已知的节点注入量往往不 是节点电流而是节点功率,为此用节点 功率代替节点电流,得 n Pi jQi (1 Y U i 1 , 2 , , n ij j 6) j 1 Ui 或
潮流计算的基本算法及使用方法
潮流计算的基本算法及使用方法Company number:【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】潮流计算的基本算法及使用方法一、 潮流计算的基本算法1.牛顿-拉夫逊法1.1 概述牛顿-拉夫逊法是目前求解非线性方程最好的一种方法。
这种方法的特点就是把对非线性方程的求解过程变成反复对相应的线性方程求解的过程,通常称为逐次线性化过程,就是牛顿-拉夫逊法的核心。
牛顿-拉夫逊法的基本原理是在解的某一邻域内的某一初始点出发,沿着该点的一阶偏导数——雅可比矩阵,朝减小方程的残差的方向前进一步,在新的点上再计算残差和雅可矩阵继续前进,重复这一过程直到残差达到收敛标准,即得到了非线性方程组的解。
因为越靠近解,偏导数的方向越准,收敛速度也越快,所以牛顿法具有二阶收敛特性。
而所谓“某一邻域”是指雅可比方向均指向解的范围,否则可能走向非线性函数的其它极值点,一般来说潮流由平电压即各母线电压(相角为0,幅值为1)启动即在此邻域内。
1.2 一般概念对于非线性代数方程组即 ()0,,,21=n i x x x f ()n i ,2,1= (1-1)在待求量x 的某一个初始计算值()0x 附件,将上式展开泰勒级数并略去二阶及以上的高阶项,得到如下的线性化的方程组()()()()()0000=∆'+x x f x f (1-2)上式称之为牛顿法的修正方程式。
由此可以求得第一次迭代的修正量()()()[]()()0100x f x f x -'-=∆ (1-3)将()0x ∆和()0x 相加,得到变量的第一次改进值()1x 。
接着再从()1x 出发,重复上述计算过程。
因此从一定的初值()0x 出发,应用牛顿法求解的迭代格式为()()()()()k k k x f x x f -=∆' (1-4)()()()k k k x x x ∆+=+1 (1-5)上两式中:()x f '是函数()x f 对于变量x 的一阶偏导数矩阵,即雅可比矩阵J ;k 为迭代次数。
三简单电网的潮流计算
4.3.5
负荷的静稳定
2.负荷的静态稳定 (1)电动机负荷稳定的判据(有功负荷)
dM e dPm 0 ds ds
(2)无功负荷的稳定的判据
dQ 0 dU
d
4.3.5
负荷的静稳定
1.负荷的静态特性 负荷所取用的有功功率和无功功率是随着电网 电压和频率的变化而变化的,反映它们变化规律 的曲线或数学表达式称为负荷的静态特性。 所谓静态是把这些特性在稳态条件下是确定的。 当系统频率维持额定值不变时,负荷所取用的 功率与电压的关系称为负荷的电压静态特性。 当系统电压维持额定值不变时,负荷所取用的 功率与频率的关系,称为负荷的频率静态特性。
简单电力系统的静稳定
功角特性曲线
Байду номын сангаас
图4-3-11 功角特性曲线 a)凸极式发电机 b)隐极式发电机
4.3.4
简单电力系统的静稳定
2.静态稳定的概念
扰动后功角变化示意图
在曲线的上升部分的任何一点对小干扰的响应都与 a点相同,都是静态稳定的,曲线的下降部分的任何一 点对小干扰的响应都与b点相同,都是静态不稳定的。
4.3.1
电压降落、电压损耗、电压偏移
1.电压降落 输电线路始末两端电压的相量差称为电压降落。
U U 1U 2
。 。 。
2.电压损耗 输电线路首、末端电压有效值之差称为线路的 U U1 U 2 电压损耗。 电压损耗百分值,即是电压损耗与相应线路的 额定电压相比的百分值:
U1 U 2 U% 100% UN
。 。
4.3.3
简单输电系统的潮流计算
3)求第Ⅰ段线路阻抗中的电压降及功 率损耗。
Sa * U I ( ) (RI jX I) U I jU I Ua
潮流计算中的特殊问题
