220KV辐射状电网潮流计算及变电所主接线设计

安徽理工大学毕业论文1本科毕业设计说明书220KV 辐射状电网潮流计算及变电所主接线设计220KV RADIATION GRID TIDAL CURRENT CALCULATION AND THE MAIN WIRING DESIGN OF TRANSFORMER 学院（部）： 电气与信息工程学院 专业班级： 电气 13-2 学生姓名： 李家豪 指导教师： 齐辉讲师 年 月 日安徽理工大学毕业论文2摘要220KV 辐射状电网接线属于无备用式又称开式网络系统，由一条电源线路向用户供电，又称为 220KV 放射式网络。而 220KV 辐射状电网的潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种最基本的电气计算。在电力系统的规划方案和运行方式的研究中，都必须需要进行潮流计算以对比规划供电方案和运行方式的经济性、可靠性和可行性。同时为了达到实时监控电力系统的运行状态，也必须要进行大量的而且迅速的潮流计算。所以，研究 220KV 辐射状电网的潮流计算极其重要并且非常有实际意义。本文选择 220KV 辐射状电网潮流计算及变电所主接线设计为主攻方向，首先分析220KV 辐射状电网的特点，深入研究直角坐标下的牛顿法潮流计算的特性和理论。结合220KV 辐射状电网的特点，通过直角坐标下的牛顿法进行潮流计算。然后结合现代电力系统的特点和我国目前的经济状况，深入的研究主接线的可靠性以及主接线方式的选择，对变电所主接线的设计步骤进行探讨。通过毕设，深刻理解了潮流计算和主接线的详细过程，学习了潮流计算的计算机算法和程序编写等，体会到了毕业设计的辛苦和同学一起学习的快乐。关键字：潮流计算，牛顿直角坐标法，一次主接线设计安徽理工大学毕业论文3ABSTRACTThe 220KV radiation grid connection is a non-backup and open network system, powered by a power line to the user, also known as 220KV radiation network .The current calculation of the 220KV radiation grid is a basic electrical calculation for the steady state performance of the power system .In order to monitor the running state of the power system in real time, there is also a large and rapid flow calculation .So, the trend calculation of 220KV radiation grid is extremely important and very practical.This paper choose 220KV power flow calculation and radial grid substation main wiring design as the main direction, the first analysis of the characteristics of the 220KV radial grid, in-depth study of Newtons method in the cartesian coordinates the characteristics of power flow calculation and theory .Combining the characteristics of the 220KV radiation grid, the trend is calculated by the Newtonian method of rectangular coordinates .Then according to the characteristics of the modern electric power system and the current economic situation in our country, the reliability of the in-depth research of main electric connection as well as the choice of the main connection