电力系统潮流计算的计算机算法概述

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f m Δ U 2
n-1
f m
Δ P1
em1 Δ Q1
em1
Δ Pm
em-1 Δ Qm
em-1 Δ Pm1
em-1 Δ U 2
m1
em-1
Δ Pn-1
em-1 Δ U 2
n-1
em-1
Δ P1 Δ P1
f m1
en-1
Δ Q1 Δ Q1
f m1
en-1
Δ Pm Δ Pm
f m-1
en-1
Δ Qm Δ Qm
Bij sinij )
i j
J ii
Qi i
U i
n
U j (Gij cosij
j 1
Bij sinij )
ji
电力系统分析
修正方程为
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算 (19.22)
用分块矩阵的形式简化如下
f 1
em
Δ Qm Δ Qm
f 1
em
Δ Pm1 Δ Pm1
f 1
em
Δ U 2 m1
Δ U 2 m1
f 1
em
Δ Pn-1 Δ Pn-1
f 1
em
Δ
U
2 n1
Δ U 2 n1
f 1
em
Δ P1
f m Δ Q1
f m Δ Pm
f m Δ Qm
f m Δ Pm1
f m Δ U 2
m1
f m
Δ Pn-1
U
2 i
U
2 is
U
2 i
U
2 is
ei2
fi2
0
i m 1 , m 2 , , n - 1
(19.16)
第n号节点为平衡节点,其电压U n
e n
jf n是给定的,故不参加迭代。
式(19.15)和(19.16)总共包含了2(n-1)个方程,待求 的变量有e1 , f1 , e2 , f 2 , , en-1 , f n-1 也是2(n-1)个。
电力系统分析
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
方程式(19.15)和(19.16)具备方程组(19.12)的形式:
Δ W -JΔ U
(19.17)
式中
Δ P1
Δ Q1
ΔW
Δ Pm Δ Qm Δ Pm1
Δ U 2 m1
ΔΔUPn2-n1-1
Δe1
Δf 1
Δem
ΔU
Δ U f i
2 i
2fi
电力系统分析
(19.18)
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
当 j i 时,矩阵中非对角元素是
Δ
Pi
e j
ΔQ i f j
Gij ei
Bij fi
Δ f
Pi
j
Δ Qi e j
Bij ei
Gij fi
U
2 i
U
2 i
0
e j
f j
(19.19)
电力系统潮流计算的计算机算法
重点提示 1概 述 2 潮流计算的基本方程 3 牛顿-拉夫逊法潮流计算 4 PQ分解法潮流计算 小结
电力系统分析
本章提示
节点分类的概念; 潮流计算的基本方程式; 牛顿—拉夫逊法潮流计算的计算机算法; P—Q分解法潮流计算的计算机算法。
电力系统分析
1概 述
类型:
j 1
式中n为网络节点数
(19.1) (19.2)
电力系统分析
节点功率与节点电流之间的关系为:
~ Si
Pi
jQi
U i
Ii
(19.3)
式中
Pi PGi PLDi Qi QGi Q LDi
PQ节点可以表示为
Ii
Si
Pi - jQi
Ui
Ui
把这个关系式代入式(19.1)中,得
(19.4)
电力系统分析
几何意义:
电力系统分析
图19.2 函数曲线及切线示意图
用同样的方法考虑,给出对n个变量X 1 , X 2 , , X n 的n个方程式
f1 X 1 , X 2 ,, X n 0
f
2
X
1
, X 2 ,, X
n
0
fn X 1 , X 2 ,, X n 0
(19.12)
对其近似解
X
'' 1
X
' 1
ΔX1,
X
'' 2
X
' 2
Δ X 2
,
,
X
'' n
X
' n
ΔX n
这比
X
' 1
,
X
' 2
,
,
X
' n
进一步接近于真值。这一步骤在收敛到希
望的值以前重复进行。一般要反复计算到满足
max
X
n1
1
X
n
1
,
X
n1
2
X
n
2
,
X
n1
n
X
n
n
ε
时为止。
ε为预先规定的小正数,此处 Xin是 第n次迭代Xi的近似值。
n
U
j (Gij
cos ij
Bij
sin
ij
)
j 1
n
Qi
Ui
U
j 1
j (Gij
sin ij
Bij
cos ij )
(19.21)
式中 ij 为i、j两结点电压相角差( ij i j )。