Vti fd
sin
Q
Vt It
sin
xad xs
Vti fd
cos
Vt2 xs
消去角度,有
P2
Q
Vt 2 xs
xad xs
Vti fd
2
i fd i fd max
Q
0,
Vt 2 xs
xad xs
Vti fd max
P
发电机无功输出的转子导体末端过热限制
欠励时电枢电流 产生的磁通和励 磁电流产生的磁 通同向叠加,造 成转子导体末端 过热(Kundur)
与kT相关的雅可比矩阵元素表达式 (直角坐标)
Pp
K T
KT
ep
eqG pq
f q B pq
f p eq B pq f qG pq
2
e
2 p
f
2 p
G pq
KT
Q p
KT
KT
f p eqG pq f q B pq
e p eq B pq f qG pq
2
e
2 p
f
2 p
B pq
Pq
KT
KT
eq e pG pq f p B pq
f q e p B pq f pG pq
KT
KT
f q e pG pq f p B pq
eq e p B pq f pG pq
K
T
直流潮流——应用场合
只关心有功潮ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分布 不关心节点电压情况 对计算速度要求高
kT),节点q除已知P、Q外,还已知V,故称PQV 节点 潮流计算电压变量少一个 潮流计算多了一个变压器变比的变量 方程和变量个数仍相等,可求解
节点导纳矩阵及潮流计算
目录摘要 (2)1任务及题目要求 (2)2原理介绍 (3)2.1节点导纳矩阵 (3)2.2牛顿-拉夫逊法 (4)2.2.1牛顿-拉夫逊法基本原理 (4)2.2.2牛顿--拉夫逊法潮流求解过程介绍 (6)3分析计算 (11)4结果分析 (15)5总结 (16)参考资料 (17)节点导纳矩阵及潮流计算摘要电力网的运行状态可用节点方程或回路方程来描述。
节点导纳矩阵是以系统元件的等值导纳为基础所建立的、描述电力网络各节点电压和注入电流之间关系的线性方程。
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)、网络中的功率分布及功率损耗等。
本文就节点导纳矩阵和潮流进行分析和计算。
1任务及题目要求题目初始条件:如图所示电网。
1∠002阵Y;2+j13)给出潮流方程或功率方程的表达式;4)当用牛顿-拉夫逊法计算潮流时,给出修正方程和迭代收敛条件。
2原理介绍2.1节点导纳矩阵节点导纳矩阵既可根据自导纳和互导纳的定义直接求取,也可根据电路知识中找出改网络的关联矩阵,在节点电压方程的矩阵形式进行求解。
本章节我们主要讨论的是直接求解导纳矩阵。
根据节点电压方程章节我们知道,在利用电子数字计算机计算电力系统运行情况时,多采用IYV 形式的节点方程式。
其中阶数等于电力网络的节点数。
从而可以得到n 个节点时的节点导纳矩阵方程组:nn Y n +V (2-1) 由此可以得到n 个节点导纳矩阵:nn Y ⎫⎪⎪⎪⎪⎭它反映了网络的参数及接线情况,因此导纳矩阵可以看成是对电力网络电气特性的一种数学抽象。
由导纳短阵所了解的节点方程式是电力网络广泛应用的一种数学模型。
通过上面的讨论,可以看出节点导纳矩阵的有以下特点:(1)导纳矩阵的元素很容易根据网络接线图和支路参数直观地求得,形成节点导纳矩阵的程序比较简单。
(3)导纳矩阵是稀疏矩阵。
它的对角线元素一般不为零,但在非对角线元素中则存在不少零元素。
工学电力系统潮计算
2024/10/13
2
二、节点功率方程
2024/10/13
3
潮流方程更简洁的表示方式
式中p、u、x分别表示扰动变量、控制变量、状态变量,潮流计算的 含义就是针对某个扰动变量,根据给定的控制变量,求出相应的状态 变量。
2024/10/13
4
第三节 牛顿潮流算法
一、牛顿法的基本原理
牛顿法在数学上是求解非线性代数方程式的有效方法。其要点是 把非线性方程式的求解过程变成反复地对相应的线性方程式进行求解 的过程。
