电力系统研究分析范文1

电力系统潮流计算具有很重要的现实意义：可以合理规划电网中的电源容量和电源接入点以及确定**的电网架构；可以找出电网中因为负荷增长和新设备投入而导致的薄弱环节，方便对电网进行网架结构的改进以及基建的加速；提供发电厂进行有功、无功调整以及负荷调整的计算依据；可以分析未来可能发生的事故以及设备的投切对电力系统静态稳定性的影响，进而得出相应的运行方式和调整方案。

在过去半个世纪以前，人们都是采用手工方法计算电力系统潮流，主要依靠计算尺。但是由于电力系统日渐复杂，手工计算起来非常复杂，不仅耗时费力，同时也容易出错。与此同时，伴随着计算机行业的飞速发展，就出现了后来的计算机算法。

在传统的“电力系统分析”教学课程中，教师们一般仅针对一些简单的电力系统（节点数很少）进行潮流计算，而忽视了现有潮流计算最通行常用的计算机算法。这种课程教学不仅枯燥，学生难以深刻领悟，而且与实际研究脱轨，因为目前现实中的电力系统都很复杂，采用手算不切实际，也就失去了教学的根本意义。本文针对课程教学中潮流计算方面存在的问题而进行教学改革研究。

DIgSILENT软件的潮流计算简介

电力系统仿真软件DIgSILENT的名称来源于数字仿真和电网计算程序（Digital Simulation and Electrical Network），是德国DIgSILENT GmbH公司开发的电力系统仿真软件。

DIgSILENT软件几乎包含了所有电力系统的常用分析功能，如潮流计算、短路计算（包括对称短路和不对称短路计算）、机电暂态和电磁暂态计算、谐波分析以及小干扰稳定性分析等等。另外一个重要的特点是把机电暂态分析模型与电磁暂态分析模型结合到一起，这样做的好处就是它不仅能够分析电网的暂态故障，而且又能研究电网的长期的电能质量问题及其控制手段。

DIgSILENT/Power Factory提供了非常全面的电力系统元件的模型库，包括发电机、电动机、控制器、动态负荷、线路、变压器、并联设备的模型，甚至包括风电机组电气部分的模型，如：双馈感应电机、变频器等等；其他部分如风速、机械传动系统、空气动力学部分以及控制系统都采用动态仿真语言DSL进行搭建。

DIgSILENT可以描述复杂的单相和三相AC系统及各种交直流混合系统。利用DIgSILENT进行潮流计算时，通过指定发电机、异步电动机、负荷等系统元件的特性来确定与之相连的母线在潮流计算中相应的属性，这样就能够以简单的操作方式来模拟复杂而真实的系统。此外，程序还提供了多种远程控制模式，例如多个发电机共同控制系统频率或母线电压等。DIgSILENT以更加接近实际情况的方式执行网络的控制模式，使操作和计算均得到简化。潮流求解过程提供了3种方法以供选择：经典的牛顿-拉夫逊算法、牛顿-拉夫逊电流迭代法和线性方程法。与此同时，DIgSILENT软件还可以进行变电站控制、网络控制以及变压器分接头调整控制。当潮流计算遇到不收敛的情况时，程序会自动将非线性的元件模型逐步线性化（主要是将所有负荷逐步转变为恒定阻抗，将非平衡节点发电机转变为带内阻抗的简单电压源），进而得出计算结果，该结果可用于对系统不收敛的原因作进一步分析。潮流计算的同时，DIgSILENT软件还可以实现过负荷校验计算等功能。

此外，最新版本的DIgSILENT还提供了最优潮流计算（OPF）功能。所谓最优潮流计算就是对基本潮流计算的有益补充。最优潮流计算主要采用内点法，而且提供了多种约束条件和控制手段，其目标函数主要有最小网损、最小燃料费用、最大利润及最小区域交换潮流。

DIgSILENT软件正逐渐成为电力系统研究方面最为认可的计算机软件之一，其所提供的潮流计算以及仿真结果已经在世界范围内得到广泛认可。

课程教学安排

手算

潮流计算可以用一组高阶的非线性的方程来表示，但是不含有微分方程，主要是因为潮流计算隶属于稳态分析，故不涉及系统元件的动态特性和过渡过程，而解非线性代数方程组最基本的方法就是迭代。因此，设计潮流计算算法的首要任务同时也是最为关键的问题就是收敛性，最终得出合理的解。

虽然目前计算机潮流算法运用十分广泛，但是掌握一些手算方法，不仅可以加深对其物理概念的理解，而且即便采用计算机算法，之前通常仍需采用手算求取某些原始数据。

这里所说的潮流计算手算方法主要针对简单网络的潮流分布，但是所谓的简单网络和复杂网络之间并没有明显的界限。课前老师把所需进行手算的算例以及分析资料分发给学生，让大家提前预习并先进行独立计算。然后在实验课上针对大家可能出现的共同问题进行详细讲解，并推导全过程，加深大家对潮流计算的认识和理解，掌握其原理。

