基于PSCAD的电力系统稳态分析优秀课程设计.docx

摘要
伴随科技发展，电力已经和大家生活亲密相关，而建立结构合理大型电力系统不仅便于电能生产和消费集中管理、统一调度和分配，降低总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地域能源资源合理开发利用，更大程度地满足地域国民经济日益增加用电需要。电力系统规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平标志之一。电力系统稳态分析包含时尚分析和静态安全分析。时尚计算针对电力系统稳定运行方法，而静态安全分析则要研究多种运行方法下部分系统元件退出运行后系统情况。牛顿-拉夫逊法是数学中处理非线性方程式经典方法，有很好收敛性。处理电力系统时尚计算问题是以导纳矩阵为基础，所以，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵稀疏性，就能够大大提升牛顿法时尚程序放率。本设计采取电力系统仿真软件pscad，能够直观地看出电力系统运行时时尚分布，从而完成课程设计要求。
关键词：时尚计算；稳态分析；pscad
目录
摘要 ……………………………………………………………………………I
1 课题内容要求及目标………………………………………………………1
1.1课题要求………………………………………………………………………1
1.2课题内容………………………………………………………………………1
1.3 课题目标………………………………………………………………………2
2 牛顿拉夫逊法介绍……………………………………………………………2
2.1牛顿拉夫逊法原理…………………………………………………………2
2.2 时尚计算步骤图……………………………………………………………3
3方案设计…………………………………………………………………………4
3.1方案概述………………………………………………………………………4
3.2课题设计图………………………………………………………………4
4系统调试和仿真………………………………………………………………5
4.1 pscad介绍……………………………………………………………………5
4.2仿真调试………………………………………………………………………6
5总结………………………………………………………………………………7
参考文件…………………………………………………………………………8
附录…………………………………………………………………………………9

1课题内容要求及目标
1.1 课题要求
（1）熟悉PSCAD软件；
（2）编写时尚计算步骤图；
（3）建立系统接线图仿真过程；
（4）得出仿真结果。
1.2 课题内容
题目五：图1.1所表示，一个5节点系统，已知节点5为平衡节点，节点1为节点，其它为节点。认为基准标幺值支路数据由表1给出。，，，，，，给定电压初始值如表1.1所表示，收敛系数。试求：

图1.1 5节点简单电力系统
表1 网络各元件参数标幺值
支路
电阻
电抗
输电线路
变压器变比k

1—2
0.06
0.18
0.020
—
—
1—3
0.05
0.16
0.020
—
—
1—4
0.04
0.12
—
1.05
—
1—5
0.02
0.06
0.025
—
—
2—3
0.01
0.04
0.010
—
—
2—5
0.08
0.24
0.025
—
—
3—4
0.08
0.24
0.025
—
—

节点i
1
2
3
4
5

1.0+j0.0
1.0+j0.0
1.0+j0.0
1.0+j0.0
1.05+j0.0
1.3 课题目标
（1）掌握电力牛顿-拉夫逊法时尚计算基础原理；
（2）掌握并能熟练利用PSCAD软件；
（3）经过课程设计,使学生巩固电力系统三相短路计算基础原理和方法，掌握短路电流数值求解方法(节点导纳矩阵，修正方程)，开发系统牛顿拉夫逊法计算程序。让学生掌握用计算机仿真分析电力系统方法。同时，经过软件开发，也有利于计算机操作能力和软件开发能力提升。
2 牛顿拉夫逊法介绍
2.1牛顿拉夫逊法原理
设r是f(x)=0根，选择x0作为r初始近似值，过点（x0,f(x0)）做曲线y=f(x)切线L，L方程为y=f(x0)f'(x0)(x-x0)，求出L和x轴交点横坐标x1=x0-f(x0)/f'(x0)，称x1为r一次近似值。过点（x1,f(x1)）做曲线y=f(x)切线，并求该切线和x轴横坐标x2=x1-f(x1)/f'(x1)，称x2为r二次近似值。反复以上过程，得r近似值序列，其中x(n+1)=x(n)－f(x(n))/f'(x(n))，称为rn+1次近似值，上式称为牛顿迭代公式。
解非线性方程f(x)=0牛顿法是把非线性方程线性化一个近似方法。把f(x)在x0点周围展开成泰勒级数f(x)=f(x0)+(x－x0)f'(x0)+(x－x0)^2*f''(x0)/2!+…取其线性部分，作为非线性方程f(x)=0近似方程，即泰勒展开前两项，则有f(x0)+f'(x0)(x－x0)=f(x)=0，设f'(x0)≠0则其解为x1=x0－f(x0)/f'(x0)这么，得到牛顿法一个迭代序列：x(n+1)=x(n)－f(x(n))/f'(x(n))。

