基于MATLAB的電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上  編號 課程設(shè)計 題 目： 基于MATLAB的電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算 學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 戚樹紅 指導(dǎo)教師： 劉永科 職稱： 副教授 完成日期： 2015 年 6 月 28 日二 一 五 年 五 月河西學(xué)院本科生課程設(shè)計任務(wù)書設(shè) 計 題 目基于MATLAB的電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算作 者 姓 名戚樹紅學(xué)院、專業(yè)、年級物電學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)12級1班指導(dǎo)教師姓名、職稱劉永科 副教授任務(wù)下達(dá)日期2015年5月20日1.設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計題目多電壓等級的電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算。如圖所示110kv環(huán)形電力網(wǎng)絡(luò)，線路型號及長度

2、、負(fù)荷功率均已標(biāo)于圖中。1.2原始數(shù)據(jù) 圖中電源a點的運行電壓為V=116KV；變電所有兩臺三繞組變壓器，其容量為31.5MVA，額定電壓為V容量比為100/100/50，空載損耗 P0=46KW,最大負(fù)載損耗 PSmax=175km，空載電流=1.0短路阻抗分別為 =10.5，=10.5，=6.5，變壓器高壓側(cè)分接頭位于+2.5%抽頭，中壓側(cè)分接頭位于+5%抽頭;b、c、f點處的電壓值，是指三繞組變壓器T的三側(cè)繞組的額定電壓。2.設(shè)計的基本要求2.1設(shè)計及計算說明書（1）說明書要求書寫整齊，條理分明，表達(dá)正確、語言正確。（2）計算書內(nèi)容：為各設(shè)計內(nèi)容最終成果、確定提供依據(jù)進(jìn)行的技術(shù)分析、論證

3、和定量計算。（3）計算書要求：計算無誤，分析論證過程簡單明了，各設(shè)計內(nèi)容列表匯總。2.2圖紙（1）繪制分析所需的必要圖紙（2）圖紙要求：用標(biāo)準(zhǔn)符號繪制，布置均勻，設(shè)備符號大小合適，清晰美觀。(3)說明書后應(yīng)附錄MATLAB程序。3.論文(設(shè)計)進(jìn)度安排階段論文（設(shè)計）各階段名稱起止日期1熟悉設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計題目及設(shè)計背景資料5月20日-5月25日2查閱有關(guān)資料5月26日-5月27日3閱讀設(shè)計要求必讀的參考資料5月28日-5月29日4書寫設(shè)計說明書5月30日-6月20日5小組答辯與質(zhì)疑6月21日-6月22日6上交設(shè)計成果6月30日4.需收集和閱讀的資料及參考文獻(xiàn)（指導(dǎo)教師指定）1: 陳珩.電力系

4、統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）M，北京，中國電力出版社，20072：何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析第三版M，武漢,華中科技大學(xué)出版社，20023：陳悅.電氣工程畢業(yè)設(shè)計指南電力系統(tǒng)分冊M，北京，中國水利水電出版社，20084: 郭麗萍，顧秀芳. 電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計指導(dǎo)及實例分析，水利水電出版社，20115: 華智明，張瑞林. 電力系統(tǒng)，重慶大學(xué)出版社，20066:劉振亞. 高低壓電網(wǎng)M，北京，中國經(jīng)濟(jì)出版社，2005教 研 室 意 見 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日目錄專心-專注-專業(yè)摘要 電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種計算，它根據(jù)給定的運行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)

5、：各母線的電壓。各元件中流過的功率，系統(tǒng)的功率損耗等等。在電力系統(tǒng)規(guī)劃的設(shè)計和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行方式的研究中，都需要利用潮流計算來定量的分析比較供電方案或運行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。此外，電力系統(tǒng)的潮流計算也是計算機(jī)系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，所以潮流計算是研究電力系統(tǒng)的一種重要的計算。 潮流計算在數(shù)學(xué)上是多元非線性方程組的求解問題，求解的方法有很多種，牛頓拉夫遜法，P-Q分解法是數(shù)學(xué)上解非線性方程組的有效方法，有較好的收斂性。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)潮流計算； MATLAB； P-Q分解法1 設(shè)計的基本要求1.1設(shè)計及計算說明書（1）說明書要求書寫整齊，條理分明，表達(dá)正確、語言正確。（2）計算