运用DIgSILENT软件计算电力系统潮流

前面已经说到，计算机算法是大势所趋，而且已经得到广泛运用，是电气工程专业学生必须掌握的一项重要技能，也是未来继续深造以及竞争重要工作岗位的一个重要砝码。所以掌握并熟练运用计算机软件对本专业学生的未来发展起着重要的推动作用。

众所周知，DIgSILENT软件正逐渐成为电力系统研究方面最为认可的计算机软件之一。无一例外，任何一种电气设计软件都是先寻找或是自己搭建元件模型，然后通过所述关系搭建网络模型，其次就是设置元件参数，最后进行潮流计算。那么，如何判断一种设计软件是否优越，就是一看元件模型库是否丰富、准确，二看元件参数设置是否简单明了，再者就是看控制语言是否简洁易懂。

DIgSILNET采用有名值进行计算，电网元件从类型数据和个体数据两个层面被严格定义。类型数据包含了该类型元件用于各个计算功能的基本信息，例如某一架空线路的类型为OHL110kV-1，该类型的架空线为潮流计算提供的基本信息为，，，为短路计算提供的基本信息为，。对某一类型数据的改变将影响到所有采用该类型属性的元件。个体数据则是每个元件在分析计算中所要用到的仅与该元件本身相关的数据，例如某一架空线路的长为。采用该种方法进行计算机计算是有很多好处的。首先，我们无需再进行标幺值计算，避免了繁琐的计算，可以直接采用一些直观的铭牌数据等；其次，对于软件来讲，这也大大减少了数据的重复储存，显然对提高计算机速度也有一定的帮助。

在DIgSILNET中执行潮流计算、故障分析、谐波分析、动态仿真等功能时，可以引入多种电力电子元件，包括FACTS装置（如SVS、TCSC和UPFC）、直流整流和逆变器等。DIgSILENT为所使用的电力电子元件提供了丰富、开放且定期更新的模型库。

这些对于课程教学来说，减轻了单纯的软件学习难度，可以缓解学生对新软件学习的畏难心理。这种人机交互的友好界面，不仅老师们授课讲解起来比较轻松，而且学生们更易于接受，更为重要的是可激发学生的自主学习兴趣。

对比手算与机算

在课程的最后一个环节，但也是很重要的一个步骤，就是对比分析潮流分布的手算以及计算机算法。众所周知，学习的一个关键环节就是要学会对比分析以及总结，这种能力是学生们亟待培养和掌握的。最后，通过对比两种方法的结果，计算两者之间的误差，再分析一下导致这种后果的原因，原因可能是计算机算法或是手算采用了哪些近似处理，或是计算结果精确度的不同，这些都是需要学生自己进行总结归纳的。这一步看似可有可无，电力系统潮流分布的手算以及机算的结果都已经出来，课程已经结束。实则不然，这关键的最后一步恰恰是中国高等教育中最缺乏的部分，就是对新知识的分析与自我总结。做好这一步，对于学生自主学习创新能力的提升起到关键作用。

电力系统研究分析范文2

关键词：电力系统；暂态稳定；分析方法

中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-01

一、引言

电力系统的稳定，对于我们如今的社会来说是非常重要的。电力系统的稳定性出现了问题，意思是指在电力系统正常运行的时候，受到外界的干扰，会出现运行数值的变化。

在电力系统的稳定性出现的问题当中，我们主要可以分为两大类，分别是静态稳定与暂态稳定。静态稳定是指电力系统由于受到外界的干扰之后，不会出现周期性的变化，而自动恢复到原来的电力系统状态。而另一种暂态稳定就是在电力系统在受到外界的干扰之后，不会恢复到原来的状态，而以一种新的运行状态来继续运行。所以我们要从不同的分析方法来分析电力系统的稳定性。

二、电力系统静态稳定分析

上面我们也说过，静态系统稳定是指在电力系统受到外界的干扰之后，本身的运行周期不会发生变化，而在干扰之后会自行的恢复的原来的运行状态，这样的电力系统就是静态稳定。静态稳定是基本上不需要我们来进行研究的，因为这样的电力系统，它会自动调节回来，不会对我们的生活造成太大的影响。而暂态稳定在受到外界的干扰之后，不但会出现本身运行周期的变化，在震荡之后，并不会回到原来的运行状态，而是以一种新的状态来运行。接下来我们将分别分析两中电力系统的稳定。

首先我们要讲述的是静态稳定的电力系统，这种静态的电力系统可以由以下这样的方法来分析，比如说全特征值分析法以及部分特征值分析法等。

首先我们可以用全特征值分析法来分析，在整个电力系统形成了雅可比矩阵A后，我们可以应用QR算法来完成整个矩阵的全部特征值，通过这样的方法来判断整个电力系统是不是静态稳定，这种方法具有的特点是占用的内存太大，同时整个预算的过程又太慢了，同时要是在计算大规模的电力系统的时候，就有可能出现误差，所以这种计算分析方法只能够应用于一些中小规模的电力系统，对于大规模的电力系统的实用性并不大[1]。

