電力系統(tǒng)分析潮流計(jì)算課程序設(shè)計(jì)及其MATLAB程序設(shè)計(jì)0001

1、廣州學(xué)院Guangzhou College of South China University of Icchnology電力系統(tǒng)分析潮流計(jì)算程序設(shè)計(jì)報(bào)告題目：13節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)潮流計(jì)算學(xué) 院電氣工程學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué) 號班內(nèi)序號指導(dǎo)教師房大中提交日期 2015 年05月04日一、程序設(shè)計(jì)目的2二、程序設(shè)計(jì)要求4三、13節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)潮流計(jì)算 43.1主要流程 錯誤!未定義書簽。3.1.1第一步的前推公式如下（1-1）-（ 1-5）： 錯誤!未定義書簽。3.1.2第二步的回代公式如下（1-6）（ 1-9）: 錯誤!未定義書簽。3.2配網(wǎng)前推后代潮流計(jì)算的原理 73.3配網(wǎng)前推后代潮流計(jì)算迭代過程 8

2、3.3計(jì)算原理9四、計(jì)算框圖流程10五、 確定前推回代支路次序 錯誤!未定義書簽。六、 前推回代計(jì)算輸入文件 11主程序：11輸入文件清單： 12計(jì)算結(jié)果：13數(shù)據(jù)分析：13七、配電網(wǎng)潮流計(jì)算的要點(diǎn) 14八、自我總結(jié)14九、參考文獻(xiàn) 15附錄一 MATLAB的簡介151華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告18一、程序設(shè)計(jì)目的開式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算：配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)呈輻射狀，在正常運(yùn)行時(shí)是開環(huán)的；配電網(wǎng) 的潮流計(jì)算采用的方法是前推回代法，本程序利用前推回代法的基本原理、收斂性。 在電網(wǎng)規(guī)劃階段，通過潮流計(jì)算，合理規(guī)劃電源容量及接入點(diǎn)，合理規(guī)劃網(wǎng)架, 選擇無功補(bǔ)償方案，滿足規(guī)劃水平年的大、小方式

3、下潮流交換控制、調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)壓 的要求。(2) 在編制年運(yùn)行方式時(shí)，在預(yù)計(jì)負(fù)荷增長及新設(shè)備投運(yùn)基礎(chǔ)上，選擇典型方式進(jìn) 行潮流計(jì)算，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié)，供調(diào)度員日常調(diào)度控制參考，并對規(guī)劃、基建部門 提出改進(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，加快基建進(jìn)度的建議。(3) 正常檢修及特殊運(yùn)行方式下的潮流計(jì)算，用于日運(yùn)行方式的編制，指導(dǎo)發(fā)電廠 開機(jī)方式，有功、無功調(diào)整方案及負(fù)荷調(diào)整方案，滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求。 及電壓質(zhì)量要求。(4) 預(yù)想事故、設(shè)備退出運(yùn)行對靜態(tài)安全的影響分析及作出預(yù)想的運(yùn)行方式調(diào)整方 案。1 O101112135 O圖1 13節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖表1系統(tǒng)支路參數(shù)支路R ( Q)X ( Q)B/2(Tk)(

4、S)123.3673.6850.0232.3562.5410.0341.1451.280.0454.5245.040.0260.8561.140.0672.7452.9650.0283.7434.2510.0892.2372.7560.03104.144.6960.03111.3281.7630.011122.4362.8660.04133.5213.9660.0表2系統(tǒng)負(fù)荷參數(shù)節(jié)點(diǎn)編號節(jié)點(diǎn)類型節(jié)點(diǎn)初始電（kV）Pi (MVA)Qi (MVA)1根節(jié)點(diǎn)10.4002中間節(jié)點(diǎn)10.00.03420.03013中間節(jié)點(diǎn)10.00.06930.06424中間節(jié)點(diǎn)10.00.08450.07635葉節(jié)

