第四章 电力系统潮流计算机方法

电力系统计算机仿真福州大学电气工程与自动化学院电力系邵振国第四章电力系统潮流计算机方法4.1潮流问题4.2常规潮流的计算机算法4.3BPA软件介绍4.4其它潮流计算软件4.1潮流问题电力系统常规潮流计算的任务；–根据给定的网络结构及运行条件，求出整个网络的运行状态，其中包括各母线的电压、网络中的功率分布以及功率损耗等等。电力系统常规潮流计算的作用；–现有系统运行方式的分析研究；–电力系统规划；–静态及暂态稳定计算的初始状态；–故障分析以及优化计算的基础；–培训仿真系统；–在线潮流，帮助判断系统当前的运行状态并进行安全分析；4.1潮流问题评价各种潮流算法性能的主要标准；–计算速度；–计算机内存占用量；–算法的收敛可靠性；–程序设计的方便性以及算法扩充移植等的通用灵活性；基本潮流算法；–高斯－塞德尔法；–牛顿法；–快速解藕法；4.2常规潮流的计算机算法4.2.1潮流计算问题的数学模型；4.2.2高斯－塞德尔法；4.2.3牛顿法；4.2.4快速解耦法；4.2.1潮流计算问题的数学模型研究对象；–电力网络由变压器、输电线路、电容器、电抗器等静止线性元件所构成；–用集中参数等值支路来模拟；–非线性元件用接在相应节点上的一个电流注入量来代表；研究方法；–相量；–节点法；UYI4.2.1潮流计算问题的数学模型以节点电压为变量的非线性代数方程组；–节点电流公式；–2n个方程；–4n个变量：有功注入P、无功注入Q、电压模值U及电压相角q；iiiiinjjijiUjQPUSIniUYI~~~,),,1(1njjijiiiUYUjQP1~4.2.1潮流计算问题的数学模型节点类型；–PQ节点•变电所母线；•给定出力的发电厂；–PV节点•可以调节电压的母线；–Vq节点或平衡节点；•系统坐标的参考节点；•系统功率的平衡节点；节点类型的转换；–PV→PQ多平衡节点；4.2.2高斯－塞德尔法迭代式；几个注意问题；–平衡节点不参加迭代；•注入功率保证全网功率平衡；–PV节点迭代后的修正；•保留q，抛弃V的迭代值，修正无功注入；njjijiiiUYUjQP1~nijjjijiiiiiiUYUjQPYU,1~14.2.3牛顿法网络方程；–m个PQ节点，2m个未知变量（U和q），用2m个功率方程；–r个PV节点，r个未知变量（q），用r个功率方程；–平衡节点不参加迭代；ijijijiiiinjjijiiijBGYjUUUYUjQP,)sin(cos,~1qq0)cossin(0)sincos(11njijijijijjiiinjijijijijjiiiBGUUQQBGUUPPqqqq4.2.3牛顿法)()()1()()()(,0)(kkkkkkXXXFXJXFJFXJXF极坐标格式的迭代式；–节点排序：–未知变量；–右端项；–节点节点和PQmPVPQnUUUX21121qqqqVPVPQnnmm111mnQQPPF1114.2.3牛顿法Jacobi矩阵；节点节点和PQmPVPQnUUUX21121qqqmnQQPPF111LMNHQQUPPXFJqqq4.2.3牛顿法Jacobi矩阵；ijnjijijijijjiiiiiiiijijijijijiijijnjijijijijjiiiiijijijijjijiijBGUBUVQLijBGUVQLBGUQMijBGUUQM,1,1,1,1)cossin(,)cossin()sincos(,)sincos(qqqqqqqqqqijnjijijijijjiiiiiiiijijijijijiijijnjijijijijjiiiiiijijijijjijiijBGUGUVPNijBGUVPNBGUUPHijBGUUPH,1,1,1,1)sincos(2,)sincos()cossin(,)cossin(qqqqqqqqqq4.2.4快速解耦法快速解耦法（FastDecoupledLoadFlow，简写为FDLF）有功、无功解耦迭代计算；–由于交流高压电网中输电线路等元件的，因此电力系统有功功率的变化主要决定于电压相位角的变化，而无功功率的变化则主要决定于电压模值的变化；rxnjijjinjijijijijjiinjijijjinjijijijijjiiBUUBGUUQBUUBGUUP1111)cossin()sincos(qqqqq4.2.4快速解耦法Jacobi矩阵；节点节点和PQmPVPQnUUUX21121qqqmnQQPPF111LHQPXFJ0000qq4.2.4快速解耦法Jacobi矩阵；ijnjijjiiiiiiiijijiijBUBUVQLijBUVQL,1,1,ijnjijjiiiiiijjijiijBUUPHijBUUPH,1,1,qq4.3BPA软件介绍4.3.1BPA功能与结构4.3.2输入输出4.3.3程序常用控制语句4.3BPA软件介绍BPA软件；–TheBonnevillePowerAdministration,headquarteredinPortland,Oregon,isafederalagencyundertheU.S.DepartmentofEnergy.–中国版的BPA程序是由中国电力科学院引进、消化、吸收美国BPA程序开发而成。从1984年开始在我国推广应用以来，已在我国电力系统规划部门、调度运行部门、试验研究部门得到了广泛的应用，成为我国电力系统分析计算的重要工具之一。