还有一种是部分特征值计算法，对于这种分析方法来说，主要就是为了关注整个矩阵中与需要分析目标相关的那一部分特征值，对于出现了震荡的不稳现象时，也是主要关注其中较大的特征值。采用这样的分析方法主要是针对在整个电力系统的低频震荡的分析，在整个矩阵中采取其中的主导特征值，这种从矩阵的部分特征值来分析的方法中，有点是将矩阵进行降阶后在进行分析，而有的分析方法却是直接在用矩阵来进行的分析计算的。以上的都是利用矩阵的特征值来进行的分析，其实在除了利用特征值来分析电力系统的稳定外，还可以用到的另一种就是频域分析法。

三、电力系统暂态稳定分析

这中电力系统是在受到外界的干扰之后，不会恢复的到原来状态的一种电力稳定系统。这是在电力系统受到外界大的扰动而引发的一种电磁的暂态过程，这种过程还会牵扯出机械运动的暂态过程一种相对要复杂的一种过程。在整个过程中，由于这种过程太过复杂，所以在分析这中电力系统的稳定的时候，我们需要注意一些问题。第一是不要考虑发动机对暂态过程的影响，应该电力系统中交流系统的变化。不考虑在频率变化时对整个电力系统中对系统的参数的影响。在这样的情况下，对于暂态稳定我们可以用以下这两中方法来进行分析，分别是数值解法以及直接解法这两种。

（一）数值解法

这种方法是在了解完暂态系统的微分方程以及它的代数方程之后，来计算求解的。主要应用的是各种的数值积分法来进行的求解来进行的计算分析。在这种利用各种方程来进行的计算的基础上，我们可以拓展出交替求解法以及联力求解法来。

首先我们要先分析的是交替求解法，这种方法可以在积分方程与代数方程两种方程中来选择。数值解法还应该要考虑的是对各种方程特性的适应性。在这中数值解法中主要应用到的方程可以有以下的一些方程，比如说稳定欧拉法、高斯-塞德尔迭代法、抗矩阵迭代法等。在这么多的计算方法中[2]，有一种梯形隐试积分法在计算电力暂态稳定当中具有很好的适应性。在如今的计算暂态稳定的方法中，都认为梯形积分法是最理想的一种方法了。

（二）直接解法

这种解法的中心思想是，在整个电力系统遭受到外界的干扰之后，不管是什么情况下，都会恢复到稳定的状态。所以直接法就是在整个状态的空间中找到一个稳定的平衡点，在以这个点为中心，将周边的范围作为一个稳定的区域，再使用李雅普诺夫函数来计算分析。要是出现的扰动不在稳定域内，也不可以说整个系统就是不稳定的，这也是在直接解法所占有的保守性特性。在直接的解法当中，还有一些实用的方法主要有不稳定平衡点法，势能界面法，单机能量函数法等。这些方法都可以应用到各种复杂的电力系统中去。

在整个暂态稳定的分析方法中，除了上述的几种方法之外，还有一种是概率分析方法，这种应用各个方面的因素来得出某些概率的方法也可以用来检测电力系统的稳定性

四、结束语

电力系统的稳定在整个中国电网中，是占据着非常重要的作用的，它直接会影响到一个国家的发展与进步。所以本文通过分析电力系统的各种稳定性的方法，来提取出对于电力系统有帮助的稳定性分析方法，希望对于我国的电力系统有帮助。

参考文献：

[1]薛禹胜.运动稳定性量化理论[M].南京：江苏科学技术出版社，2009.

电力系统研究分析范文3

【关键词】电力系统无功优化调度

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

在现今社会，实现电力系统在安全可靠的前提下经济运行，不仅对国民经济具有重大意义，对国家政治也有重要影响。因此，面对日趋复杂的系统和日益增长的用户需求，如何保证电网“安全、优质、经济”运行，一直以来都是电力系统工程技术人员和学者的研究的重要课题之一。

一、无功优化的意义

电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的一种有效手段，是提高电力系统电压质量的重要措施之一。实现无功功率的优化可以改善电压的分布、提高用户端的电压质量、减少电力传输(主要是线路和变压器)的电能损耗，从而降低电力成本，同时也能提高电力传输能力和稳定运行水平。

随着自动化技术的日益成熟，基于传统的安全监控和数据采集系统的高级应用软件如网络拓扑、状态估计、调度员潮流正逐步趋于实用化，在此基础上可以进行功能的再扩展，开发电网电压、无功优化控制系统。随着电力通信的飞速发展，我们可以在现有的自动化系统基础上进行无功优化计算，下达控制指令，利用电力通信信道，将这些指令传递给变电站的综合自动化系统，投切电容器、调节变压器分接头，来实现无功功率的最优控制，将线损降低到最低，使SCADA/EMS系统的效益更加直观、明显。

