電力系統(tǒng)仿真MATPOWER潮流計算

1、IEEE30節(jié)點潮流計算寧夏大學新華學院 馬智潮流計算，指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲、元件參數(shù)和發(fā)電、負荷參量條件下， 計算有功功率、無功功率及電壓在電力網(wǎng)中的分布。潮流計算是根據(jù)給定的電網(wǎng) 結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機、負荷等元件的運行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運行狀 態(tài)參數(shù)的計算。通常給定的運行條件有系統(tǒng)中各電源和負荷點的功率、樞紐點電 壓、平衡點的電壓和相位角。待求的運行狀態(tài)參量包括電網(wǎng)各母線節(jié)點的電壓幅 值和相角，以及各支路的功率分布、網(wǎng)絡的功率損耗等。它是基于配電網(wǎng)絡特有的層次結(jié)構(gòu)特性，論文提出了一種新穎的分層前推回代算 法。該算法將網(wǎng)絡支路按層次進行分類，并分層并行計算各層次的支路功率損耗 和

2、電壓損耗，因而可大幅度提高配電網(wǎng)潮流的計算速度。論文在MATLAB環(huán)境下， 利用其快速的復數(shù)矩陣運算功能，實現(xiàn)了文中所提的分層前推回代算法，并取得 了非常明顯的速度效益。另外，論文還討論發(fā)現(xiàn)，當變壓器支路阻抗過小時，利 用n型模型會產(chǎn)生數(shù)值巨大的對地導納，由此會導致潮流不收斂。為此，論文 根據(jù)理想變壓器對功率和電壓的變換原理，提出了一種有效的電壓變換模型來處 理變壓器支路，從而改善了潮流算法的收斂特性。關鍵詞：電力系統(tǒng)；潮流分析；MATLAB潮流計算的目的電力系統(tǒng)的潮流計算最主要的目的是為了讓電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運 行的同時做到經(jīng)濟運行。所以考留到經(jīng)及調(diào)度、電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)可靠 性分析。具體

3、表現(xiàn)在以下方面：在電網(wǎng)規(guī)劃階段，通過潮流計算，合理規(guī)劃電源容量及接入點，合理規(guī) 劃網(wǎng)架，選擇無功補償方案，滿足規(guī)劃水平的大、小方式下潮流交換控制、 調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)壓的要求。在編制年運行方式時，在預計負荷增長及新設備投運基礎上，選擇典 型方式進行潮流計算，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、基建部門提出改進網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，加快基建進度的建議。正常檢修及特殊運行方式下的潮流計算，用于日運行方式的編制，指 導發(fā)電廠開機方式，有功、無功調(diào)整方案及負荷調(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。預想事故、設備退出運行對靜態(tài)安全的影響分析及作出預想的運行方 式調(diào)整方案。總結(jié)為在電

4、力系統(tǒng)運行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進行潮流計 算以比較運行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經(jīng)濟性。同時，為 了實時監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，也需要進行大量而快速的潮流計算。因 此，潮流計算是電力系統(tǒng)中應用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運算。 在系統(tǒng)規(guī)劃設計和安排系統(tǒng)的運行方式時，采用離線潮流計算；在電力系 統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控中，則采用在線潮流計算。MATLAB軟件的應用MATLAB Compiler是一種編譯工具，它能夠?qū)編寫的函數(shù)文件生成函數(shù)庫 或者可執(zhí)行文件COM組件等，以提供給其他高級語言如C+、C#等進行調(diào)用由此 擴展MATLAB的應用范圍，將MATLAB的開發(fā)效率與其他

5、高級語言的運行結(jié)合起來， 取長補短，豐富程序開發(fā)的手段。目前電子計算機已廣泛應用于電力系統(tǒng)的分析計算，潮流計算是其基本應用 軟件之一?，F(xiàn)有很多潮流計算方法。對潮流計算方法有五方面的要求：（1）計算 速度快（2）內(nèi)存需要少（3）計算結(jié)果有良好的可靠性和可信性（4）適應性好， 即能處理變壓器變比調(diào)整、系統(tǒng)元件的不同描述和與其它程序配合的能力強（5） 簡單。MATLAB是一種交互式、面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言，廣泛應用于工業(yè)界與學 術界，主要用于矩陣運算，同時在數(shù)值分析、自動控制模擬、數(shù)字信號處理、動 態(tài)分析、繪圖等方面也具有強大的功能。MATLAB程序設計語言結(jié)構(gòu)完整，且具有優(yōu)良的移植性，它的基本數(shù)據(jù)