6、書內(nèi)容：為各設(shè)計內(nèi)容最終成果、確定提供依據(jù)進(jìn)行的技術(shù)分析、論證和定量計算。（3）計算書要求：計算無誤，分析論證過程簡單明了，各設(shè)計內(nèi)容列表匯總。1.2圖紙（1）繪制分析所需的必要圖紙（2）圖紙要求：用標(biāo)準(zhǔn)符號繪制，布置均勻，設(shè)備符號大小合適，清晰美觀。(3)說明書后應(yīng)附錄MATLAB程序。2 設(shè)計題目2.1 潮流計算課題（1）設(shè)計題目多電壓等級的電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算。如圖所示110kv環(huán)形電力網(wǎng)絡(luò)，線路型號及長度、負(fù)荷功率均已標(biāo)于圖中。（2）原始數(shù)據(jù) 圖中電源a點的運行電壓為V=116KV；變電所有兩臺三繞組變壓器，其容量為31.5MVA，額定電壓為V容量比為100/100/50，空載損耗 P0=

7、46KW,最大負(fù)載損耗 PSmax=175km，空載電流=1.0短路阻抗分別為 =10.5，=10.5，=6.5，變壓器高壓側(cè)分接頭位于+2.5%抽頭，中壓側(cè)分接頭位于+5%抽頭;b、c、f點處的電壓值，是指三繞組變壓器T的三側(cè)繞組的額定電壓。2.2課題分析及求解思路（1）手工潮流計算 此電力系統(tǒng)是一個7節(jié)點的電力網(wǎng)絡(luò)。先將系統(tǒng)中的電力線路和電力變壓器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的等值數(shù)學(xué)模型，再通過計算發(fā)電廠和變電所的運算負(fù)荷簡化數(shù)學(xué)模型，最后用前推回推法計算整個網(wǎng)絡(luò)的潮流分布。（2）計算機(jī)潮流計算綜合比較牛頓拉夫遜法、PQ分解法等的特點，最后確定采用PQ分解法，因為此方法所需解得方程組相對較少。首先寫出節(jié)點

8、導(dǎo)納矩陣，分析各節(jié)點的類型，找出待求量，然后確定潮流方程，用PQ分解法分析。3 電力系統(tǒng)手工潮流計算3.1 電力線路數(shù)學(xué)模型的建立（1）電力線路電阻計算 對于有色金屬導(dǎo)線（鋁線、剛性鋁線和銅線）。它們每相單位長度的電阻可按下式計算： （31） 式中： 導(dǎo)線單位長度的電阻（/km）； 導(dǎo)線材料的電阻率（）； S導(dǎo)線的額定截面（）。 在電力系統(tǒng)計算中，導(dǎo)線的電阻率采用下列數(shù)值：鋁為31.5，銅為18.8，它們略大于這些材料的直流電阻率。（2）電力線路阻抗計算 對于有色金屬導(dǎo)線（鋁線、剛性鋁線和銅線）。它們每相單位長度的阻抗可按下式計算： （32） 式中： 導(dǎo)線單位長度的電抗（）； 導(dǎo)線的半徑（mm

9、或cm）； 幾何均距（mm或cm）。（3）電力線路電納計算 對于有色金屬導(dǎo)線（鋁線、剛性鋁線和銅線）。它們每相單位長度的電納可按下式計算： （33） 式中： 導(dǎo)線單位長度的電納（s/km） 導(dǎo)線的半徑（mm或cm）； 幾何均距（mm或cm）。（4）變壓器的阻抗 （34） （35） 式中：變壓器的額定電壓（KV）； 變壓器最大短路損耗功率(KW)； 變壓器的額定容量（MVA）。 （36） （37） 式中： 變壓器的額定電壓（KV）； 變壓器的額定容量（MVA）； 、變壓器各繞組兩兩之間的短路電壓（KV）； 、變壓器各繞組的短路電壓（KV）。（5）變壓器導(dǎo)納 （38） 式中： 變壓器的額定電壓（K

10、V）； 變壓器空載損耗（KW）。 （39） 式中： 電壓器的空載電流百分值； 變壓器的額定容量（MVA）； 變壓器的額定電壓（KV）。3.2 電力線路及變壓器參數(shù)的計算（1）電力線路LGJ150參數(shù)如表3-1所示。 表3-1電力線路LGJ150參數(shù)表參數(shù)r（）x（）b( S / KM )電力線路參數(shù)如下 電力線路L1、L2：型號LGJ150，電阻： 電抗： 電納： 電力線路L3：型號LGJ150，電阻： 電抗： 電納： （2）電力線路LGJ95參數(shù)如表3-2所示。表3-2電力線路LGJ95參數(shù)表參數(shù)r（）x（）b( S / KM )LGJ950.3320.429電力線路參數(shù)如下：電力線路L4：