二、静态无功优化调度的模型与算法

1、数学模型

电力系统无功优化调度问题通常表示成含约束条件的非线性数学模型。从经济性角度出发的经典模型是将系统的有功损耗最小化作为目标函数，从系统安全性角度出发的模型是将系统运行状态（如节点电压幅值）偏离期望值之平方和最小或者电压稳定裕度最大作为目标函数，或者同时考虑这两者构成多目标模型，此外，还有以无功注入总成本最小为目标的模型。在电力市场环境下，如考虑到无功功率的发电和运行成本，则可以采用有功和无功的发电总成本最小化作为目标函数。

2、求解方法

无功优化的求解方法主要有非线性规划法（Non-Linear Programming，NLP）、线性规划法（Linear Programming，LP）等常规的无功优化方法以及人工智能搜索方法等。

（1）常规优化方法

NLP能直接处理非线性的目标函数和约束函数，应用较广泛的NLP方法主要有简化梯度法、牛顿法和二次规划法。

虽然ORPD问题属于最优潮流问题中的一个特例，目标函数和约束条件是非线性的，但应用求解经济调度的各种NLP方法来求解ORPD问题时或多或少都存在计算量大、收敛性差、稳定性不好等问题。简化梯度法对罚函数和梯度步长的选取要求严格，收敛慢，且不能有效地处理函数的不等式约束。尽管二次规划法的精确性及可靠性较好，但其计算时间随问题规模的增加而急剧增长，在求解临界可行问题时会出现不收敛。牛顿法具有快速收敛的特点，但尚不能有效处理电压无功优化控制中的大量不等式约束。

（2）专家系统和人工神经网络方法

20世纪80年代专家系统被引入到电网电压无功控制领域。有研究者提出了一种便于为实时控制建立专家系统的方法，灵敏度树，在此基础上开发了电力系统电压无功控制的专家系统，以协助操作人员监视母线电压并选择最有效的控制方法来处理电压越限情况。也有学者采用专家系统和模糊集求解ORPD问题，在一系列规则中引入启发式控制，根据隶属度函数来度量规则的适应度。虑到仅依赖于专家系统或者ANN方法进行ORPD求解难度很大，因而常将其作为常规算法的辅助和补充来发挥作用。

（3）内点法

自N.Karmarkar于1984年提出具有多项式时间可解性的线性规划内点算法以来，各种内点法相继被提出，并已被扩展应用于求解二次规划和直接非线性规划模型。它们的主要优点是计算时间对问题的规模不敏感，计算速度快，收敛性好。但如何探测和处理优化过程中的不可行解的问题是内点法的一个障碍。

（4）启发式搜索算法

近年来，启发式搜索算法在全局优化问题中得到了密切关注和广泛应用。如模拟退火算法、遗传算法、进化规划、进化策略、粒子群游算法、免疫算法、Tabu搜索算法以及这些算法的组合方法]等。而其中最引人瞩目的是遗传算法（Genetic Algorithms，GA）。

三、动态无功优化调度的模型与算法

在进行无功调度时将是在高电压环境下进行操作、切换控制设备，如这些情况出现得很频繁，就会破坏设备的绝缘强度、缩短设备的使用寿命，并形成事故隐患。此外，频繁调节控制设备还加重了运行人员的工作强度，容易产生操作错误，不利于系统的安全运行。

因此，在动态无功优化调度数学模型中引入了变压器抽头和补偿装置投切开关允许动作次数的限制。现有建模方法主要是将一天的负荷预测数据划分成若干（如24）个时段，然后以整天的能量损耗最小或者24时段内总网损最小为目标，并将控制变量的动作次数作为直接约束，从而获得全天各时段的无功调度模式，形成了十分复杂的时空耦合问题，常会受负荷预测结果精度的影响。

刘明波给出了动态无功优化问题中严格意义下的非线性混合整数数学模型，介绍了各种离散控制设备每天的最大允许动作次数相同时的优化结果，显示了动态无功优化取得的控制设备动作次数的降低是以有功网损的升高为代价的。

为简化动态无功优化问题，通常的做法是简化状态解空间以达到降维效果：任晓娟通过启发式规则确定控制设备的动作序列，采用一种稀疏矢量方法对控制变量进行一定的简化，将数学模型转化成静态优化模型，适合于求解高中压配电网的动态无功优化问题；文献Sharif S S将负荷曲线划分成若干时段，离散控制变量在每一个时段中的取值相同，在时段数较少（小于最大允许动作次数）的情况下自动满足动作次数限制，然后进一步在各个大时段（interval）中再细分出若干个周期（period），对每个周期只使用连续变量、依据实时负荷数据进行优化，以尽可能地降低网损。由于过分强调了动作次数约束而减少时段的分区，很多情况下无法调动所有设备进行无功优化。

Liang R H根据预测的24时段负荷数据，将变压器带负荷调压装置的动作次数和无功补偿投切次数作为约束，采用动态规划法求解。由于状态数量庞大，求解效率不高。

Wong Y K认为无功优化调度的目标除了通常被普遍采用的网损最小化和电压合格化之外，还应增加控制设备的操作最小化。因此目标函数中增加各个控制变量的变化量罚函数，并依据经验人为地根据各控制变量操作优先级的不同分配不同的罚因子，可惜各个罚因子没有真正的物理意义，取值缺乏科学依据。

