湖北民族學(xué)院電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、湖 北 民 族 學(xué) 院信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 題目: 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級： 0311407 學(xué) 號： 031140713 學(xué)生姓名： 黃秀超 指導(dǎo)教師： 耿東山 2014年 6 月 2 日 學(xué) 號031140713 學(xué)生姓名黃秀超專業(yè)（班級）電氣工程及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)題目電力系統(tǒng)潮流計(jì)算設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1. 線路的阻抗，無功損耗。2. 各節(jié)點(diǎn)的功率和電壓。3. 變壓器的阻抗，勵(lì)磁損耗。4. 變壓器及線路的功率損耗。5. 變壓器及線路的電壓降落。設(shè)計(jì)要求1.計(jì)算過程包括理論計(jì)算和MATLAB仿真兩大部分。2.報(bào)告里面的理論分析（手工計(jì)算）過程必須要有詳細(xì)推導(dǎo)過程，

2、再把仿真過程放到相應(yīng)的部分中去。工作量共20頁.工作計(jì)劃第12周：對系統(tǒng)模型分析和資料收集，找到計(jì)算的思路，總結(jié)計(jì)算方法；第14周：對整個(gè)模型進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并完成word文檔。參考資料1何仰贊，溫增銀. 電力系統(tǒng)分析（上冊）第三版M. 湖北：華中科技大學(xué)出版社，20022 何仰贊，溫增銀. 電力系統(tǒng)分析（下冊）第三版M. 湖北：華中科技大學(xué)出版社，20023李清政，C語言程序設(shè)計(jì) 第2版M.北京：中國鐵道出版社指導(dǎo)教師簽字 2014年6月2日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績評定表學(xué)生姓名： 黃秀超 學(xué)號： 031140713 專業(yè)（班級）： 7 班 課程設(shè)計(jì)題目： 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算 指導(dǎo)教師評語：

3、成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 摘 要電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析包括潮流計(jì)算和靜態(tài)安全分析。本文主要運(yùn)用的事潮流計(jì)算，潮流計(jì)算是電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與運(yùn)行中最基本的運(yùn)算，對電力網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)計(jì)方案及各種運(yùn)行方式進(jìn)行潮流計(jì)算，可以得到各種電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓，并求得網(wǎng)絡(luò)的潮流及網(wǎng)絡(luò)中的各元件的電力損耗，進(jìn)而求得電能損耗。本位就是運(yùn)用潮流計(jì)算具體分析，并有MATLAB仿真。關(guān)鍵詞： 電力系統(tǒng) 潮流計(jì)算 MATLAB仿真目 錄摘 要- 1 -1 任務(wù)提出與方案論證- 3 -2 總體設(shè)計(jì)- 4 -2.2建立電力系統(tǒng)模型- 4 -2.3模型的調(diào)試與運(yùn)行- 4 -3設(shè)計(jì)原理- 5 -3.1牛頓-拉夫遜原理- 5 -3.2網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

4、的優(yōu)化- 5 -3.3 設(shè)計(jì)流程圖- 6 -4程序與結(jié)果.- 7 -4.1 MATLAB程序- 7 -4.2 程序結(jié)果- 10 -5 總結(jié)- 15 -參考文獻(xiàn)- 16 -1 任務(wù)提出與方案論證潮流計(jì)算是在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和決定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的邊界條件的情況下確定系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的一種基本方法,是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)營中不可缺少的一個(gè)重要組成部分?？梢哉f,它是電力系統(tǒng)分析中最基本、 最重要的計(jì)算,是系統(tǒng)安全、 經(jīng)濟(jì)分析和實(shí)時(shí)控制與調(diào)度的基礎(chǔ)。常規(guī)潮流計(jì)算的任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件和網(wǎng)路結(jié)構(gòu)確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值及相角）、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等。潮流計(jì)算的結(jié)果是

5、電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算和故障分析的基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進(jìn)行潮流計(jì)算以比較運(yùn)行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也需要進(jìn)行大量而快速的潮流計(jì)算。因此，潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運(yùn)算。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式時(shí)，采用離線潮流計(jì)算；在電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控中，則采用在線潮流計(jì)算。是電力系統(tǒng)研究人員長期研究的一個(gè)課題。它既是對電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式的合理性、 可靠性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行定量分析的依據(jù) ， 又是電力系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的基礎(chǔ)。潮流計(jì)算經(jīng)歷了一個(gè)由手工到應(yīng)用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展