6、元素 是不需要定義的數(shù)組。它可以高效率地解決工業(yè)計算問題，特別是關于矩陣和矢 量的計算。MATLAB與C語言和FORTRAN語言相比更容易被掌握。通過M語言， 可以用類似數(shù)學公式的方式來編寫算法，大大降低了程序所需的難度并節(jié)省了時 間，從而可把主要的精力集中在算法的構(gòu)思而不是編程上。另外，MATLAB提供了一種特殊的工具：工具箱(TOOLBOXES).這些工具箱 主要包括：信號處理(SIGNAL PROCESSING)、控制系統(tǒng)(CONTROL SYSTEMS)、神 經(jīng)網(wǎng)絡(NEURAL NETWORKS)、模糊邏輯(FUZZY LOGIC)、小波(WAVELETS)和模擬 (SIMULATI

7、ON)等等。不同領域、不同層次的用戶通過相應工具的學習和應用， 可以方便地進行計算、分析及設計工作。MATLAB設計中，原始數(shù)據(jù)的填寫格式是很關鍵的一個環(huán)節(jié)，它與程序使用 的方便性和靈活性有著直接的關系。原始數(shù)據(jù)輸入格式的設計，主要應從使用的 角度出發(fā)，原則是簡單明了，便于修改。圖1 IEEE-30節(jié)點系統(tǒng)接線圖function mpc = case30%CASE30 Power flow data for 30 buSj 6 generator case.%Please see CASEFORMAT for details on the case file format.%Based on

8、data from .AlsaCj 0. & Stottj B.Optimal Load Flow with Steady State Security, IEEE Transactions on Power Apparatus and SystentSj Vol. PAS 93, No. 3, 1974, pp. 745-751. with branch parameters by 100 and shunt on bus 10 Generator locationSj cost srounded to nearest 0. 013 shunt values divided moved to

9、 bus 5, load at bus 5 zeroed out.and limits and bus areas were taken from .FerrerOj R. W. 3 Shahidelipourj S. M., in deregulated power systems using Power SystemSj Vol. 12, No. 3, AugGenerator Q limits were derived fromRameshj V. C. 3 Transaction analysis game theoryj IEEE Transact ions on 1997, pp.

10、 1340-1347.Al sac & St ottj using their Pmaxcapacities. V limits and line | S | limits taken from Alsac & Stott.% MATPOWER% $Id: case30. JUj v 1. 12 2010/03/10 18:08: 13 ray Exp $% MATPOVER Case Format : Version 2 mpc. version = N;% Power Flow Data % system MVA basempc. baseMVA = 100 ;% bus databus_

11、 itypePd QdGsBs areaVmVa baseKV z oneVm：iKVminmpc.bus1=13000011013511. 050. 95;2221. 712. 700110135 11. 1 0. 95;312.4 1. 20011013511. 050. 95;417. 6 1. 60011013511. 050. 95;G.a2iiZ 10：35 1I.U50. 9G.i0ii1 0135 1L.050,35.95.S Ci 0210135 1|ni：60.95.32 CL!? i 02013S 1L.050.95.9-5 3L4 D 0210：35 1I.Q50. 9

12、G.3.5 M 3 Ci 0 ：31 0135 11 J：6D. 95.Q U D 0 j1 035 1L. L 0. BEDODD1 DJ3 1I.OSD. 9G.2-4 Q.0 D D 31 D335 1I.DED. 9E.IO. 61.9 0 d：i31.0 13511 J：Z CD. 97口 CD-20 ：IDD150d aO 0a naFtS QclaiiTLQcSrrin Qc：2.ax -3wp_aE carp. 10 T-sfiC.SO rwp.q apf2 dJ2723L300.021.53 Ci30 -2052. 5 rmpf (/ case3Lr )MATPOIVER V

13、ersion 4,14-Dec-2011 AC Power Flcnir (Nevrtcm)Neurt 01-1? s method prnirer flow converged in 3 it er at ions.Converged in LL 18 seconds| Syst em SuirunaryHniir JTL：dILy?Hcnir much?P (IB)Q (MVAr)7Total Gen Capacity335. C一95. 0 to 405. 9Generators6On-line Capacity335. C-95. 0 to 405. 9CoiruTLitt ed Ge