2024/10/13
13
第四节 P-Q 分解法(快速解耦法)潮流计算
一、P-Q 分解法的基本原理
P-Q 分解法派生于以极坐标形式表示的牛顿法;首先高压电力系统中x
﹥﹥ r,即有功功率的变化主要决定于电压相位角的变化,而无功功率的 变化主要取决于电压幅值的变化。
极坐标形式的牛顿潮流计算法的修正方程为:
第一章 电力系统潮流计算
第一节 概述
• 电力系统潮流计算:根据给定的网络结构及运行条件பைடு நூலகம்求出整个网络 的运行状态(母线电压、功率分布以及功率损耗)。
• 潮流计算的作用:
• 离线:规划设计、运行方式选择、优化计算、故障分析以及静、 暂态稳定计算。
• 在线:实时安全监控。是电力系统稳态分析的最基本内容。
⑵良好的收敛可靠性。
甚至对于病态的系统,牛顿法均能可靠地收敛。
• 缺点:
⑴启动初值要求高。
Ui 10 ,或用高斯—赛德尔法迭代1—2次作为初值。
⑵计算量大、占用内存大。
由于雅可比矩阵元素的数目约为2(n-1) ×2(n-1)个,且其数值在
迭代过程中不断变化,因此每次迭代的计算量和所需的内存量较大。
潮流计算
Sb SG STc S0c jQB 2 jQB3
1 b Tb 2 c Tc 3
A
d Td
SLDb
G
SG
SL D d
14
二、两级电压的开式电力网计算 计算方法一:包含理想变压器,计算时,经过理 想变压器功率保持不变,两侧电压之比等于实际 变比k。 T b d c L-1 L-2 SLD A
V1 arctg V1 V1
4
网络元件的功率损耗
功率损耗包括:电阻和等值电抗上的损耗 对地等值导纳上产生的损耗
V1S1 , I1 S ' I
jQB1
B j 2
R jX
S '', I S 2 , I 2 V2
jQB 2
B j 2
线路
VS1 , I1
线路
S0 (GT jBT )V 2
I0% S0 P0 jQ0 P0 j SN 100
开式网络的电压和功率分布计算
一、已知供电点电压和负荷点功率时的计算方法 已知末端的功率和电压:从末端开始依次计算出 电压降落和功率损耗。 已知电源点的电压和负荷的功率:采取近似的方 法通过叠代计算求得满足一定精度的结果
X2 k2 X2
T
A
A
B2 B2 / k 2 d c L-2 SLD
R'2+ j X'2 j B'2/2
16
R1+ jX1
j B1/2 j B1/2
b ΔS0
Z'T
c' j B'2/2
d'
SLD
二、两级电压的开式电力网计算 计算方法三:用π型等值电路代表变压器
潮流计算的基本算法及使用方法
潮流计算的基本算法及使用方法一、 潮流计算的基本算法1. 牛顿-拉夫逊法1.1 概述牛顿-拉夫逊法是目前求解非线性方程最好的一种方法。
这种方法的特点就是把对非线性方程的求解过程变成反复对相应的线性方程求解的过程,通常称为逐次线性化过程,就是牛顿-拉夫逊法的核心。
牛顿-拉夫逊法的基本原理是在解的某一邻域内的某一初始点出发,沿着该点的一阶偏导数——雅可比矩阵,朝减小方程的残差的方向前进一步,在新的点上再计算残差和雅可矩阵继续前进,重复这一过程直到残差达到收敛标准,即得到了非线性方程组的解。
因为越靠近解,偏导数的方向越准,收敛速度也越快,所以牛顿法具有二阶收敛特性。
而所谓“某一邻域”是指雅可比方向均指向解的范围,否则可能走向非线性函数的其它极值点,一般来说潮流由平电压即各母线电压(相角为0,幅值为1)启动即在此邻域内。
1.2 一般概念对于非线性代数方程组即 ()0,,,21=n i x x x f ()n i ,2,1= (1-1)在待求量x 的某一个初始计算值()0x附件,将上式展开泰勒级数并略去二阶及以上的高阶项,得到如下的线性化的方程组()()()()()0000=∆'+x x f x f (1-2)上式称之为牛顿法的修正方程式。
由此可以求得第一次迭代的修正量()()()[]()()0100x f x f x -'-=∆ (1-3)将()0x∆和()0x相加,得到变量的第一次改进值()1x。