6、過程，現(xiàn)在的潮流算法都以計(jì)算機(jī)的應(yīng)用為前提用計(jì)算機(jī)進(jìn)行潮流計(jì)算主要步驟在于編制計(jì)算機(jī)程序，這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。對系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析，本文利用 MATLAB中的SimpowerSystems工具箱設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)，在simulink 環(huán)境下，不僅可以仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，還可以對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)潮流分析。2 總體設(shè)計(jì)SimpowerSystems使用Simulink環(huán)境，可以將該系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器，線路等模型聯(lián)結(jié)起來，形成電力系統(tǒng)仿真模擬圖。在加人測量模塊，并對各元件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后，用measurement和sink中的儀器可以觀察各元件的電壓、電流、功率的大小。 2.2建立電力系統(tǒng)模型在Simu

7、link中按照電力系統(tǒng)原型選擇元件進(jìn)行建模。所建立的模型和建立的方法在詳細(xì)設(shè)計(jì)中詳述。在電力系統(tǒng)模型的建立工程中主要涉及到的是：元器件的選擇及其參數(shù)的設(shè)置；發(fā)電機(jī)選型；變壓器選擇；線路的選擇；負(fù)荷模型的選擇；母線選擇。2.3模型的調(diào)試與運(yùn)行建立系統(tǒng)模型，并設(shè)置好參數(shù)以后，就可以在Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真運(yùn)行。運(yùn)行的具體結(jié)果和分析也在詳細(xì)設(shè)計(jì)中詳述。3設(shè)計(jì)原理3.1牛頓-拉夫遜原理牛頓迭代法是取x0 之后，在這個(gè)基礎(chǔ)上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，從而找到更接近方程根的近似跟。牛頓迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大優(yōu)點(diǎn)是在方程f(x) = 0 的單根附近具有平方收斂，而

8、且該法還可以用來求方程的重根、復(fù)根。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，一般來說，各個(gè)母線所供負(fù)荷的功率是已知的，各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓是未知的（平衡節(jié)點(diǎn)外）可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，然后由節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣列寫功率方程，由于功率方程里功率是已知的，電壓的幅值和相角是未知的，這樣潮流計(jì)算的問題就轉(zhuǎn)化為求解非線性方程組的問題了。為了便于用迭代法解方程組，需要將上述功率方程改寫成功率平衡方程，并對功率平衡方程求偏導(dǎo)，得出對應(yīng)的雅可比矩陣，給未知節(jié)點(diǎn)賦電壓初值，一般為額定電壓，將初值帶入功率平衡方程，得到功率不平衡量，這樣由功率不平衡量、雅可比矩陣、節(jié)點(diǎn)電壓不平衡量（未知的）構(gòu)成了誤差方程，解誤差方程，得到節(jié)點(diǎn)電壓不平衡量，

9、節(jié)點(diǎn)電壓加上節(jié)點(diǎn)電壓不平衡量構(gòu)成新的節(jié)點(diǎn)電壓初值，將新的初值帶入原來的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩陣，然后計(jì)算新的電壓不平衡量，這樣不斷迭代，不斷修正，一般迭代三到五次就能收斂。牛頓拉夫遜迭代法的一般步驟：（1）形成各節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y。（2）設(shè)個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的初始值U和相角初始值e 還有迭代次數(shù)初值為0。（3）計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率不平衡量。（4）根據(jù)收斂條件判斷是否滿足，若不滿足則向下進(jìn)行。（5）計(jì)算雅可比矩陣中的各元素。（6）修正方程式個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓（7）利用新值自第（3）步開始進(jìn)入下一次迭代，直至達(dá)到精度退出循環(huán)。（8）計(jì)算平衡節(jié)點(diǎn)輸出功率和各線路功率3.2網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化）靜態(tài)地按最少出線支路數(shù)編

10、號這種方法由稱為靜態(tài)優(yōu)化法。在編號以前。首先統(tǒng)計(jì)電力網(wǎng)絡(luò)個(gè)節(jié)點(diǎn)的出線支路數(shù)，然后，按出線支路數(shù)有少到多的節(jié)點(diǎn)順序編號。當(dāng)由n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的出線支路相同時(shí)，則可以按任意次序?qū)@n 個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號。這種編號方法的根據(jù)是導(dǎo)納矩陣中，出線支路數(shù)最少的節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的行中非零元素也）動(dòng)態(tài)地按增加出線支路數(shù)最少編號在上述的方法中，各節(jié)點(diǎn)的出線支路數(shù)是按原始網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)出來的，在編號過程中認(rèn)為固定不變的，事實(shí)上，在節(jié)點(diǎn)消去過程中，每消去一個(gè)節(jié)點(diǎn)以后，與該節(jié)點(diǎn)相連的各節(jié)點(diǎn)的出線支路數(shù)將發(fā)生變化(增加，減少或保持不變)。因此，如果每消去一個(gè)節(jié)點(diǎn)后，立即修正尚未編號節(jié)點(diǎn)的出線支路數(shù)，然后選其中支路數(shù)最少的一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號，就

