什么是潮流?

[拼音]：chaoliu

[外文]：load flow

表征电力系统运行状态的参量。包括电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布。在实用上，一般是指稳态运行方式下的静态潮流。合理的潮流分布是电力系统运行的基本要求，其要点为：

（1）运行中的各种电工设备所承受的电压应保持在允许范围内，各种元件所通过的电流应不超过其额定电流，以保证设备和元件的安全；

（2）应尽量使全网的损耗最小，达到经济运行的目的；

（3）正常运行的电力系统应满足静态稳定和暂态稳定的要求。并有一定的稳定储备，不发生异常振荡现象。为此就要求电力系统运行调度人员随时密切监视并调整潮流分布。现代电力系统潮流分布的监视和调整是通过以在线计算机为中心的调度自动化系统来实现的。

电力系统潮流的计算和分析是电力系统运行和规划工作的基础。运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知，随着各种电源和负荷的变化以及网络结构的改变，网络所有母线的电压是否能保持在允许范围内，各种元件是否会出现过负荷而危及系统的安全，从而进一步研究和制订相应的安全措施。规划中的电力系统，通过潮流计算，可以检验所提出的网络规划方案能否满足各种运行方式的要求，以便制定出既满足未来供电负荷增长的需求，又保证安全稳定运行的网络规划方案。

潮流计算还为稳定计算和短路电流计算等提供初始运行方式，是电力系统最基本的计算。复杂电力系统的潮流计算须借助于计算工具完成。20世纪30年代出现的交流计算台，曾是潮流计算的有效工具。50年代以来，随着数字计算机应用的发展以及求解电力系统潮流问题的数字解法和计算程序的进步，数字计算机已替代交流计算台，成为求解潮流问题的主要工具。现在，除在电力系统规划和运行中利用数字计算机进行大量的离线潮流计算外，在电力系统运行的监控方面，采用实时数据的在线潮流计算已经开始走上实用阶段。

潮流计算的一般提法是：已知电力网络的结构和参数，已知各负荷点、电源点吸取或发出的有功功率和无功功率（PQ节点），给定电压控制点的电压幅值和有功功率（PV节点），对指定的一个平衡节点给定其电压幅值和相位角（Vθ点），求解全网各节点电压幅值和相位角，并进一步算出各支路的功率分布和网络损耗。求解潮流问题的基本方程式是节点功率平衡方程。若全网有n个节点，对其中任一节点，可写出其节点功率平衡方程式

i=1，2，…，n

式中Pi、Qi分别为节点注入有功功率和无功功率，妭i为节点电压相量，Yik为节点导纳矩阵元素。这一方程描述了节点电压同功率之间的非线性关系，是潮流计算的基本方程式。

对潮流计算的数字计算机求解方法提出的基本要求是：

（1）计算速度快；

（2）占用存储量少；

（3）收敛性好；

（4）方法简单。

潮流计算在数学上是求解一组非线性方程，基本的方法是迭代法。首先发展的潮流问题数字解法是导纳矩阵迭代法。它占用计算机存储量少，适合于计算机发展初期阶段的实际条件，其缺点是收敛性较差。其后发展了阻抗矩阵迭代法，克服了导纳矩阵迭代法收敛性差的缺点，但对大电力系统的计算，占用计算机存储量大。

60年代末期出现了以导纳矩阵为基础、采用稀疏矩阵和节点编号优化技术的牛顿－拉夫森法。该法以其在收敛性、存储量和计算时间方面的优越性逐渐取代了其他方法，在当今的潮流计算中应用得最为广泛。在数学上，牛顿－拉夫森法是求解非线性方程的有效方法。它把非线性方程的求解变成反复对相应的线性方程迭代求解的过程：设非线性方程组为F(X)=0，求解X的第t步迭代格式是

F'(X(t))ΔX(t)=-F(X(t))

X(t+1)=X(t)+ΔX(t)

式中F┡(X)是非线性函数矢量F(X)对变量矢量X的一阶偏导数矩阵，称为雅可比矩阵；ΔX为X的偏差矢量；上标t表示第t次迭代值。当X的相邻两次迭代值之差ΔX小于给定误差时，迭代收敛。一般潮流问题，经6～7次迭代即可收敛。牛顿－拉夫森法的迭代收敛性与初值X(10)的选取有关。当X(10)与其解X接近时，极易收敛。对电力系统潮流问题，当选用标幺值计算时，节点电压通常在1附近，给定各点电压初值为1，可以有相当好的收敛性。

在牛顿－拉夫森的基础上，发展了一种更加简化的方法，即PQ分解法。这种方法利用高压电网电抗值远大于电阻值、有功功率变化主要与电压相角有关、无功功率变化主要与电压幅值有关的特点，将有功功率和无功功率的迭代分开进行，使占用计算机存储量和计算量进一步减少。

潮流计算方法的进一步发展将使潮流计算更加快速，收敛性更好，适应各种系统运行状况的能力更强，并在一些专门领域中如优化潮流和在线潮流中得到实际的应用。

参考书目

东北电业管理局调度局编：《电力系统运行 *** 作和计算》，水利电力出版社，北京，1977。

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