接着再从()1x出发,重复上述计算过程。
因此从一定的初值()0x出发,应用牛顿法求解的迭代格式为()()()()()k k k x f x x f -=∆' (1-4)()()()k k k x x x ∆+=+1 (1-5)上两式中:()x f '是函数()x f 对于变量x 的一阶偏导数矩阵,即雅可比矩阵J ;k 为迭代次数。
由式(1-4)和式子(1-5)可见,牛顿法的核心便是反复形成求解修正方程式。
潮流方程的建立和求解
Pi
j
ViV j
Gij sin ij
Bij
cosij
Vi HijV j
极坐标雅可比矩阵的进一步讨论
(续)
J
P
Q
P
V Q
V
V V
H M
N L
同理,以L子块为
例:
Lii
Qi Vi
Vi
Vi LiiVi
Lij
Qi V j
Vj
Vi LijV j
N、M子块情况类似
雅可比矩阵变为
Bm1
Bm1,1
Bn1,1 Bn1
B1m Bmm Bm1,m Bn1,m Bnm
BL
B1,m1
Bm,m1 Bm1,m1
Bn1,m1 Bn,m1
BH
B1,n1
B1n
Bm,n1
Bmn
Bm1,n1
Bm1,n
Bn1,n1 Bn,n1
Bn1,n Bnn
进一步讨论:
第二项通常相对小很多
Hii Bii Qi Vi2
H ii Bii
Hij Bij cosij Gij sin ij
ij 0
cosij 1 sinij 0
H ij Bij
其他子块类似,得到定雅可比矩
阵
J
BH GM
GN BL
注意维数关系。
迭代次数增多,但每次迭代时间加快。
潮流方程的建立和求解
主要内容
潮流方程的建立 求解一般潮流的基本算法 求解一般潮流的改进算法 求解树状网潮流的前推回代法
潮流方程的建立
I YV
n
Ii Yi1V1 YinVn YijVj j 1
Si Vi I i
潮流计算问题
潮流计算问题(总9页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--潮流计算的定义(课后题)各种潮流计算模型和算法的特点、适用范围以及相互之间的区别和联系(课后题)影响潮流收敛性的因素,以及如何改善潮流计算的收敛性(课后题) 通过功率方程说明为什么潮流计算的数学模型是非线性的应该采用什么样的数学方法求解(03A 、05A )电力系统的潮流计算有哪些常规算法有哪些扩展算法(05B ) 潮流计算的目的是什么其数学模型是什么有何特点(06B ) 简要说明潮流计算的概念、模型及计算方法。
(07B )高斯赛德尔迭代法和牛顿拉夫逊迭代法是常规的潮流计算方法,请介绍一下最优潮流(OPF )算法的原理及其应用。
(04电科院) 潮流计算的目的:常规潮流计算的目的是在已知电力网络参数和各节点的注入量的条件下,求解各节点电压。
目的1:1. 在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量和接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平年的大小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。
2. 在编制年运行方式,在预计复合增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中的薄弱环节,供调度人员异常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。
3. 正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日常运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。
4. 预想事故、设备退出运行对静态安全分析的影响及做出预想的运行方式调整方案。