11、可以預(yù)期得到更好的效果，動(dòng)態(tài)按最少出線支路數(shù)編號方法的特點(diǎn)就是按出線最少原則編號時(shí)考慮了消去過程中各節(jié)點(diǎn)出線支路數(shù)目的變動(dòng)情況。形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣設(shè)非平衡節(jié)點(diǎn)電壓初值、e輸入原始數(shù)據(jù)啟動(dòng)3.3 設(shè)計(jì)流程圖對PQ節(jié)點(diǎn)計(jì)算(對PV節(jié)點(diǎn)計(jì)算) 計(jì)算雅可比矩陣各元素Hij(k)、Nij(k)、Jij(k)、Lij(k)解修正方程，由及雅可比矩陣用牛頓-拉夫遜法求各節(jié)點(diǎn)的ei（k）、Ui(k)/Ui計(jì)算節(jié)點(diǎn)的新電壓增加迭代次數(shù)count=count+1令迭代次數(shù)count=0計(jì)算平衡節(jié)點(diǎn)的功率及線路功率輸出是否4程序與結(jié)果.4.1 MATLAB程序clear;clc%重新編號，把原題中的節(jié)點(diǎn)1,2,3,4

12、,5重新依次編號為5,1,2,3,4，其中1-4號為PQ節(jié)點(diǎn)，5號為平衡節(jié)點(diǎn)y=0;%輸入原始數(shù)據(jù)，求節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y (1,2)=1/(0.06+0.18i); y (1,3)=1/(0.06+0.18i); y (1,4)=1/(0.04+0.12i);y(1,5)=1/(0.02+0.06i);y(2,3)=1/(0.01+0.03i);y(2,5)=1/(0.08+0.24i);y(3,4)=1/(0.08+0.24i);y(4,5)=0;for i=1:5for j=i:5y(j,i)=y(i,j);endendY=0;%求互導(dǎo)納for i=1:5for j=1:5if i=jY(i,

13、j)=-y(i,j);endendend%求自導(dǎo)納for i=1:5Y(i,i)=sum(y(i,:);endY %Y 為導(dǎo)納矩陣G=real(Y);B=imag(Y);%原始節(jié)點(diǎn)功率S(1)=0.2+0.2i;S(2)=-0.45-0.15i;S(3)=-0.4-0.05i;S(4)=-0.6-0.1i;S(5)=0;P=real(S);Q=imag(S);%賦初值U=ones(1,5);U(5)=1.06;e=zeros(1,5);ox=ones(8,1);fx=ones(8,1);count=0 %計(jì)算迭代次數(shù)while max(fx)>1e-5for i=1:4 for j=1:

14、4 H(i,j)=0;N(i,j)=0;M(i,j)=0;L(i,j)=0;oP(i)=0;oQ(i)=0; endendfor i=1:4for j=1:5 oP(i)=oP(i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);oQ(i)=oQ(i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);endoP(i)=oP(i)+P(i); oQ(i)=oQ(i)+Q(i);endfx=oP,oQ'%求雅克比矩陣%當(dāng)i=j時(shí)候求H,N,M,L 如下：for i=1:4f

15、or j=1:4if i=j H(i,j)=-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);N(i,j)=-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);L(i,j)=H(i,j);M(i,j)=-N(i,j);endendendH,N,M,L%當(dāng)i=j 時(shí)H,N,M,L如下：for i=1:4for j=1:5if i=jH(i,i)=H(i,i)+U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i, j)*cos (e(i)-e(j); N(i,i)=

16、N(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i, j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);M(i,i)=M(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j); L(i,i)=L(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);endendN(i,i)=N(i,i)-2*(U(i)2*G(i,i);L(i,i)=L(i,i)+2*(U(i)2*B(i,i);endJ=H,N;M,L %J 為雅克比矩陣ox=-(inv(J)*fx);

17、for i=1:4oe(i)=ox(i); oU(i)=ox(i+4)*U(i);endfor i=1:4e(i)=e(i)+oe(i); U(i)=U(i)+oU(i);endcount=count+1;endox,U,e,count%求節(jié)點(diǎn)注入的凈功率i=5;for j=1:5P(i)=U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j)+P(i);Q(i)=U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j)+Q(i);endS(5)=P(5)+Q(5)*sqrt(-1);S%求節(jié)點(diǎn)注入電流I=Y*U'MATLAB程序4.2程序結(jié)果Y值：迭代過程：電壓值：平衡節(jié)點(diǎn)注入功率及電流：5 總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)讓我有復(fù)習(xí)了一次潮流計(jì)算的相關(guān)知識，跟家清晰了什么事潮流計(jì)算以及潮流計(jì)算的在電力系統(tǒng)的重要性。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀況即是正常運(yùn)行狀況，是指電力系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行條件下電壓、功率的分布，也稱為潮流分布。電力系統(tǒng)分析的潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的一個(gè)重要的部分。通過對電力系統(tǒng)潮流分布的分析和計(jì)算，可