5、點(diǎn)10.00.02950.02616中間節(jié)點(diǎn)10.00.04740.04097葉節(jié)點(diǎn)10.00.11760.09578中間節(jié)點(diǎn)10.00.09460.08579葉節(jié)點(diǎn)10.00.09160.085910葉節(jié)點(diǎn)10.00.02710.022911中間節(jié)點(diǎn)10.00.06960.064312葉節(jié)點(diǎn)10.00.06760.057913葉節(jié)點(diǎn)10.00.02980.0242二、程序設(shè)計(jì)要求1. 看懂前推回代法計(jì)算程序；2. 報(bào)告敘述計(jì)算原理及計(jì)算流程；3. 繪制計(jì)算流程框圖；4. 確定前推回代支路次序(廣度優(yōu)先，或深度優(yōu)先)并編寫前推回代計(jì)算輸入文 件，然后進(jìn)行潮流計(jì)算；5. 整理專利計(jì)算結(jié)果；6.

6、總結(jié)配電網(wǎng)潮流計(jì)算的要點(diǎn)；三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，寫出節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；2. 賦予各節(jié)點(diǎn)電壓變量(直角坐標(biāo)系形式)初值后，求解不平衡量；3. 形成雅可比矩陣；4. 求解修正量后，重新修改初值，從2開始重新循環(huán)計(jì)算；5. 求解的電壓變量達(dá)到所要求的精度時(shí)，再計(jì)算各支路功率分布、功率損耗和節(jié)點(diǎn)6. 上機(jī)編程調(diào)試；連調(diào)；7. 計(jì)算分析給定系統(tǒng)潮流分析并與手工計(jì)算結(jié)果作比較分析。8. 準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)演示答辯，書寫該課程設(shè)計(jì)說明書(必須計(jì)算機(jī)打印)四、13節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)潮流計(jì)算4.1牛拉法的原理及其基本方程牛頓迭代法(Newt ons method)又稱為牛頓-拉夫遜(拉弗森)方法(N

7、ewto n-R aphson method)，它是牛頓在17世紀(jì)提出的一種在實(shí)數(shù)域和復(fù)數(shù)域上近似求解方程的方法。設(shè)r是f(x) = 0的根，選取x0作為r初始近似值，過點(diǎn)(xO,f(xO)做曲線y = f(x) 的切線L， L的方程為y = f(x0) f(xO)(x-xO)，求出L與x軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)x1 =xO-f(xO)/f(xO)，稱x1為r的一次近似值。過點(diǎn)(x1,f(x1)做曲線y = f(x)的切線，并求該切線與x軸的橫坐標(biāo)x2 = x1-f(x1)/f(x1)，稱x2為r的二次近似值。重復(fù)以上過程，得r的近似值序列，其中x(n+1)=x(n) f(x(n)/f(x(n)，稱為r

8、的n+1次近似值，上式稱為牛頓迭代公式。解非線性方程f(x)=O的牛頓法是把非線性方程線性化的一種近似方 法。把f(x)在xO點(diǎn)附近展開成泰勒級數(shù)f(x) = f(xO)+(x xO)f(xO)+(x xOF2*f(xO)/2! + 取其線性部分，作為非線性方程 f(x) = 0 的近似方程，即泰勒展開的前兩項(xiàng)，則有 f(xO)+f(xO)(x xO)=f(x)=O 設(shè)f(xO)工0則其解為x仁xO f(xO)/f(xO)這樣，得到 牛頓 法的一個(gè) 迭代序列：x(n+1)=x(n)f(x( n)/f(x( n)4.2 PQ分解法的原理及其基本方程PQ分解法的基本思想是根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)：

9、通常網(wǎng)絡(luò)上的電抗遠(yuǎn)大于電阻值，則系統(tǒng)母線電壓幅值的微小變化U對母線有功功率的改變P影響很小。同樣，母線電壓相角的少許改變，也不會引起母線有功功率的明顯改變Q ，因此，節(jié)點(diǎn) 功率方程在用極坐標(biāo)形式表示時(shí)，它的修正方程式可簡化為P H OQ O L U /U(2-1 )這就是把2 (n-1 )階的線性方程組變成了兩個(gè)n-1階的線性方程組，將P和Q分開來進(jìn)行迭代計(jì)算，因而大大地減少了計(jì)算工作量。但是H、L在迭代過程中仍然在不斷的變化而且又都是不對稱矩陣。對牛頓法的進(jìn)一步簡化，即把式(2-1)中的系數(shù)矩陣簡化為在迭代過程中不變的對稱矩陣。在一般情況下，線路兩端的電壓相角j是不大的(不超過1O2O)，因