目的2:A. 检查电力系统各元件是否过负荷;B. 检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求;C. 根据对各种运行方式的潮流分布计算,可以正确的选择系统接线方式,合理调整负荷,以保证电力系统安全、可靠地运行,向用户供给高质量的电能;D. 根据功率分布,可以选择电力系统的电气设备和导线截面积,可以为电力系统继电保护整定计算提供必要的数据等; E. 为电力系统扩建和规划提供依据;F. 为调压计算、经济运行计算、短路计算等提供必要的数据。
电力系统潮流计算
电力系统潮流计算简介潮流计算是电力系统运行与规划的重要工具之一,通过计算电力系统的节点电压、电流及功率等参数,可以帮助分析系统运行情况、评估电力系统稳定性和负荷承载能力,为电力系统的优化调度和规划提供依据。
本文将介绍电力系统潮流计算的基本原理和常用的数学模型,以及潮流计算的算法和应用。
潮流计算原理电力系统潮流计算是基于电力系统的等值模型进行的。
等值模型是对电力系统的复杂网络结构进行简化,将电力系统视为一组节点和支路的连接图,其中节点表示发电机、变电站和负荷,支路表示输电线路和变压器。
潮流计算的基本原理是基于电力系统的基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律,通过建立节点电压和支路功率的方程组,求解方程组得到电力系统中各节点的电压、电流和功率等参数。
潮流计算可以分为直流潮流计算和交流潮流计算两种。
直流潮流计算直流潮流计算是将电力系统视为直流电路进行计算的一种简化方法。
在直流潮流计算中,各节点的电压都假设为恒定值,即不考虑电力系统中的电压相位差。
直流潮流计算可以较准确地求解直流电力系统的电压、电流和功率等参数,常用于电力系统的初始计算和短期稳定计算。
交流潮流计算交流潮流计算是对电力系统的交流特性进行全面分析和计算的方法。
交流潮流计算考虑电力系统中的电压相位差和电流谐波等复杂情况,可以求解电力系统中各节点的电压、电流和功率的精确值。
交流潮流计算常用于电力系统长期稳定计算、电力系统规划和扩容的分析等。
潮流计算数学模型潮流计算的节点电压方程假设电力系统有n个节点,节点的电压记为V i,支路的电流记为I ij。
根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律,可以得到潮流计算中节点电压方程的数学表达式:$$ \\begin{align*} \\sum_{j=1}^n Y_{ij}V_j &= I_{i}^g - I_{i}^l \\\\ I_{ij} &= Y_{ij} (V_i - V_j) \\end{align*} $$其中,Y ij是节点i和节点j之间的支路导纳,I i g和I i l分别是节点i的总注入电流和总负荷电流。
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有功潮流表达式的建立
根据各个线路是有不同的机组各个段容量或部分提供的,可以得出潮流表达式是线性组合,利用表1和表2给出的数据,利用最小二乘法来求解,我们容易列出潮流表达式:
l1=a10+a11*x1+a12*x2+a13*x3……a18*x8
l2=a20 +a21*x1+a22*x2+a23*x3……a28*x8
……
l6=a60 +a61*x1+a62*x2+a63*x3……a68*x8
利用matlab我们解出各个未知数之间的关系,得出a ij (i=1,2,3…6;j=0,1,2…8)
可见,拟合的表达式还是比较好的,即可以作为近似表达式。
阻塞费用的计算方法;
我们经过查阅资料,发现阻塞费用主要有一些通过竞价取得发电权的发电容量(称序内容量)不能出力;而一些在竞价中未取得发电权的发电容量(称序外容量)要在低于对应报价的清算价上出力,这些都需要需要做出赔偿,因为机组序内容量是经过出力安排预案的正常出力情况,有了预算和成本支出,如果减少发电量就会有损失,所以电网要赔偿这方面的损失;而机组由于序外容量发电就会由于清算价低于报价而造成损失,所以网方仍然需要赔偿。
