电力知识必备——潮流计算
电力生产微安全
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电力系统潮流计算是从事电力系统分析、仿真的基础计算。任何从事电力系统计算的人，都离不开它。
电力潮流计算是检验现代电力系统的运行是否合理的依据，在未来进行电力系统扩展规划设计时起着极其重要的作用。
首先我们搞明白什么是潮流计算？
电力系统在运行时，在电源电势激励作用下，电流或功率从电源通过系统各元件流入负荷，分布于电力网各处，称为电力潮流。
电力系统是把很多的发电站、变电站、配电站、用户等由输电和配电线路连接起来形成的系统。
电力(电能)是在发电站产生的，其中一部分在经过输配电线、变电站和配电站时损失掉，剩下的绝大部分最终被负荷所消耗。
这样，从电的产生到被负荷消耗，流过哪一
路输配电线，各节点电压是多少，这种计算就叫电力潮流计算或简称潮流计算
。
（1）通过潮流计算，可以检查电力系统各元件(如变压器、输电线路等)是否过负荷，以及可能出现过负荷时应事先釆取哪些预防措施等。
（2）通过潮流计算，可以检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求，还可以分析机组发电出力和负荷的变化，以及网络结构的变化对系统电压质量和安全经济运行的影响。
（3）根据对各种运行方式的潮流分布计算，可以帮助我们正确地选择系统接线方式，合理调整负荷，以保证电力系统安全、可靠地运行，向用户供给高质量的电能。
（4）根据功率分布，可以选择电力系统的电气设备和导线截面积，可以为电力系统继电保护整定计算提供必要的数据等。
（6）为调压计算、经济运行计算、短路计算和稳定计算提供必要的数据。
随着计算机技术的发展，复杂电力系统潮流计算几乎均釆用计算机来进行计算，它具有计算精度高、速度快等优点。计算机算法的主要步骤有：
3）制定程序框图，编写计算机计算程序，并进行计算；
常规的计算方法有如下几种：牛拉法，高斯赛德尔法和PQ分解法。相比之下，PQ分解法，不论从算法的简单性和收敛的高效性，以及计算速度上来看，综合性能都是比较好的。
通常情况下，电力系统的潮流断面，都是由状态估计给出，所以不存在收敛问题。但是有些情况下，却需要针对目标运行方式，改变初始运行条件，并力争达到收敛解。比如电网规划、风险预测、故障预案的有效性检测、培训仿真的假想断面、预调度断面等。这时遇到的最大问题就是潮流可能不收敛。
解决潮流不收敛的思路，一般有两种。一种是通过构造复杂算法，实现给定初始条件下的收敛解。另一种思路是利用PQ分解法，通过适当调整初始条件，得到收敛解，进一步可分析出当前潮流的薄弱因素，并在随后的计算中加以改进。
第一种思路，优点是一次可以实现目标运行方式的收敛解，但对算法要求比较高，实现代码比较复杂，计算时间较长，有时存在收敛问题。第二种思路，由于使用PQ分解法，实现代码简单，计算速度快。虽然不是一次找到收敛解，但可以很快找到初始条件中影响收敛的因素，并给出调整建议。相对来讲，第二种思路比较容易实现，操作灵活，在工程实际中更容易接受。
影响潮流收敛的因素，还有有功功率平衡问题。如果全网发电有功和负荷有功不平衡，多余的有功功率，就只能通过松驰节点进行平衡。一旦松驰节点在网络的拓朴位置不好，在多余功率流向松驰节点的通路上，有可能导致某些节点电压过低，从而收敛失败。
在实际电网中，如果全网有功功率不平衡，就会反映在频率上。由于发电机和负荷的频率特性，频率偏移50Hz后，就会稳定在某个位置，这时全网有功功率达到平衡。
所以在潮流计算中，如果发生有功功率不平衡，推荐先按照频率特性对不平衡有功功率进行平衡。这样再进行潮流计算，就会提高收敛性。
影响收敛的另一个因素，就是松驰节点的位置。由于松驰节点不参加计算，即使事先进行了全网功率平衡计算，仍然有少量不平衡功率通过网络流向松驰节点。松驰节点最好选择在出线度比较高，而且距离高压网络的电气距离不太远的位置。
实际网络中常常有多个断面需要控制，其有功功率总加有一个规定范围。所以给出的潮流解，还需要考虑这些断面。
通过营造复杂算法，将这些断面做为约束写进条件，通过优化计算可以达到目的，但算法比较复杂，代码不容易实现。而且计算速度慢。
通过PQ分解法，也可以实现上述目标。可以通过灵敏度矩阵，选取适当的发电机进行调整，从而实现多断面功率控制。优点是代码易于实现，计算速度快。
因为对于庞大的交流系统，电流相位的测定十分困难，而功率的测量十分方便，可由有功功率表和无功功率表得到。
潮流计算的计算机算法是以电网络理论为基础的，应用数值计算方法求解一组描述电力系统稳态特性的方程。
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潮流计算
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交流电路计算
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已知和待求量
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电压和功率
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电压和电流
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数学模型
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非线性
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线性
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求解方法