10、此，COS ij 1G sin “B可以認(rèn)為GjSin ijBij(2-2)此外，與系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)無功功率相應(yīng)的導(dǎo)納BLDi遠(yuǎn)小于該節(jié)點(diǎn)自導(dǎo)納的虛部，即BiQiU2因而(2-3)考慮到以上關(guān)系，式(2-1 )的系數(shù)矩陣中的個(gè)元素可以表示為HjUiUjBj( i 戶,2,n-1)LjUjUjBj(i , j=1,2,m)而系數(shù)矩陣H和L則可以分別寫成:U1B11U1U1B12U2U 1B1,n 1U n 1U2 B21U1U2B22UU 2 B2,n 1U n 1U1U2B21B2B22.Bin 1.B2,n 1U1U2Un 1Bn 1,1Bn 1,2. Bn 1n 1Un1UD1B UD 1(2-

11、4)U1B11U11U 1 B12U 2U 1 B1 mU mLU2B21U1U 2 B22U 2U 2B2mU mU m Bm1U1 U m Bm2U 2U m BmmU mU1B11B12.B1mU1U2B21B22.B2mU2U mBm1Bm2.BmmUmUD2B UD 2(2-5)YG“hjijjBj將式(2-4 )和(2-5)代人式UiUiej i Ui(cos ijsin J中，得到PUD1B Ud1QUd2B U用1UD1和1UD2分別左乘以上兩式，便得U D11PB Ud1(2-6)U n 1 Bn 1,1U1U n 1Bn 1,2U 2U n 1 Bn 1,n 1U n11U

12、d2 Q B U(2-7)這就是簡化了的修正方程式，它們也可以展開寫成RU1B11B12B1,n 1U11P2B21b22B2,n 1U22U2Pn 1Bn 1,1Bn 1,2Bn 1,n 1U n 1n 1Un1Q1(2-8)U1B11B12B1, mU1Q2B21B22B2,mU2U2QmBm ,1Bm,2Bm ,mUmUm(2-9)因而系數(shù)矩陣是對(2-10)在這兩個(gè)修正方程式中系數(shù)矩陣元素就是系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣的虛部, 稱矩陣，且在迭代過程中保持不變。這就大大減少了計(jì)算工作量。用極坐標(biāo)表示的節(jié)點(diǎn)功率增量為nP Rs Ui Uj(Gj cos ij Bsin j) 0j inQi Qis U

13、i U j (Gij cos ij Bsin ij) 0j i式（2-8 ）、（ 2-9 ）和（2-10）構(gòu)成了 PQ分解法迭代過程的基本方程式。4.3配網(wǎng)前推后代潮流計(jì)算的原理前推回代法在配電網(wǎng)潮流計(jì)算中簡單實(shí)用，所有的數(shù)據(jù)都是以矢量形式存儲，因此節(jié)省了大量的計(jì)算機(jī)內(nèi)存，對于任何種類的配電網(wǎng)只要有合理的R/X值，此方法均可 保證收斂。算法的穩(wěn)定性也是評價(jià)配電網(wǎng)潮流算法的重要指標(biāo)。一般情況下，算法的收 斂階數(shù)越高，算法的穩(wěn)定性越差，前推回代法的收斂階數(shù)為一階，因此它也具有較好的 穩(wěn)定性。比較而言，前推回代法充分利用了網(wǎng)絡(luò)呈輻射狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理簡單， 計(jì)算效率高，具有較好的收斂性，被公認(rèn)是