这两方面组成了阻塞费用。
所以我们的计算方式如下:
(1)序内赔偿:由于方案的调整回涉及到段价的调整,所以得出:
)()(i i i i x x p P f '-⨯-=-
(2)序外容量赔偿:根据前面叙述容易得出:
赔偿价=(调整后报价-清算价)×调整量
即:)()(i i i i x x P p f -'⨯-'=+
而网方由于要公平的对待双方的损失,所以对序内和序外费用前面要加一定的系数,同时系数α和β,及总赔偿费用∑=-++=8
1)(i i i f f f βα, 而不同的机组由于运行情况可
能系数会有不同,在此我们计算时都取1,即∑=-++=81)(i i i f f
f
1、分配预案的确定:
根据市场交易规则,我们得出以下的解决目标
根据当前出力以及爬坡速率得出机组的出力上限和下限。
同时上限不能超过其最大段容量,此时根据段价有低到高选择机组出力方案,直至各个机组的出力总和等于下时段的预报总和,此时计算各个线路的潮流值,看其是否会造成阻塞,如果造成阻塞就调整方案,检验是否能够消除阻塞,如果可以消除就采取新的方案,如果不可以就通过调整各个机组的出力使阻塞费用最小,调整时注意各个线路的潮流值最值,如果通过安全阈值内的调节能够使阻塞费用最小也可以采用,但是依据安全第一的原则不能超过潮流绝对值的最大值,否则就要拉闸限电。
所以费用最小的模型为:最小费用=购电费用+阻塞费用(阻塞最小费用)
2、约束条件的讨论
1)爬坡速率
由假设1,在当前时段,市场交易-调度中心预测出各机组结束时刻的实际出力,即当前出力值,由于爬坡速率的约束,当前出力在时段长15分钟内改变的值有限,有
T v x x i i i -=0m in , T v x x i i i +=0m a x
其中,对于第i 个机组,0i x 为当前的出力值,min i x 为其下一时段出力值的下限,max i x 为其下一时段出力值的上限, i v 为爬坡速率,T 为时段长。
因此,下一时段的出力值须满足:
],[m ax m in i i i x x x ∈
2)线路潮流值
为保证电网的安全,要求各线路的有功潮流的绝对值低于其安全限值,在应急情况下还可以使用线路的安全裕度输电,当用电负荷过大,无法使用安全裕度输电时,则必须在用电侧拉闸限电。
因此,线路潮流值的约束为
⎪⎩⎪⎨⎧+<<使用安全裕度输电时
可消除输电阻塞时)1(j j j j j a L l L l
其中,j l 为第j 条线路的有功潮流值,j L 为第j 条线路的潮流限值,j a 为第j 条线路的潮流的安全裕度。
3)负荷需求
各机组分配到的出力总和应为总负荷需求的预报值,即有
X x
i i =∑=81
其中,X 为负荷需求预报。
4)根据题意我们定义第i 线路上潮流值的绝对值超过限值的百分比的函数为:
⎪⎩⎪⎨⎧≤>-=i i i i i i i i L l L l L L l y 0
而每条线路不可超过的最大值为
}{m a x 81i
i i a y z ≤≤= z 即为所有线路中潮流值的绝对值超过限值的百分比相对于安全裕度的最大值。
使z 尽可能小,则保证了所有线路潮流值超过限值的百分比较小。
同时,在电网安全运行的保证下,应考虑尽量减少阻塞费用,可以建立关于f 、z 值的双目标优化模型如下
⎪⎩
⎪⎨⎧+=∑=-+81)(m i n m i n i i i f f f z s.t. ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧>+<=<=∈∑=)0()
1()0(],[81max min z a L l z L l X x x x x i i i i i i i i i i 或
其中,z =0表时调整方案后可以使得输电阻塞消失,z>0表示无法消除阻塞,只能采用安全裕度输电.。