潘哲龙则将网损和动作元件数作为两项惩罚项，加入到越限元件数最小化的目标函数中，采用一种分布式并行计算的遗传算法进行求解，不过该文也没有给出罚因子的选取方法。

倪炜提出在实时无功优化的目标函数中考虑控制变量的调节代价：以各台设备的成本与调节故障导致的损失费用之和除以寿命期内的有效调节次数。

展望

随着ORPD问题研究工作的深入，其控制次序问题和负荷模型问题将会凸现出来。控制次序的问题涉及应用层面，而目前无功优化控制的应用基本仍停留在离线的水平上，因而该问题的理论研究也不够深入，实际上，即使优化后得到一个可行解，在调节逐个设备的过程中也不一定能够保证不出现临时越限现象。负荷模型问题更是目前研究的一个盲点。实际上负荷与电压的关系相当密切，由于无功优化的结果往往导致部分状态变量逼近约束边界，负荷与电压的相互作用过程将会产生新的越限。由于负荷模型的研究本身是一个难点，通常将负荷视为恒功率，这种被普遍采用的假设值得推敲。

参考文献

[1] 周晓娟.电力系统无功优化方法分析[J].中原工学院学报.2009(01)

电力系统研究分析范文4

关键词：不确定性；潮流分析；概率性；可能性

引言

对于电力系统的调度和规划来说，潮流评估是一个强大且重要的工具和手段。确定性潮流分析需要系统提供各方面条件的精确数值才能保证分析结果的准确性，比如需求、发电量、网络情况等。然而，随着新能源时代的到来，世界上的电力系统中出现越来越多的不确定性情r，特别是分布式能源比如新能源的并网，将导致许多难以预测的副作用。所谓分布式发电，即将电力能源互相连接到分布式网络中。虽然分布式发电在技术、社会经济和环境保护等方面带来了许多无与伦比的优势，但是我们深知任何事物都有其两面性，这项技术也拥有消极的一面。分布式发电，特别是飞速发展的新能源，在对系统性能的不确定性方面的理论研究尚未成熟，需要一代又一代的中国优秀电气工程师投入大量精力研究。

1 不确定性潮流分析研究方法概论

在这样一种不确定的情况下，确定性潮流计算无法准确深刻地揭示电力系统运行的状态。因此，在如今的潮流计算研究中，基于不确定性观点下的潮流分析与计算受到广泛研究者的关注。当今的研究中，概率潮流分析通常认为是系统调度与规划的理想助力。概率潮流分析方法致力于模拟母线电压和线电流随不确定性系统中的参数改变而变化的状态分析，帮助电力系统工程师分析系统未来的状态变化趋势，这样在发生系统发生重大变化时可以提前作出相关的决策。如果这些系统中具有不确定性的状态量拥有充足的历史数据，现行的研究中主要采用基于概率论观点下的数学工具和模型来处理这类不确定性。然而，在电力系统实际运行中，很多不确定性的系统变量的历史数据往往不完整，或者变量的取值是通过经验推测的等。这些情况的存在将严重影响基于概率论建立的系统概率潮流分析模型的精确度。在电力系统实际运行中，对不确定变量的状态分析更加困难，一些不确定变量是概率性的，一些是可能性的，并且这两类不确定变量时常出现交叉耦合的情况。因此在这种情况下，同时考虑概率性和可能性的不确定性变量的影响是现行的研究方向，这也就是我们所谓的不确定性潮流分析问题。

至今为止，许多杰出的研究者和工程师提出了大量针对实际工程系统中不确定性现象分析方法，并且很多已经在研究中广泛应用。从上世纪70年代开始，电气工程师就已经提出了基于概率论的系统不确定性潮流分析方法。由于当时新能源研究和分布式发电技术还没有像现在这样普及，影响因素种类较为单一，因此在当时这种概率潮流方法取得了非常显著的效果。各种研究成果在时间的检验下演变，如今蒙特卡洛模拟作为一种基于概率论的概率潮流分析方法，在研究中广泛使用，被认为是先进系统潮流分析中普遍通用的概率模拟方法。这里对普遍通用的含义进行粗略的说明，电气工程师在大量的理论推演和实践中证明，蒙特卡洛模拟的结果在各种规模不同的电力系统中均表现得显著而准确，因为被当作模拟结果的参考值。蒙特卡洛方法的实际应用案例很多，当前在新能源发电并网与分布式发电的研究中基本上作为一种技术标中采用，并且各种蒙特卡洛相关方法还在开发中。

