基于Matpower的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算

摘 要：本設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書給定的系統(tǒng)圖和系統(tǒng)參數(shù)，運(yùn)用Matpower軟件進(jìn)行潮流計(jì)算，對運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析。最后把Matpower潮流計(jì)算的最終結(jié)果與Matlab編程和Simulink仿真兩種方法的結(jié)果做比較。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；潮流計(jì)算；Matpower軟件

引言：電力系統(tǒng)分析中，最基本的計(jì)算就是潮流計(jì)算，它是在電網(wǎng)正常或故障情況下的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的目的是計(jì)算系統(tǒng)在給定狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)電壓及功率分布，來檢查系統(tǒng)中各電壓是否滿足要求，系統(tǒng)中各元件是否過負(fù)荷以及功率分配的合理性等。潮流計(jì)算的結(jié)果還能應(yīng)用于電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析、最優(yōu)潮流和安全估計(jì)等。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用Matpower軟件來進(jìn)行潮流計(jì)算。Matpower多用于小型電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算分析，它運(yùn)行較為穩(wěn)定，計(jì)算速度快，運(yùn)行結(jié)果全面、直觀易懂，且準(zhǔn)確度高。從建模上來說，Matpower不需要像Simulink仿真找出所需元件再輸入數(shù)據(jù)等等較繁瑣的工序；從編程上來說，Matpower的程序編寫沒有直接運(yùn)用Matlab編程復(fù)雜。

一、潮流計(jì)算的過程

（一）潮流計(jì)算的基本要求。根據(jù)系統(tǒng)圖及發(fā)電廠、變電所、輸電線路等參數(shù)，按照設(shè)計(jì)內(nèi)容對系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算，并分析計(jì)算結(jié)果。對于潮流計(jì)算結(jié)果，各母線電壓均要滿足變電所低壓母線10KV在9.5—10.5KV之間，變電所低壓母線35KV在

35—36KV之間。如計(jì)算結(jié)果不在該范圍內(nèi)，則需進(jìn)行電壓的調(diào)整。

（二）系統(tǒng)圖。（1）發(fā)電廠資料：母線1和2為發(fā)電廠高壓母線，發(fā)電廠一總裝機(jī)容量為（400MW），母線3為機(jī)壓母線，機(jī)壓母線上裝機(jī)容量為（100MW），最大負(fù)荷和最小負(fù)荷分別為

50MW和30MW；發(fā)電廠二總裝機(jī)容量為（200MW）。（2）變電所資料：①變電所1、2、3、4低壓母線的電壓等級分別為：10KV 35KV 10KV 35KV。②變電所的負(fù)荷如表1所示：

③每個變電所的功率因數(shù)均為cosΦ=0.9；④變電所2和變電所4分別配有兩臺容量為75MVA的變壓器，短路損耗

414KW，短路電壓（Uk%）=16.7；變電所1和變電所3分別配有兩臺容量為63MVA的變壓器，短路損耗為245KW，短路電壓（Uk%）=10.5；（3）輸電線路資料：發(fā)電廠和變電所之間的輸電線路的電壓等級及長度標(biāo)于圖中，單位長度的電阻為0.17Ω，單位長度的電抗為0.402Ω，單位長度的電納為2.17*10-6S。（4）系統(tǒng)圖：兩個發(fā)電廠分別通過變壓器和輸電線路與四個變電所相連。

（三）電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)置與分類。從題目給定的系統(tǒng)圖中，可了解該系統(tǒng)為兩端供電網(wǎng)絡(luò)，本課題設(shè)母線1、2為節(jié)點(diǎn)1、10，設(shè)變電所1、2、3、4的高壓側(cè)為節(jié)點(diǎn)2、4、6、8，低壓側(cè)為節(jié)點(diǎn)3、5、7、9。并設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)1，PV節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)10，剩余節(jié)點(diǎn)為PQ節(jié)點(diǎn)。

變壓器共有5個抽頭，當(dāng)變壓器高壓側(cè)輸入電壓不穩(wěn)定時來調(diào)整抽頭以保持變壓器二次側(cè)輸出電壓的穩(wěn)定。電壓調(diào)節(jié)范圍為， 對應(yīng)的分接頭開始時設(shè)變壓器高壓側(cè)接主接頭，降壓變壓器5個分接頭時的非標(biāo)準(zhǔn)變比以備調(diào)壓時選用。對于變電所低壓母線為35K變壓器，非標(biāo)準(zhǔn)變比的算法與10KV的相同。

（五）Matpower的M文件的編寫。M文件的3個矩陣分別設(shè)置系統(tǒng)母線參數(shù)、接入系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)（變電所）參數(shù)和系統(tǒng)中各支路參數(shù)，如圖2、圖3、圖4所示。

二、潮流計(jì)算結(jié)果分析

通過運(yùn)行M文件，可得系統(tǒng)潮流計(jì)算的部分結(jié)果如圖2所示。

（1）根據(jù)圖5可知，負(fù)荷消耗的有功功率228.8MW與系統(tǒng)的有功損耗11.82MW之和為240.62MW，與兩個發(fā)電廠輸出的有功功率近似相等，這與理論結(jié)果一致，說明此潮流計(jì)算是正確的。（2）根據(jù)圖6可知，PV節(jié)點(diǎn)10的有功功率和電壓幅值在潮流計(jì)算過程中保持不變，而平衡節(jié)點(diǎn)1的有功功率變?yōu)?0.62MW，是因?yàn)樗淖饔檬瞧胶庀到y(tǒng)功率。（3）平衡節(jié)點(diǎn)1的有功功率40.62MW在初始設(shè)置的功率范圍內(nèi)，說明選擇1號節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)是正確的。（4）圖6中平衡節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和有功功率以及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功無功功率與初始設(shè)置的數(shù)據(jù)是一致的，表明了在潮流計(jì)算中，這些量為定解條件。（5）系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓如表4所示，根據(jù)系統(tǒng)給定條件低壓母線10KV在9.5—10.5KV之間，變電所低壓母線35KV在35—36KV之間，經(jīng)過折算發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)3、5、7、9不在指定范圍內(nèi)，需要進(jìn)行電壓調(diào)整，電壓調(diào)整后折算發(fā)現(xiàn)3、5、7、9節(jié)點(diǎn)已滿足要求，且相角隨電壓幅值而變化。線路的有功損耗逐漸增加，四個變電所低壓側(cè)電壓均在允許范圍內(nèi)，符合課題要求，具體支路損耗見表5。

三、Matpower、Matlab編程和Simulink仿真三種方法的比較

（1）隨機(jī)抽取5個節(jié)點(diǎn)的調(diào)節(jié)后的電壓標(biāo)幺值進(jìn)行對比，如表7所示。

（2）隨機(jī)抽取5條電壓調(diào)整后的支路功率進(jìn)行對比，如表8、9所示。

由上述比較可知，從運(yùn)算結(jié)果的各節(jié)點(diǎn)的電壓、支路損耗及支路功率進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)三種方法的數(shù)據(jù)差別很小，可以說對同一個電力系統(tǒng)，運(yùn)用這三種方法進(jìn)行潮流計(jì)算，其結(jié)果是相同的。

四、結(jié)語

對給定系統(tǒng)通過Matpower進(jìn)行潮流計(jì)算后，其運(yùn)算結(jié)果從節(jié)點(diǎn)、支路等方面與Matlab編程與Simulink仿真的結(jié)果進(jìn)行了對比，得出系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，且在符合系統(tǒng)要求的情況下，三種方法的潮流計(jì)算結(jié)果基本一致。

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