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迭代法
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消去法
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利用电子计算机进行潮流计算从20世纪50年代中期就已经开始。此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：
（3）计算的方便性和灵活性何准确地计算考虑区间相关性的区间潮流，是一亟待研究及突破的问题。
电力系统潮流计算属于稳态分析范畴，不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。因此其数学模型不包含微分方程，是一组高阶非线性方程。非线性代数方程组的解法离不开迭代，因此，潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛，并给出正确答案。随着电力系统规模的不断扩大，潮流问题的方程式阶数越来越高，目前已达到几千阶甚至上万阶，对这样规模的方程式并不是采用任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种情况促使电力系统的研究人员不断寻求新的更可靠的计算方法。
在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法（一下简称导纳法）。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的内存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法（以下简称阻抗法）。
20世纪60年代初，数字计算机已经发展到第二代，计算机的内存和计算速度发生了很大的飞跃，从而为阻抗法的采用创造了条件。阻抗矩阵是满矩阵，阻抗法要求计算机储存表征系统接线和参数的阻抗矩阵。这就需要较大的内存量。而且阻抗法每迭代一次都要求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行计算，因此，每次迭代的计算量很大。
阻抗法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我国电力系统设计、运行和研究做出了很大的贡献。但是，阻抗法的主要缺点就是占用计算机的内存很大，每次迭代的计算量很大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同时也提高了计算速度。
克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法（以下简称牛顿法）。牛顿法是数学中求解非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计算效率。自从20世纪60年代中期采用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前仍被广泛采用的方法。 在牛顿法的基础上，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，对纯数学的牛顿法进行了改造，得到了P-Q分解法。P-Q分解法在计算速度方面有显著的提高，迅速得到了推广。
牛顿法的特点是将非线性方程线性化。20世纪70年代后期，有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高阶项也包括进来，希望以此提高算法的性能，这便产生了保留非线性的潮流算法。另外，为了解决病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模型，即非线性规划潮流算法。
近20多年来，潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。
通过几十年的发展，潮流算法日趋成熟。近几年，对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，即高斯-塞德尔法、牛顿法和快速解耦法。牛顿法，由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法。后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法。
一、单选题
2、架空输电线路的电抗与导线之间几何均距的关系为_。
D、 改变导线之间的几何均距可以明显改变线路的电纳。
4、电力系统等值电路中，所有参数应归算到同一电压等级（基本级）的参数，关于基本级的选择，下述说法正确的是_。
B、 在没有明确要求的情况下，选择最高电压等级作为基本级。
C、 在没有明确要求的情况下，选择最低电压等级作为基本级。
5、采用标么值计算时，通常选择_这两个电气量的基准值，其它电气量的基准值可以根据它们之间的关系导出。
6、关于电力系统等值电路参数计算时变压器变比的选择，下列说法正确的是_。
A、 精确计算时采用实际变比，近似计算时采用平均额定电压
B、 近似计算时采用实际变比，精确计算时采用平均额定电压
D、 不管精确计算还是近似计算均应采用平均额定变比。
8、对于输电线路，当PR+QX<0时，末端电压_首端电压。
9、两台容量相同、短路电压相等的升压变压器T1和T2并联运行时，如果变比K1>K2，则有_。
16、某10kV线路电抗为5欧，近似计算归算到110kV电网的电抗值为_欧。
二、多选题
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