电力系统分析
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
雅可比矩阵中各元素可对式(19.21)取偏导数求得
H ij
电力系统分析
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
1.采用直角坐标
结点电压和导纳可表示为:
Yij G ij jBij
U i
e i
jf i
将上述表示式代入
Pi
jQi
U i
n
Y ij U j
的右端,
j 1
展开并分出实部和虚部,便得:
Pi
ei
n
j 1 n
Gij e j
Bij
fj
n
fi Gij f j Bij e j
Δ U 2
m 1 f n-1
Δ Pn-1 f n-1
Δ
U
2 n1
f n-1
电力系统分析
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
雅可比矩阵的各元素是对式(19.15)和(19.16)求偏导数
当 j百度文库 i 时,对角元素是
Δ Pi
ei
n
Gij e j Bij f j
j 1
Gii ei Bii fi
电力系统分析
集中了以上各种类型元件的简单网络如图
电力系统分析
节点注入电流和节点电压构成以下线性方程组
I YU
其中
I
II12
In
可展开为如下形式:
U
U U
1 2
U n
Ii n YijU ij 1 , 2 , , n j 1
若 U ZI 可展开如下形式:U i n Zij Ij i 1 , 2 , , n
为PQ机(或PQ给定型发电机)。在潮流计算中,系统大部分 节点属于PQ节点。
电力系统分析
2.PU节点 给出的参数是节点的有功功率P及电压幅值U,待求量为该节 点的无功功率Q及电压向量的相角θ。通常选择有一定无功功率 贮备的发电机母线或者有无功补偿设备的变电所母线作PU节点。 PU节点上的发电机称之为PU机(或PU给定型发电机)。 3.平衡节点
Pi j
U iU j (Gij sin ij
Bij
cosij )
i j
H ii
Pi j
Ui
n
U j (Gij
j 1
sin ij
Bij
cosij )
ji
Lij
Qi U j
Uj
U iU j (Gij
sin ij
Bij
cosij )
i j
Lii
Qi U i
Ui
U i
n
U j (Gij
电力系统分析
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
2.采用极坐标 结点电压和导纳可以表示为
Yij Gij jBij
U i U ie ji U i (cos i j sin i )
(19.20)
将式(19.20)代入Pi jQi
U i
n
Y ij U j
右端并将实部与虚部分开,
j 1

Pi U i
xn
f n
Δ X 1
Δ
X
2
Δ X n
(19.13)
x1 x2
xn
式(19.13)等号右边矩阵的xfij
等都是对于X
' 1
,
X
' 2
,
,
X
' n
的值,这一矩阵称为雅可比(Jacobi)矩阵。
电力系统分析
按上述得到修正量Δ X 1 ,Δ X 2 , ,Δ X n 后,得到如下关系:
电力系统分析
3.1牛顿-拉夫逊法概要
已知一个变量X的函数为:
f X 0
(19.6)
解此方程式时,由适当的近似值X(0)出发,根据
X n1
X n
f f'
X n X n
n 1 ,2 ,
(19.7)
反复进行计算,当X(n)满足适当的收敛判定条件时就是 (19.6)式的根。这样的方法就是所谓的牛顿-拉夫逊法。
Δ Pi
Pis
- Pi
Pis
- ei
n
Gij e j
j 1 n
Bij
fj
n
fi Gij f j Bij e j
j 1 n
0
Δ
Qi
Qis
Qi
Qis
-
fi
j 1
Gij e j
Bij
fj
ei Gij f j Bij e j
j 1
0
(i=1,2,……,m) (19.15)
电力系统分析
给定的运行参数是U和θ,,而待求量是该节点的P、Q,因
此又称为Uθ节点。 在潮流计算中,这类节点一般只设一个。
关于平衡节点的选择,一般选择系统中担任调频调压的某一 发电厂(或发电机),有时也可能按其它原则选择。
电力系统分析
2.2基本方程式
任何复杂的电力系统都可以归结为以下元件(参数)组成: (1)发电机(注入电流或功率); (2)负荷(负的注入电流或功率); (3)输电线支路(电阻、电抗); (4)变压器支路(电阻、电抗、变比); (5)母线上的对地支路(阻抗和导纳); (6)线路上的对地支路(一般为线路充电电容导纳)。