14、ns6Generat ion (actual)191. E100.Loads20Load189. 2107. 2Fixed20Fixed189. 2107. 2Dispatchable0Dispatchable0. C of 0.00. CShuivt s2Shuivt (inj)0. C0. 2Briches41Losses (I2 * Z)W.448.曲Trmsf ormers0B r meh Char g ing (inj)15. EInter-ties7Tot al I nt ert ie Flg33. 227. 1Areas3MiniiTLijjTLMazsimujTLVoltage

15、 Magnitude0. 961p. u. bus 81. 00C p. u.bus 1Voltage Angle-3. 96deg bus 191.48 degbus 13P Losses0. 29 Wline 26Q Losses (IA2*K)2. 10 WArline 12-1F Losses(.1-U.理 MW魄 imeQ Losses(I2*K：-2. 10 WAr line12-13|Bus DataBusVolt ageionLoad#Mag (pu)Aug(deg)P MQ (MVAr)P W) Q(MVAr)11. ooo0. OOO*25. D7-1. 002:.ooo-

16、0.4：560. 9732. 002：. 7012. 7030. 983-1. 5222.401. 2040. QSO-1.7?57. 601. 6050. 982-1. 86460. 973-2. 2677D- 967-2-65222- 80ID. 9080. 96：-2.72630. 0030. 00yu. yy：-2.997:o0. 984-3.3755. 802. 000. 98：-2.997上U- 935-! 53ru. zo7. 50：3:.ooo1.4邛3 0011. 35A0. 9廣-2.3086. 201. 601。LL 980-2-3128. 202. 50：60. 977

17、-2.6443. 501. 80.70. 977-3. 3929. 005. 80180. 9G8-3.483. 200. 90：90. 965-3.9589. 503.40200. 969-3.8T12. 200. 70210. DD3-3.48817. 5011. 2022:.ooo-3.3932：. 5939. 5723:.ooo-1.58919. 207. 953. 201. 60i-i A|-| C |-| rt|-|.- -! 4i-i T ii.- T ii231. 000-1. 58919. 207. 953. 201. 60240. 989-2. 6318. 706. 702

18、50.990-1.690260.972-2. 1393. 502.30271. 000-0. 82826. 9110. 54280. 975-2. 266290. 980-2. 1282. 400. 90300.968-3.04210. 601.90Total:191. 64100.41189. 20107. 20BrarichData1:ichFroiTLToFrom Bus InjectionTo Bus Inj ect ionLoss (I 2 ：+： Z)BusBusP郵 Q(MVAr)P (W) Q| (MVAr) P (W) Q (WAr)1210.89-5.09-10.862.

19、170.0260.0821315. 084. 09-14.96-5. 570. 1270.4832416. 075. 21-15.89-6. 660. 1780. 5043412. 564. 37-12.54-4. 300. 0180. 0752513.754.51-13.58-S. 030. 1100.4462620.20F.42-19.99-8. 500.2S90.8774622. 5011. 38-22.43-11. 120.0660.2685713. 686. 21-13.56-6. 880. 1200. 299679. 273. 17-9. 24-4. 020. 0310. 0810

20、6824.8224.43-24.69-23. 920. 1280.5111695.79-3.36-5.793.460.0000. 10126103. 31-1. 92-3. 312. 000.0000.09139110. 000. 000. 000. 000.0000.00149105. 79-3.46-5. 793. 510. 0000. 0513911a. oo0. 000. 000. 000. 0000. 00149105. 79-3.46-5. 793. 510. 0000. 0515412-1. 67-2. 021. 672. 040. 0000. 02161213-sr. 00-9

21、. 2637. 0011. 350. 0002. 101712145. 390. 88-5. 35-0. 800. 0370. 081812153.4S-1. 06-9.411. 190. 0660. 121912163. 26-0. 10-9. 180. 280. 0800. 18201415-0.35-0.800.850. 300.0030. 002116175. 6S-2.00-5.652. 150.0310. 072215103. 160.76-9. or-0. 570.0970. 192318195.87-0.33-5.850. 380.0220. 05241920-3.65-3.783.663. 800.0090. 022510205.924.62-5.8S-4. 500.0520. 122610173.378.01-3.35-7. 950.0230. 06271021-2. 23-11.672. 2811. 770. 0440. 10281022-3. 75-8.