11、型號LGJ95，電阻： 電抗： 電納： 整理可得電力線路的參數(shù)如表3-3所示。表3-3電力線路參數(shù)表線路L1、L2L3L4電阻14.71.051.328電抗29.122.081.716電納（3）變壓器的參數(shù)如下：三繞組變壓器T，其容量為31.5 MVA，額定電壓為容量比為100/100/50(以高壓側(cè)110KV計算)。計算參數(shù)：變壓器高壓側(cè)分接頭位于+2.5%抽頭，中壓側(cè)分接頭位于+5%抽頭。電阻：電抗： 導(dǎo)納：系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型圖如下： 變壓器變比如下：線路L3，L4折算到110KV的電阻、電抗、電納如下：線路等值電路圖如下：4 系統(tǒng)的簡化4.1 變壓器、運算功率及運算負(fù)荷節(jié)點A：節(jié)點B:節(jié)點D：

12、節(jié)點E：節(jié)點F： 4.2 系統(tǒng)簡化圖5 基于MATLAB的P-Q潮流計算5.1 P-Q潮流計算方法 潮流計算的修正方程式 以極坐標(biāo)表示的一種修正方程式為： （51） 或簡寫為： （52）或展開為： （53）一般線路兩端電壓的相角差是不大的，通常不超過10-20度，因此可以認(rèn)為 （54）另外，與系統(tǒng)各節(jié)點無功功率相應(yīng)的導(dǎo)納必定遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該節(jié)點自導(dǎo)納的虛部，即 （55） 因此就有 （56） 考慮到以上關(guān)系后，系數(shù)矩陣中的元素表達(dá)式可以化簡為 （57）系數(shù)矩陣可表示為 （58）還可以把他們表示為以下矩陣的乘積 （59）將它帶入，并利用乘法結(jié)合律，我們可以把修正方程式變?yōu)?（510）及 （511）將以上

13、兩式的左右兩側(cè)用以下矩陣左乘 （512）可以得到 （513）及 （514） 以上兩式就是PQ分解法達(dá)到修正方程式，其中系數(shù)矩陣只不過是系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣的虛部，因而是對稱矩陣，而且在迭代過程中維持不變，它們與功率誤差方程式 （515）構(gòu)成了PQ分解法迭代過程中基本的計算公式，其迭代步驟大致是：（1）根據(jù)求得的Y矩陣形成有功迭代和無功迭代的簡化雅克比矩陣；（2）給定各節(jié)點電壓相角初值和各節(jié)點電壓初值；（3）根據(jù)(15)計算各節(jié)點有功功率誤差，并求出；（4）解修正方程式(13)，并進(jìn)而計算各節(jié)點電壓向量角度的修正量；（5）修正各節(jié)點電壓向量角度；（6）根據(jù)式(16)計算各節(jié)點無功功率誤差，計算時電壓相角

14、用最新的修正值，并求出；（7）解修正方程式(14)，求出各節(jié)點電壓幅值的修正量；（8）修正各節(jié)點電壓幅值；（9）返回(2)進(jìn)行迭代，直到各節(jié)點功率誤差及電壓誤差都滿足收斂條件。 5.2 PQ潮流計算 PQ分解法潮流法計算流程圖： 系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣Y： 以表幺值表示的導(dǎo)納矩陣Y： 系數(shù)矩陣： 表5-1 系統(tǒng)初設(shè)置節(jié)點電壓數(shù)值1.05454111111節(jié)點功率因數(shù)角數(shù)值0000000表5-2 迭代過程中各節(jié)點電壓的變化迭代次數(shù)11.11111121.1.1.1.1.1.1.31.1.1.1.1.1.1.41.1.1.1.1.1.1.51.1.1.1.1.1.1.61.1.1.1.1.1.1.71.1.