14、求解輻射狀配電網(wǎng)潮流問題的最佳算法之一。4.4配網(wǎng)前推后代潮流計(jì)算迭代過程配網(wǎng)潮流前推回代潮流算法第n+1步的迭代公式如下：節(jié)點(diǎn)i的前推計(jì)算公式為由圖1可知節(jié)點(diǎn)i+1的注入有功功率和無功功率分別為：NB NB-1P(i+1)= 刀 PLjE LP(j)Q(i+1)= 刀 QL+)刀 LQ(j)其中：i=1, 2,。NB-1，NB為節(jié)點(diǎn)數(shù)，PL(i)為第i節(jié)點(diǎn)所帶負(fù)荷有功功率；QL(i) 為第i節(jié)點(diǎn)所帶負(fù)荷無功功率；LP(i)為第i條線段上的有功功率損耗；LQ(i)為第i條線 段上的無功功率損耗。收斂條件以前后兩次迭代的電壓偏差作為迭代收斂條件，(8)式表明節(jié)點(diǎn)電壓幅值最大偏差小 于設(shè)定閾值，即

15、認(rèn)為迭代收斂，則迭代過程結(jié)束。max|Vk(i)-Vk- 1(i)|0.0001PQ2=PQ;PL=0.0;for i=1:NBkf=FT(i,1);kt=FT(i,2);%調(diào)用數(shù)據(jù)文件%節(jié)點(diǎn)數(shù)%支路數(shù)數(shù)%V初始電壓相量%每一次迭代各節(jié)點(diǎn)的注入有功和無功相同%前推始節(jié)點(diǎn)號%前推終節(jié)點(diǎn)號x=(PQ2(kf,2)A2+PQ2(kf,3)A2)/(V(kf)A2); %PQ1(i,1)= RX(i,1)*x+PQ2(kf,2);PQ1(i,2)= RX(i,2)*x+PQ2(kf,3);PQ2(kt,2)= PQ2(kt,2)+PQ1(i,1);PQ2(kt,3)= PQ2(kt,3)+PQ1(i,

16、2); PL=PL+RX(i,1)*x;endan gle(1)=0.0;for i=NB:-1:1計(jì)算沿線電流平方 A%計(jì)算支路首端有功/MW RX(i,1)R %計(jì)算沿支路的無功損耗/Mvar RX(i,2)X%用PQ1去修正支路末端節(jié)點(diǎn)的有功%用PQ1去修正支路末端節(jié)點(diǎn)的有功%累積計(jì)算整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功率損耗P單位MWQ單位Mvar%回代始節(jié)點(diǎn)號%回代終節(jié)點(diǎn)號kf=FT(i,2);kt=FT(i,1);dv1=(PQ1(i,1)*RX(i,1)+PQ1(i,2)*RX(i,2)/V(kf); dv2=(PQ1(i,1)*RX(i,2)-PQ1(i,2)*RX(i,1)/V(kf);V2(kt)

17、=sqrt(V(kf)-dv1)A2+(dv2)A2);an gle(kt)= ata nd(dv2/(V(kf)-dv1)+a ngle(kf);end%計(jì)算支路電壓損耗的縱分量%計(jì)算支路電壓損耗的橫分量%計(jì)算支路末端電壓/kV%計(jì)算支路電壓相角(單位度)dv1dv2maxd=abs(V2 (2)-V(2);V2(1)=V(1);for i=3:1:NNif abs(V2(i)-V(i)maxd;maxd=abs(V2(i)-V(i);endend maxd k=k+1PQ1V=V2%潮流分布即支路首端潮流%節(jié)點(diǎn)電壓模計(jì)算結(jié)果 kVMV Aan glePL end clear%節(jié)點(diǎn)電壓角度計(jì)

18、算結(jié)果單位度%網(wǎng)損單位MW輸入文件清單：fun ctio n PQ,FT,RX=case115()PQ=%節(jié)點(diǎn)電壓有功無功10.40010.00.03420.030110.00.06930.064210.00.08450.076310.00.02950.026110.00.04740.040910.00.11760.095710.00.09460.085710.00.09160.085910.00.02710.022910.00.06960.064310.00.06760.057910.00.02980.0242;FT=%首端末端5 413412114310 311 37 698326 28

19、22 1;RX=% R X4.5245.043.5213.9662.4362.8661.1451.284.144.6961.3281.7632.7452.9652.2372.7562.3562.5410.8561.143.7434.2513.3673.685;計(jì)算結(jié)果:k =8PQ1 =0.02960.02990.06780.14440.02720.13790.11830.09200.38520.16610.18910.02620.02430.05810.12730.02300.12310.09640.08640.34450.13790.17500.72780.8116V =10.40009.