程序中包括详细的发电机模型和各种励磁模型，主要由潮流和暂态稳定程序构成，具有计算规模大、计算速度快、数值稳定性好、功能强等特点。操作系统为DOS及Windows9X/NT/2000版。4.3.1BPA功能与结构总体结构；潮流计算界面PFA.EXE软件编辑器界面TEXTEDIT.EXE暂态稳定计算界面SWA.EXEPSAP界面PSAP.EXE潮流计算程序PFNT.EXE暂态稳定计算程序SWNT.EXE单线图格式潮流图程序JOY.EXE潮流数据文件*.DAT稳定数据文件*.SWI地理接线图格式潮流图程序CLIQUE.EXE稳定曲线作图工具程序CURVE.EXE*.dat*.bse*.pfo*.map*.bse*.swi*.out*.cur*.opt*.sol*.dat*.map*.scr*.dat*.map*.dxt*.cur*.swc主功能次功能数据管理软件pwrflo.disswing.dis4.3.1BPA功能与结构潮流计算基本功能；–可进行交流系统潮流计算，也可进行包括双端和多端直流系统的交直流混合潮流计算；–采用P-Q分解法和牛顿－拉夫逊法相结合，以提高潮流计算的收敛性能，程序通常先采用PQ解耦法进行初始迭代，然后再转入牛顿－拉夫逊法求解潮流；4.3.1BPA功能与结构其它功能；–自动电压控制•多种类型的发电机节点电压控制。除一般的PQ、PV及缓冲节点外，还具有发电机远方控制高压等级母线电压等多种控制节点类型。•自动投切电抗器和电容器电压控制功能。•自动带负荷调节变压器分接头电压控制功能。–联络线功率控制•通过自动发电控制（AGC）功能，自动控制联络线的功率交换为给定值。–系统事故分析（N-1开断模拟）•用断线补偿法快速检查指定系统中的每个元件故障后的系统运行状态，找出系统运行的薄弱环节，为电网运行、规划提供依据。4.3.1BPA功能与结构其它功能；–网络等值•可采用REI法，对指定区域进行静态等值，能保证等值网潮流结果与原始网一致。–灵敏度分析•能够按指定的扰动量，给出功角、电压灵敏度以及线路功率、线路损耗、网损等灵敏度分析报告。–节点P－V、Q－V和P－Q曲线•在系统施加一定的电压、无功或有功扰动后，程序可自动给出P－V、Q－V和P－Q变化模拟曲线。4.3.1BPA功能与结构其它功能；–确定系统极限输送水平•可方便地使系统发电机出力和负荷成比例地增加或减少，以预测网络对负荷的适应能力。–负荷静特性模型•可以模拟由恒定功率、恒定电流和恒定阻抗构成的静态综合负荷模型，用来模拟电压变化对负荷的影响。–灵活多样的分析报告•程序可由潮流计算结果整理出16种类型的分析和统计报告，也可由用户自己定义分析报告。–详细的检错功能•程序中有900多种检错信息，表示出错的原因及性质，便于用户根据检错信息发现和纠正错误。4.3.2输入输出输入、输出相关文件；–*.dat•潮流计算数据文件；–*.bse•潮流计算二进制结果文件（可用于潮流计算的输入或稳定计算）；–*.pfo•潮流计算结果文件；–*.map•供单线图格式潮流图及地理接线图格式潮流图程序使用的二进制结果文件；–*.pff，*.pfd•中间文件（正常计算结束后将删除）–pwrflo.dis•储存一个潮流作业计算时屏幕显示的信息；4.3.3程序常用控制语句一级控制语句；–(POWERFLOW，CASEID＝潮流方式名，PROJECT＝工程名)•此语句表示开始潮流作业的处理，潮流方式名最多可指定10个字母。工程名最多可指定20个字母。此语句后跟有二级及三级控制语句。–(NEXTCASE，CASEID＝潮流方式名，PROJECT＝工程名)•此语句用于多个潮流作业的联算，即当前一个作业执行完后，紧接着又用前一个作业的数据进行其它方式的计算时，使用此语句。在此语句后所跟的二级控制语句中不能有/OLD_BASE语句；–(END)或(STOP)•结束潮流程序的执行；4.3.3程序常用控制语句二级控制语句；–二级控制语句（用/……\表示）；–指定潮流作业输入、输出文件名和输出文件内容选择；–指定基准功率；–指定计算项目内容和求解方法；–指定潮流分析报告输出种类；三级控制语句；–三级控制语句（用……表示）是从属于二级控制语句的，用来进一步指定二级控制语句所要求的各种功能；4.3.3程序常用控制语句注释和辅助性控制语句；–/COMMENT\•注释语句，最多可跟有50条注释记录，每条记录第一列都填写C。这些注释记录将出现在输入、输出表目头的中间位置上；–/HEADER\•标题语句，可跟有一条或二条标题记录，每条记录第一列都填写H。这些标题记录将出现在输出文件每页的顶部（位于程序本身指定的每页标题的下面）。–/INCLUDE_CONTROL,FILE=文件名\•使用本语句时，应该先建立一控制文件，该文件包含有一组用户指定的常用限定，然后在执行过程中由本语句去调用该文件。采用本语句，可使潮流作业控制语句简洁一些。要注意的是，由本语句调用的文件中不能再包含有/INCLUDE_CONTROL语句，不能包含有下列控制语句：/MERGE_BASE（合并）、/OUTAGE_SIM（断线模拟）、/REDUCTION（化简）/CHANGES（修改）。4.3.3程序常用控制语句常规潮流计算控制语句－输入、输出文件指定控制语句；–/B