mode, discusses substation main wiring design steps.Through the project, understand the detailed process flow calculation and main wiring, learning the computer algorithm of power flow calculation and programming, etc., realized the joy of graduation design of hard study with my classmates.Keywords: power flow calculation, Newtonian right Angle method, Primary connection design.安徽理工大学毕业论文4目录第一章 绪论.11.1 引言.11.2 潮流计算.11.2.1 潮流计算的特点及目的.11.2.2 潮流计算的研究现状.21.3 本文的主要工作.2第二章 电力系统潮流计算的基本原理.42.1 引言.42.2 电力系统潮流计算的数学模型.42.2.1 节点导纳矩阵.42.2.2 潮流计算的功率方程.52.2.3 潮流计算中的节点类型.62.2.4 潮流计算的约束条件.72.3 牛顿法潮流计算.72.3.1 牛顿法的特点和基本原理.72.3.2 牛顿法的表现形式.92.4 本章小结.15第三章 220KV 辐射状电网潮流计算分析 .163.1 简单辐射状电网的潮流计算.163.1.1 计算网络元件的参数.163.1.2 潮流计算.163.2 变电所较多的辐射网络的潮流分布.163.3 输电线的电压和功率分布计算.173.3.1 给定同一节点的电压和功率的潮流计算.173.3.2 给定不同节点的电压和功率的潮流计算.193.3.3 工程上常用的几个计算量.203.4 算例分析.213.4.1 算例.213.5 本章小结.23第四章 220KV 辐射状电网的变电所主接线设计 .244.1 变电所主接线设计综述.24安徽理工大学毕业论文54.1.1 电气主接线设计概念.244.1.2 电气主接线设计的基本要求.244.1.3 电气主接线的设计程序.254.2 主接线的基本接线方式.274.2.1 单母线接线以及单母线分段接线.284.2.2 双母线接线及双母线分段接线.304.2.3 带旁路母线的单母线和双母线接线.334.3 本变电所电气主接线设计.36第五章 总结.38致谢.39附录.40参考文献.49安徽理工大学毕业论文1第一章 绪论1.1 引言因为电力应用灵活，容易运输，易转化等特点，所以与国民的经济和人们的生活息息相关。电力系统它是一个实现能量转换、分配、传输的复杂系统。电力系统是动态的，其具有分层分布、高维数、大型及非线性等特点 1。电力系统的安全可靠运行和分析一直以来是电力工作者的研究热点。在电力系统的稳态分析中，潮流计算是最基础也是最重要的计算，潮流计算是电力系统动态稳定和静态稳定分析、电力系统短路计算的根本，同时也是电力系统安全运行可靠性分析、规划、运行以及预案优化调整的根本 2。如果给定电力系统的电力系统的结构参数和运行边界条件，潮流计算就能确定电力系统中各个部分的运行状态。就是在给定的运行方式下求出电力网络中各个节点的电压和网络中的功率分布情况，用来检查电力系统中的各个元件的负荷是否超过了临界值，节点的电压是否越界，功率分布是否正常等 3。随着当今社会的飞速发展。电力网络有了非常巨大的变化，在我国的电力系统中 220KV 辐射状电网占有一定的比重，所以对其的潮流计算及及变电所主接线设计具有一定的意义，这也受到了电力研究人员的高度关注1.2 潮流计算1.2.1 潮流计算的特点及目的潮流计算是根据电力系统中给定的运行条件来确定电力系统中的功率损耗、功率分布、以及各个母线的电压。在解决电力网络的实际运行和规划电力系统的问题时，潮流计算是不可缺少的部分，它的主要目的有 4：1. 根据潮流计算的结果，选择出一个当前最适合电力系统的运行计划。2. 根据潮流计算的结果，判断功率的分布是否合理、母线上的电压是否越界等。3. 判断在电力网络中的各种电气元件的负荷是否超过临界值。4. 在整个的电力系统规划中，用来选择适当的电气设备和合理的界限方式。5. 在电力系统的运行中，为后续的短路计算、稳定计算和调压计算做准备，以及用于系统检修计算的指定和系统的运行方式在电力系统中，潮流计算是最重要、最基础的电气计算，它是分析和研究电力系统的基础。为了实时监控整个电力系统的运行状态，电力的工作人员必须进行快速、大量且准确的潮流计算。