Δ Pi f i
n
Gij f j Bij ei
j 1
Bii ei Gii fi
Δ
Qi
ei
n
Gij f j Bij e j
j 1
Bii ei Gii fi
Δ
Qi
f i
n
Gij e j Bij f j
j 1
Gii ei Bii fi
Δ
U
2 i
ei
2ei
X
' 1
,
X
' 2
,
,
X
' n
的修正量Δ X 1 ,Δ X 2
, ,Δ X n
可以解下面的方程式来确定
f1
f1 f2
fn
X
' 1
X
' 1
X
' 1
,
X
' 2
,
X
' n
,
X
' 2
,
X
' n
,
X
' 2
,
X
' n
x1 f 2
x1
f
n
f1 x2 f 2 x2
f n
f 1
xn f 2
Δf m
Δem1
Δf
m1
Δen-1
Δf n-1
电力系统分析
Δ P1
e1 Δ Q1
e1 Δ Pm
e1 Δ Qm
J
e1 Δ Pm1
e1
Δ U 2
m1
e1
Δ Pn-1 e1
Δ
U
2 n1
e1
Δ P1 Δ P1
f 1
em
Δ Q1 Δ Q1
f 1
em
Δ Pm Δ Pm
电力系统分析
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
雅可比矩阵有以下特点: 雅可比矩阵中的诸元素都是节点电压的函数,因此在迭代过程 中,它们将随着各节点电压的变化而不断地改变; 矩阵是不对称的; 由式(19.19)可以看出,当导纳矩阵中的非对角元素Yij为零
时,雅可比矩阵中相对应的元素也是零,即矩阵是非常稀疏 的。
j 1
sin ij
Bij
cos
ij
)
2U
2 i
Bii
ji
N ij
Pi U j
U
j
U iU j (Gij
cos ij
Bij sinij )
i j
N ii
Pi U i
Ui
U i
n
U j (Gij
j 1
cos ij
Bij
sin
ij
)
2U
G 2
i ii
ji
J ij
Qi j
U iU j (Gij cosij
Pi jQi
n
YijU j i 1 ,2 , ,n
Ui
j 1
(19.5)
式(19.5)是一组共有n个非线性方程组成的复数方程式,如果
把实部和虚部分开便得到2n个实数方程,因此由该方程组可解出
2n个运行参数。
电力系统分析
3 牛顿-拉夫逊法潮流计算
19.3.1牛顿-拉夫逊法概要 19.3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算 19.3.3牛顿法的框图及求解过程 19.3.4实例
j 1 n
Qi fi j1 Gij e j Bij f j
ei Gij f j Bij e j
j 1
电力系统分析
(19.14)
19.3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
PQ节点的有功功率和无功功率是给定的,第i个节点的给定功率设 为Pis和Qis。假定系统中的第1,2,……,m号节点为PQ节点, 对其中每一个节点可列方程
f m-1
en-1
Δ Pm1 Δ Pm1
f m-1
en-1
Δ U 2 m1
Δ U 2 m1
f 1m
en-1
Δ Pn-1 Δ Pn-1
f m-1
en-1
Δ
U
2 n1
Δ
U
2 n1
f m-1
en-1
Δ P1
f n-1 Δ Q1
f n-1 Δ Pm
f n-1 Δ Qm
f n-1
Δ Pm1 f n-1
3.2牛顿-拉夫逊法潮流计算
PU节点的有功功率和节点电压幅值是给定的,假定系统中的第 m+1,m+2,……,n-1号节点为PU节点,则对其中每一节点 可以列写方程:
Δ
Pi
Pis
- Pi
Pis
- ei
n j 1
Gij e j
Bij
fj
n
fi Gij f j Bij e j
j 1
0
Δ
导纳法 阻抗法 牛顿-拉夫逊法(N—R法) 快速分解法( PQ分解法)
电力系统分析
2 潮流计算的基本方程 2.1节点的分类 2.2基本方程式
电力系统分析
2.1节点的分类
根据电力系统中各节点性质的不同,可把节点分成三种类型。
1.PQ节点
事先给定的是节点功率(P、Q),待求的是节点电压向量 (U、θ)。通常变电所母线都是PQ节点,当某些发电机的出 力P、Q给定时,也可作为PQ节点。PQ节点上的发电机称之
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