20、87959.69919.66529.63779.84929.78729.73269.68709.67649.65789.62359.6444an gle = 00.30110.40110.42500.44380.34310.39420.38990.42660.42090.44980.48230.4452PL =0.0488數(shù)據(jù)分析:經(jīng)過8次迭代，各節(jié)點(diǎn)的電壓誤差均在0.0001kv以內(nèi)，計(jì)算到此結(jié)束。七、配電網(wǎng)潮流計(jì)算的要點(diǎn)1. 需要注意系統(tǒng)中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內(nèi)。2. 系統(tǒng)中各種元件（線路、變壓器等）是否會出現(xiàn)過負(fù)荷。3. 在進(jìn)行電壓和功率分布計(jì)算以前，先要對網(wǎng)絡(luò)等值電路作些簡

21、化處理。4. 確立前推回代的計(jì)算次序。5. 在開始編寫程序之前，要了解 matlab仿真軟件，包括其程序的編寫，程序的運(yùn) 行，我們都要清楚的知道6. 為了提高計(jì)算精度，重復(fù)計(jì)算，給出一個(gè)容許誤差作為計(jì)算的收斂的判據(jù)。八、自我總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)首先讓我明白了要使電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，必須經(jīng)過精密的設(shè)計(jì)和計(jì)算。在進(jìn)行課題設(shè)計(jì)的過程中，加深了我對潮流計(jì)算的認(rèn)識，尤其是對牛頓拉夫遜潮流 計(jì)算的求解思路有了比較透徹的理解。在此次程序設(shè)計(jì)中，我在 MATLAB程，13節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)潮流計(jì)算，WOR文檔的編輯 方面均有所提高，之前學(xué)過的潮流計(jì)算僅限于書本，通過完成這個(gè)作業(yè)使我對這塊知識 了解得更加全面，但也暴露出了

22、一些問題：理論知識還是不足，基本知識不充足，做起 這個(gè)大作業(yè)難度還是很大的，對 MATLAB勺性能和特點(diǎn)還不能有一個(gè)全面的把握，相信 通過以后的學(xué)習(xí)能彌補(bǔ)這些不足，從而達(dá)到一個(gè)新的層次。在過程設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了一些要點(diǎn)，要求得支路的首端功率，從與葉節(jié)點(diǎn)聯(lián)接的支路 開始，該支路的末端功率即等于葉節(jié)點(diǎn)功率，利用這個(gè)功率和對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算支路 功率損耗，才能求首段功率。還有在迭代計(jì)算開始之前，先要確定支路的計(jì)算順序問題， 即確定好是深度優(yōu)先還是廣度優(yōu)先。 要求得各支路終結(jié)點(diǎn)的電壓的話利用上述所得的支 路首端功率和本步驟剛算出的本支路始節(jié)點(diǎn)的電壓，從電源點(diǎn)開始逐條支路進(jìn)行計(jì)算。而且在此次課程設(shè)計(jì)中，我發(fā)

23、現(xiàn)了自己的基礎(chǔ)知識有很多的不足。這些基礎(chǔ)的缺乏 給我的設(shè)計(jì)計(jì)劃造成了不小的障礙。在這個(gè)過程中，我明白了，只要用心去做，認(rèn)直去 做，持之以恒，就會有新的發(fā)現(xiàn)，有意外的收獲。雖然很多錯誤被克服了，但是系統(tǒng)中難免還有很多不足之處，有些地方感覺做的不 是很正確，希望在以后的學(xué)習(xí)中能夠在同學(xué)們的幫助和老師的指導(dǎo)下做得更好。九、參考文獻(xiàn)1 何仰贊溫增銀電力系統(tǒng)分析華中科技大學(xué)出版社，20022 蔡旭暉、劉衛(wèi)國、蔡立燕 MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用教程D.北京：人民郵電出版社2009附錄一 MATLAB的簡介MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式 程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及