子啊电力系统中，在线的潮流计算计算用于电里系统运行状态的实时监控：而离线的潮流计算用来系统的运行方式和规划设计的安排。潮流计算安徽理工大学毕业论文2属于稳态分析的范畴，它的计算数学模型不包括微分方程也不涉及系统元件的过渡过程和动态的属性 5。潮流计算实质是求解非线性方程组，其中迭代是非线性方程组求解的主要办法。所有的潮流计算到要遵守一些共同的要求，这些基本的要求总的来说可以归纳为以下几点：使用方便灵活、内存开销少、计算速度快（特别是在算法设计的比较好的情况下） 、可靠性好、收敛性好（尤其是在病态系统中） 6。1.2.2 潮流计算的研究现状20 世纪 50 年代初，当计算机开始在电力系统分析中使用时，求解潮流计算的方法被称为高斯赛德尔迭代法（下面简称导纳法） 。该方法是以节点导纳矩阵做为出发点进行计算，也被其他人称为逐次代入法，原因在于导纳法它存在收敛性很差的弊端，为了解决这个问题，后来的人提出了阻抗法。阻抗法改善了电力系统潮流计算的收敛性问题，在当时得到了非常广泛的应用。它曾经为我国的电力系统的运行、设计和研究做出极大的贡献。但是由于阻抗存在占用计算机的内存大、迭代的计算量也很大等缺点。所以严重的影响了它的发展和应用。20 世纪 60 年代，开始出现了牛顿-拉弗逊（以下简称牛顿法）和分块阻抗法，牛顿法有非常好的收敛性，而且是数学中求解非线性方程式的经典方法。它解决电力系统的潮流计算根据导纳矩阵。所以，在迭代的过程中只需要尽可能的维持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以将牛顿法潮流计算的程序的效率大大的提高，正是这些优点，直到目前仍然被广泛的采用。20 世纪 70 年代后期，有人将泰勒级数的高阶项添加进去，产生了保留非线性的潮流算法。另外，以解决病态潮流计算，出现了非线性潮流计算，即将潮流计算表示为一个没有约束非线性的规划问题的模型。到了 29 世纪 80 年代之后，潮流算法的研究一只非常活跃，但是绝大部分的研究都是围绕 P-Q 分解法和牛顿法及其它的改进算法进行的直到现在为止，新的潮流计算算法及改进和它的改进算法仍然被不断的开发出来。即使这些算法取得过不错的成就，但是因为各方面的性能和稳定性都不如牛顿法和 P-Q 分解法，所以没有得到非常广泛的应用。总的来说， P-Q 分解法和牛顿法现在仍然处于不可取代的地位，另外，还有一个用于特殊场合的潮流计算 7。1.3 本文的主要工作本文选择 220KV 辐射状电网潮流计算及变电所主接线设计为主攻方向，研究的内容主要涉及到以下几个方面：1.分析 220KV 辐射状电网的特点，深入研究直角坐标下的牛顿法潮流计算的特性安徽理工大学毕业论文3和理论。结合 220KV 辐射状电网的特点，通过直角坐标下的牛顿法进行潮流计算。2.结合现代电力系统的特点和我国目前的经济状况，深入的研究主接线的可靠性以及主接线方式的选择，对变电所主接线的设计步骤进行探讨。安徽理工大学毕业论文4第二章 电力系统潮流计算的基本原理2.1 引言在电力系统的稳态分析中，潮流计算算的上是最基本的电气计算之一。根据系统中给定运行条件，潮流计算就可以迅速的确定整个电力系统处于稳定运行状态的参数：主要是系统中的功率损耗和功率分布、各个母线上的电压（包括幅值和相角） 。潮流计算即是电气系统规划、设计和运行方式的经济性、可靠性和合理性进行研究的证据，同时又是电力网络静态和暂态计算的基础。潮流计算经过了半个多世纪的发展，潮流计算的算法研究已经非常的成熟，并伴随出大量的研究成果。在现代的电力系统的研究分析中，P-Q 分解法和牛顿法这两种方法都具有收敛性可靠、计算速度快、内存占用少和使用方便灵活等优点。所以被广泛的采用。直角坐标牛顿法潮流算法是本文主要研究的方向。2.2 电力系统潮流计算的数学模型2.2.1 节点导纳矩阵电力系统是由变压器、输电线路、发电机和负荷等元件组成的，所以电力系统的运行状态可以用回路电流方程或节点电压方程来表示，结合电力系统的运行特点和现实状态的数据量，电力网络中运算都是用节点电压方程去运算的。而节点电压方程的计算基本上都是以节点的电压作为待求量，电力系统中的运行状态根据节点电压唯一确定。如果计算出节点电压，就可以非常迅速的计算出支路功率、电流和节点功率等运行变量。根据电路中的基尔霍夫定律可以知道，对于包含 n 个节点的电力网络，使电压分别为 ， ， .， ，电流向量应为 ， ，.， ，所以网络的节点方程组为：1V2n1I2I（2-1）nmnnnmIVYVY21 22212 11式中导纳矩阵元素为 。nm式（2.1）用矩阵式表示为：安徽理工大学毕业论文5（2.2）nnnnIIVYY 212121