15、1.1.1.1.1.81.1.1.1.1.1.382731.91.1.1.1.1.1.1.101.1.1.1.1.1.1.111.1.1.1.1.1.1.表5-3 各點功率因數(shù)角迭代次數(shù)10000000200.0.0.0.0.0.300.0.0.0.0.0.400.0.0.0.0.0.500.0.0.0.0.0.600.0.0.0.0.0.700.0.0.0.0.0.800.0.0.0.0.0.900.0.0.0.0.0.1000.0.0.0.0.0.表5-4 各點功率的差值迭代次數(shù)10.0.0.0.0.0.2-0.0.-0.-0.-0.-0.30.-0.-0.-0.0.0.4-0.0.0.0

16、.-0.-0.50.-0.-0.-0.0.0.6-0.0.0.0.-0.-0.70.-0.-0.-0.0.0.8-0.-0.0.0.-0.-0.90.0.-0.-0.0.0.10-0.-0.0.0.-0.-0.迭代次數(shù)10.-0.0.0.0.0.2-0.0.0.0.-0.-0.30.0.-0.-0.0.0.4-0.-0.0.0.-0.-0.50.0.-0.-0.0.0.6-0.-0.0.0.-0.-0.70.0.-0.-0.0.0.8-0.-0.0.0.-0.-0.90.0.-0.-0.0.0.10-0.0.0.0.-0.-0. 表5-5 潮流計算結(jié)果各節(jié)點 電壓電壓/KV116114.444

17、.5645.0144.8712.15 計算平衡節(jié)點功率和線路功率迭代收斂后，就可計算平衡節(jié)點功率和線路功率，計算結(jié)果如下： =（1.+j0）(3.3396+j6.6187)(1.-j0)+(-3.3396-j6.61 87)(1.+j0.)+j2.581=2.25132+j1.57346 表5-6 各線路功率： jiABDEFGA0+j01.05858+j4.310860+j00+j00+j00+j0B1.05858+j4.310860+j00+j00+j00+j00+j0D0+j00+j00+j0-0.64723+j0.916150+j00+j0E0+j00+j0-0.64723+j0.91

18、6150+j0-0.86852+j0.825880+j0F0+j00+j00+j0-0.86852+j0.0+j00+j0G0+j00+j00+j00+j00+j00+j06 總結(jié) 從本次電力系統(tǒng)潮流計算課程設(shè)計中，通過計算在不同的負(fù)荷下各支路節(jié)點潮流分布的變化，分析負(fù)荷變動時，對電壓，功率的影響，我們掌握了常用的調(diào)整電壓的措施，鍛煉了自己實際操作分析能力。使我在潮流計算、MATLAB的使用方面均有所提高，但也暴露出了一些問題；理論知識的儲備還是不足，對MATLAB的性能和特點還不能有一個全面的把握，對MATLAB的使用不夠熟悉，相信通過以后的學(xué)習(xí)能彌補(bǔ)這些不足，從而達(dá)到一個新的層次。 此次課

19、程設(shè)計，讓我充分了解了解到精準(zhǔn)的潮流計算不僅可以節(jié)省能源并充分發(fā)揮能源的作用，還可以使電網(wǎng)處于穩(wěn)定且平穩(wěn)的狀態(tài)，這對電網(wǎng)的完全運行起到關(guān)鍵性的作用。附錄 MATLAB程序 主函數(shù)： clc format long Y=0.0276-0.0547i,-0.0276+0.0547i,0,0,0,0,0;-0.0276+0.0547i,0.03035-0.1264i,-0.00275+0.0717I,0,0,0,0;0,0.00275+0.0717i,0.04295-0.i,-0.0136+0.151i,0,0,-0.0266+0.15566i;0,0,-0.0136+0.151i,0.03824-

20、0.2002i,-0.02482+0.0492i,0,0,0,0,0,-0.02482+0.0492i,0.06105-0.09601i,-0.03623+0.04681i,0;0,0,0,0,-0.03623+0.04681i,0.03623-0.04681i,0;0,0,-0.0266=0.15566i,0,0,0,0.0266-0.15566i;YB=100/1102*ones(7,7);Y=Y./YBFor m=1:6 For n=1:6 B（m,n）=imag(Y(m+1,n+1); endendBu=0. 1 1 1 1 1 1;ul=1 1 1 1 1 1;q=0 0 0 0 0

21、 0 0;p=0.00092 0 0.12 0.03 0.05 0.2;q=-0.01692 0 0.08989 0.01981 0.02992 0.15;dp=p;dp=q;B=inv(B); For 1=1:10 dp=p; dp=q; for m=1:6 for n=1:7dp=(m)=dp(m)-u(m+1)*u(n)*real(Y(m+1,n)*cos(g(m+1)-g(n)+imag(Y(m+1,n)*sin(g(m+1)-g(n);end end for m=1:6for n=1:7dp=(m)=dp(m)-u(m+1)*u(n)*real(Y(m+1,n)*sin(g(m+1)-g(n)-imag(Y(m+1),n)*cos(g(m+1)-g(n); end end