2 不确定性潮流分析中的挑战

历史的车轮滚动向前，基于概率论的潮流分析方法的研究还在继续发展。如今新能源与分布式方面的研究日新月异，历史的车轮残酷地碾过，电气工程师们面临着不断出现的技术难题。我们前面提到，当关于不确定变量的历史数据或其概率分布函数已知时，这种概率潮流方法才能取得较为显著的结果。这是由于概率潮流的理论基础中有一个假设，电网中所有类型不确定性变量都可以用基于概率论的方式表示出来，这种基于概率论的表示具体是就概率分布函数而言。通常在现在的电网中，由于层出不穷的因素的影响，比如历史数据不精确或稀缺、数据的保密性等等，在信息不足的情况下无法得出这些不确定性变量的概率分布函数。在这种情况中，概率理论的基石被打破，因此电气工程科研工作者必须转向其他研究不确定性现象的理论中寻求一线生机；哪怕天寒地冻，路遥马亡，也要在理论上找到突破口，为电力系统的现代化发展扫清一切障碍。最终这些伟大的电气工程师们研究发现，可能性理论正好可以填补这部分理论空白。基于这种想法，有研究者尝试过使用模糊建模的技术分析潮流中的不确确定性，全新的探索也一直在继续。

系统工程师们都知道，工程系统中均具有多种不同类型的不确定性状态变量，这是工程界通行的法则。实际的工程系统中，一些不确定性变量是概率性的（基于概率性理论描述），一些是可能性的（基于可能性理论描述），这些变量在系统中相互纠缠耦合，纯粹的概率性的和纯粹的可能性的不确定性变量是不存在的，因此单独应用某一个理论分析这些不确定性的结果令人十分懊恼。

工程实践中，一种结合两种理论的方法应运而生，而且工程的实用性知道我们必须把两种理论结合起来分析。这种基于概率和不确定理论的方法飞速发展，引起学者的广泛关注。现在研究中，一个主要的研究贡献是使用证据理论作为“胶水理论”，将概率理论与可能性理论“粘结”结合后应用到电力系统潮流分析，同时基于能源时代的大背景，综合考虑各种负载、风能和太阳能等新能源发电、汽轮机分布式发电、电动交通工具等因素。实际建模中，将各种负载、风能和太阳能等新能源发电中的不确定性变量当作概率性的，汽轮机分布式发电、电动交通工具等看成可能性的不确定性变量。

3 结束语

在这篇论文中，我们从历史唯物主义的角度讨论了潮流分析的发展和研究情况，并且就研究中出现的困难和挑战出发，介绍了一代代优秀的电气工程研究者的解决方案。以史为镜，这是一代代优秀电力系统研究者的思想精华之所在。我们站在巨人的肩膀上，把握住未来电力系统不确定性潮流分析的发展和研究方向。为此，立志科研，在电力系统未来半百时光的发展中，愿成为其健壮发展的坚实后盾！

参考文献

[1]武历忠，徐诚.电力系统潮流计算[J].云南电力技术，2016（04）.

[2]丁明，李生虎，黄凯.基于蒙特卡罗模拟的概率潮流计算[J].电网技术，2001（11）.

[3]Alarcon-Rodriguez A， Ault G， Galloway S. Multi-objective planning of distributed energy resources： a review of the state-of-the-art. Renew Sustain Energy Rev 2010，14：1353-66.

电力系统研究分析范文5

关键词：电力系统分析；电力系统软件；MATLAB

作者简介：王世山（1967-），男，陕西绥德人，南京航空航天大学自动化学院，副教授。（江苏 南京 210016）

基金项目：本文系南京航空航天大学教改项目、本科教学专业认证建设项目的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0076-02

“电力系统分析”是以电气工程一级学科为专业的本科及硕士生重要的专业课程，[1]本课程的基本内容包括电力系统稳态和暂态两大部分，均涉及到系统及相关电力设备的认识和实验问题。显然，以教学为主的大学无法完全满足电力系统所需的相关实验。因此，“仿真”（Simulation）就成为该类课程教学活动中最重要的手段之一。

考虑到电气工程一级学科下五个二级学科，各高校的侧重点略有不同。因此，作为本科及硕士生还是以理解电力系统的基本结构组成、基本运作模式为目标，同时辅以合适的“工程”观念，以此为“教学理念”，则“仿真”拟推荐专业化软件，避免学生陷入计算机语言的困惑中。目前，笔者查阅相关文献及与相关高校调研交流发现，鲜有教师提出以“软件”导行的教学理念。

鉴于以上原因，本文提出以“专业软件”为导行的电力系统课程教学过程，围绕软件学习相关的理论知识，为理解电力系统概念和专业知识打下了良好的基础。

一、电力系统软件简介

1.MATLAB――“一个真正的工程类语言”

MATLAB（Matrix Laboratory）矩阵实验室，是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，在美国被称为“A Real Technology Language”，是一种“真正的工程类语言”。[2]然而由于各种原因，目前中国大学对于该语言的研究并不理想。如何将这门工程计算机与所设置的专业课程结合在一起，是一个需要深入研究的问题。

据笔者长期教学实践发现，将软件与专业问题相结合，形成一些相关的“项目设计”（Projects Design），则可以起到一举两得的效果。

MATLAB软件分为通用模块与专业化Toolbox。虽然有些Toolbox也确实可以解决一些专业化问题，但距真正的专业化解决尚有一定的距离。因此，笔者推荐尽可能使用MATLAB的通用模块。通用模块的功能类似于MathCAD一样的操作模式，主要以*.M文件的方式体现。