2.2时尚计算步骤图
参考《电力系统分析》一书计算过程及原理，能够画出以下程序步骤图。

否
是

计算雅可比矩阵各元素
计算平衡节点功率及全部线路功率
输入原始数据

形成节点导纳矩阵

给定节点电压初值

k 0

计算

解修正方程求

k+1 k

输出

图2.1 时尚计算步骤图
3方案设计
3.1方案概述
考虑到此次课程设计是基于电力系统仿真软件pscad，我们首先确定设计大致框架，然后在对模块进行设计，其中包含系统输出测量模块，对个母线上电压、电流和有功和无功进行测量，能够直观看到各个量改变曲线，在对题目所要求参数进行修正，从而完成设计内容。
3.2课题设计图
依据课题要求得到课题设计图图3.1所表示。

图3.1 课题设计
从上图能够看到整个模块模型，各母线间线路采取π型等值电路，和用来采集各母线上信号装置，这么时尚分布就能经过图表来观察。

4系统调试和仿真
4.1 pscad介绍
Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC初版，是一个世界各国广泛使用电力系统仿真软件， PSCAD是其用户界面，PSCAD开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件能够作为实时数字仿真器前置端。可模拟任意大小交直流系统。操作环境为：UNIX OS， Windows95， 98， NT；Fortran 编辑器；浏览器和TCP/IP协议。伴随中国电力事业发展，不管是理论研究还是现场工作,全部广泛用到了PSCAD。
程序EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）是现在世界上被广泛使用一个电力系统仿真分析软件，它即能够研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制多功效（Versatile Tool）工具。PSCAD（Power System Computer Aided Design）是EMTDC前处理程序，用户在面板上能够结构电气连接图，输入各元件参数值，运行时则经过FORTRAN编译器进行编译、连接，运行结果能够伴随程序运行进度在PLOT中实时生成曲线，以检验运算结果是否合理，并能和MATLAB接口。EMTDC/PSCAD关键功效是进行电力系统时域和频域计算仿真，经典应用是计算电力系统遭受扰动或参数改变时，电参数随时间改变规律；另外EMTDC/PSCAD还能够广泛应用于高压直流输电、FACTS控制器设计、电力系统谐波分析及其电力电子仿真。软件还能够作为实时数字仿真器（Real Time Digital Simulator，RTDS）前置端(Front End)。另外，EMTDC/PSCAD还含有强大自定义功效，用户能够依据自己需要创建含有特定功效装置。实时回放系统（RTP）是基于EMTDC/PSCAD软件测试系统，它能够结合EMTDC/PSCAD计算产生结果（信号）来测试继电保护系统、控制系统及监控系统。
4.2仿真调试
经过点击运行键能够得到以下图：

图4.1 母线上1、2上功率分布图
从图4.1能够清楚看到母线1、2上有功功率和无功功率分布情况和瞬时电压和相角改变情况。

图4.2 母线上3、4上功率分布图
从 图4.2能够看到母线上有功功率和无功功率开始时有波动，最终趋于稳定，波形近似一条直线。
就整个仿真过程中而言，我们碰到了部分小小问题，比如进行编译时提醒有错误，我们经过失误提醒找到问题所在，原来是测量装置信号标签没有和图对应好，标签命名也有一定要求，最终经过更改信号标签了，实现了仿真。还有就是有看不到波形，最终经过改变纵横坐标大小处理了这一问题。总来说此次仿真基础符合要求。

5总结
我组任务是用牛顿—拉夫逊法对五个节点系统进行时尚计算。关键是进行设计图设计。能够说，首先接到这种题目，要用pscad去进行电力系统仿真，我实在是不知从何下手，经过去图书馆借了部分相关pscad书及到网上下部分资料来完成这些初步工作。接下来就是画出一个设计图，然后依据部分资料进行修改。以后发觉老是有错误，无法仿真，好在以后老师发来参考资料才弄出来。不过做出来时候却发觉即使能仿真出来但不清楚该怎么读图，好在看了一下参考书籍才搞清楚。
总而言之这次课程设计收获蛮大，对pscad软件有了初步了解，大致仿真步骤和为满足系统要求，而不停做出修改，同时意识到pscad博大精深，以后一定会深入学习，在这个过程中，我也明白了只要用心去做，认真去做，持之以恒，就会有新发觉，有意外收获。这为以后电力系统暂态分析和毕业设计会有很大帮助。

参考文件
[1] 何仰赞.电力系统稳态分析[M].武汉：华中科技大学出版社，.
[2] 电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1993.12
[3] 于永源，杨绮雯. 电力系统分析[M]. 北京：中国电力出版社，.3
[4] PSCAD 试验指导书.

致谢
在论文完成之际，我要尤其感谢老师热情关心和悉心指导。在我撰写论文过程中，老师倾注了大量心血和汗水，不管是在论文选题、构思和资料搜集方面，还是在论文研究方法和成文定稿方面，我全部得到了老师悉心细致教育和无私帮助，尤其是她广博学识、深厚学术素养、严谨治学精神和一丝不苟工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深谢意。
在论文写作过程中，也得到了很多同学宝贵提议，在此一并致以真挚谢意。感谢全部关心、支持、帮助过我良师益友。