*.M文件其实就是一个函数或一段程序，是一种“解释性”源代码，这些源代码的撰写可以用MATLAB本身附带的编辑器，也可以采用其他文本编辑器。当*.M文件保存后，直接运行文件名即可。由此可见，教学中利用*.M文件完成教学任务，不仅可以让学生学习相关专业知识，在一定程度上也提高了学生计算机程序的编写能力。

2.Power World Simulator――电力世界仿真器

Power World Simulator（PWS）是一个电力系统仿真软件包（见图1），[3，4]其构筑在对用户良好交互性的基础上。其核心是一个功能强大的潮流计算软件，可以有效求解多达32500个节点的系统。这使得电力世界仿真器作为一个独立的潮流分析软件包十分有用。与其他同类商业应用软件不同，PWS允许用户通过可缩放的彩色动画单线图来模拟一个系统。在PWS中，输电线路的通断、变压器或发电机的增加以及联络线功率的交换，一切仅需点击鼠标即可完成。此外，图形和动画演示的广泛使用增加了用户对系统特性、存在问题和限制条件的理解。

PWS提供了极为方便的模拟电力系统时间特性的工具。同样，它可以图形化地显示负荷、发电量和联络功率随时间的变化，以及因此产生的系统运行条件的变化，这项功能在解决电网扩建引起的网络结构变化之类的问题时十分有用。

除了上述特点，PWS以其一体化的经济调度、联络功率交易经济性分析、功率传输分配因子（PTDF）计算和突发事故的强大分析能力而骄傲，所有这一切都可以通过一个易用的界面来实现。

二、专业化软件在教学过程中的实施

只要学生运行出最终解的结果，得出误差曲线（见图2），再辅以一定的讨论，则可认为该问题结束。

需要注意的是，以程序为学习目标时，必须辅以一定的考核手段，即逐一检查学生的运行结果，避免学生抄写应付过关。多年来，学生的反馈表明，以该种方式“逼迫”学生熟悉和掌握MATLAB软件，给学生留下了极深刻的印象，也为本科毕业设计打下了良好的基础。

（2）示例2：PWS完成潮流计算。以图3中简单电力系统为例，计算各母线电压、支路功率，则首先要确定系统的节点类型――平衡节点、PV节点、PQ节点；此后，按系统要求逐次搭建合适的系统图。

当正确设置图3各类节点类型、边界条件后，则可以直接运行，在Run mode下查看各Bus和支路的相关信息。本软件不仅可以计算电流系统的最终结果，也可以查看中间过程，比如可以设置基准值，误差相量的查看，甚至New-Raphson法的Jacobi矩阵在Case information中都可以获悉。因此，当采用MATLAB基本熟悉了潮流算法后，对于大量电力系统分析的问题均可以采用该软件来实现。

2.依托专业化软件的课程综合设计

课程综合设计（Projects design）是巩固专业化基础知识的综合手段。南航电气作为具备电气工程一级学科博士点的专业，一直以来具有“电机与电器”、“电力电子与电力传动”的综合设计，但是一直没有“电力系统自动化”的课程综合设计。本课程教学后，依托如前所述两个软件和开设的“电气工程及其自动化综合设计”，适时参考国外精品课程“Power System Analysis”，[5]也开展了相关的课程设计。比如，教学中可以对电力系统提出一定的指标，通过PWS软件的反复人工修正，提出和优化如图4所示的电力系统，并对该系统进行深入分析。

3.软件使用的考核

在教学活动中，考核是最重要的指标之一，也是重要的手段。笔者认为要加强平时控制，“迫使”每名学生在个人计算机上安装相关软件，并且课后必须进行练习。待熟练使用软件后，利用少量课堂时间、课间时间或者师生共同课后时间让全部学生进行演示，互动讨论，这样对学生也是一个警示。结果表明，通过该方式能够让所有的学生都掌握相关的电力系统基础知识和软件，对教学具有很大的促进作用，但这样也增大了授课教师的工作量。

三、结论

本文以“电力系统分析”为对象，基于MATLAB和Power World Simulator专业化软件展开教学活动，获得了如下教学体会，对工科课程均有一定的借鉴作用。一是以专业化软件使用为核心的教学理念，在工科课程中具有普遍的意义，这样也不失掉对基础理论知识的掌握。二是对于“电力系统分析”专业课，需要选择合适的专业化软件开展教学活动，难易程度要适合本科教学。经过几年教学摸索，选择了MATLAB和Power World Simulator作为教学软件。实践表明，上述两款软件特别适合教学活动。

参考文献：

[1]王俊，纪建伟，孙国凯，等.电力系统分析课程的教学改革[J].高等农业教育，2011，12（12）：56-58.

[2]徐敏，彭瑜.MATLAB在《电力系统分析》教学中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2010，22（3）：152-155.

[3]李静.Power World Simulator仿真软件在电力系统中的应用[J].煤炭技术，2012，31（6）：66-68.

电力系统研究分析范文6

关键词：船舶 接地保护 中性点接地 小电流接地

引言

在迅猛发展的国际贸易中，船舶运输占据了非常重要的地位。高比例的货运量任务，使新造船向大型化、智能化方向发展。由于船舶电气自动化和智能化程度的大大提升，所需的电力负荷增大，其电力系统采用的电压等级亦随之增高。高压电力系统的采用已成为超大容量船舶电力系统的必然选择。对于高压系统，工作的可靠性与安全性永远是第一位的，因此必须采用合适的接地方式以防止船舶高压交流电力系统单相接地时发生严重事故。本文结合当前船舶电力系统中较为常见的接地保护方法，分析讨论了各方法的优劣性，并提出一种较为适合的接地方案

1 几种船舶接地方式分析

在船舶电气系统中，船舶接地有“接地保护”和“接地故障”之分。船舶接地分为以下几种：

1.1 非接地方式（NEUTRAL INSULATION）

该方式下的单相接地故障时的接地电流在各种方式中是最小的。因其接地电流很小，所以确定故障回路比较困难，也难以使接地继电器正确动作和实现选择性保护，但可保持供电的连续性。单相接地故障时，其它健全相的对地电压要升高。而对于暂态过渡高压，理论上，故障产生的系统高压可以达到额定电压的 7.5 倍，但因系统的静电电容及接地异常电压继电器的内阻的存在，实践中可能达到最大 5 倍的程度，所以该方式对设备的绝缘水平要求很高。

1.2 高阻抗接地方式（HIGH RESISTANCE EARTHING）

该方式基本原理如图 1 所示。在各母线上分别设置 ET，通过 ET 二次侧电阻检测出接地电流，没有必要设置发电机的中性点。即使有多台发电机，也只要在每个母线上设置一台 ET 即可，且可选择小型的低压阻抗。该方式下的单项接地故障时的接地电流可以通过 ET（Earthing Transformer）二次侧电阻进行调节（ab.6A），可由此获得选择性保护。但接地电流的设置要注意不要因各个回路的对地电容电流而引起继电器误动作，可以通过设置接地方向继电器来防止上述继电器可能的误动作。

1.3 中性点接地方式

当电力系统的容量达到一定的数值后，采用中压交流电力系统是一个很好的选择，它可以大大降低短路电流的等级，在大大降低配电板成本的同时，也节约了大量电缆，提高系统的安全可靠性。由于中压系统对设备绝缘等级的要求非常高，出于对绝缘成本、人身和设备安全等方面考虑，中性点接线方式自然而然的成为必须合理解决的问题。

2 中性点接地的最优方式探索

2. 1 中性点经小电阻接地方式

如果船舶中压电力系统采用中性点经小电阻接地方式，可以泄放线路上的过剩电荷，来限制产生过电压，其特点是：系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，系统单相接地时，由于通过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检查出接地线路；由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生；当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了船舶正常供电，使其供电的可靠性下降。基于以上，该方式很少使用。

2. 2 中性点经消弧线圈接地方式

如果船舶电力系统采用中性点经消弧线圈接地方式，发生单相短路时接地电流减小，但在正常运行状态下的系统不平衡电压往往会增加。因消弧线圈的电感可抵消接地点流过的电容电流，限制了接地故障电流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭；当残流过零熄弧后，又能降低故障相恢复电压的初速度及其幅值，避免接地电弧的重燃，电弧能自灭。

2. 3 自动跟踪补偿PLC控制消弧装置

从船舶中压电网小电流接地系统对地电容电流超标所产生的影响和使用传统消弧线圈存在问题的分析，采用自动跟踪PLC控制消弧线圈补偿技术可以克服这一缺点。用变压器及阻抗变换原理，消弧线圈增设二次绕组，通过调整二次绕组投入的电容量大小来调节消弧线圈的电感电流，可在0% ～100%额定电流全范围内调节；集自动跟踪消弧线圈和单相接地选线于一体，采用”残流增量法”对单相接地线路进行选线，具有完善的功能和极高的可靠性；成套装置具有调节范围宽、调节速度快、调节方式灵活及选线快速、准确等特点，且调节开关寿命长、工作安全、可靠。

3 小电流接地研究

由于船舶工作在高温、高湿、油雾、盐雾、霉菌、振动、冲击和摇摆等恶劣的环境下，很容易造成电气线路、设备绝缘结构的损坏、绝缘电阻的降低，从而引起接地故障，虽然故障的原理很简单，但由于船舶结构的特殊性，使电气接地故障很难查找。另外，考虑到接地故障可能会造成的严重后果，小电流接地系统发生接地故障时，非故障线路的保护流过的零序电流为该线路本身非故障相对地电容电流之和，其方向从母线指向线路。如图2所示，中压电力系统中接入高电阻器后，接地电流不大，仍能达到接地电弧自行熄灭的条件。这样，此种称为中性点经高值电阻器接地的系统就可以保持中性点不接地系统（发生接地故障但不跳闸）的优点，同时又解决了电弧接地过电压的问题，且高阻接地也有利于满足接地故障继电保护的要求。