第4章matlab在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中應(yīng)用實(shí)例

第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例4.1MATPOWER軟件在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例MATPOWER[6]是一個(gè)用MATLAB的M文件編寫，用來(lái)解決電力潮流和優(yōu)化潮流的問(wèn)題的軟件包。它是由美國(guó)康奈爾大學(xué)電力系統(tǒng)工程研究中心（PSERCofCornellUniversity）的RAYD.Zimmerman、CarlosE.Murillo-Sánchez和甘德強(qiáng)在RobertJ.Thomas的指導(dǎo)下開(kāi)發(fā)出來(lái)的，本章介紹的是MATPOWER4.0。MATPOWER特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、易懂而且代碼公開(kāi)，這為電力系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和理解掌握潮流計(jì)算中的難點(diǎn)（如節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣、算法及迭代過(guò)程等）提供了一個(gè)開(kāi)放，便捷的平臺(tái)。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例4.1.1MATPOWER的安裝MATPOWER軟件的安裝一般有以下三個(gè)步驟：1．到MATPOWER主頁(yè)（）上按照下載指導(dǎo)下載相關(guān)壓縮文件。2．解壓下載的文件。3．將解壓后的文件放到MATLAB的PATH路徑下。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例4.1.2MATPOWER的主要技術(shù)規(guī)則1．?dāng)?shù)據(jù)文件格式在進(jìn)行潮流計(jì)算之前，首先要將電網(wǎng)的各種參數(shù)（如基準(zhǔn)容量、母線、線路、發(fā)電機(jī)等）寫成MATPOWER所用的數(shù)據(jù)文件格式。所有數(shù)據(jù)文件均為MATLAB的M文件或者M(jìn)AT文件，MATPOWER4.0采用的數(shù)據(jù)文件格式有以下兩種：（1）version1格式。數(shù)據(jù)文件中的電網(wǎng)各種參數(shù)采用baseMVA、bus、branch、gen等變量來(lái)定義和返回。這是MATPOWER3.0及以前版本采用的數(shù)據(jù)文件格式，當(dāng)在MATPOWER4.0下調(diào)用此類文件格式時(shí)，系統(tǒng)可將其自動(dòng)轉(zhuǎn)換為“version2”格式。（2）version2格式。每一個(gè)電網(wǎng)用變量名為“mpc”的結(jié)構(gòu)體（structures）來(lái)定義，結(jié)構(gòu)體mpc的不同字段用baseMVA、bus、branch、gen等來(lái)定義和返回電網(wǎng)的具體參數(shù)。在這些字段中，除baseMVA是標(biāo)量外，其他的都是矩陣。矩陣的每一行都對(duì)應(yīng)于一個(gè)單一的母線，線路或者發(fā)電機(jī)組。列的數(shù)據(jù)類似于標(biāo)準(zhǔn)的IEEE和PTI列的數(shù)據(jù)格式。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例圖4-1所示的2機(jī)5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，按“version2”格式編寫成的數(shù)據(jù)文件case5_01.m的清單如下：functionmpc=case5_01%MATPOWERCaseFormat:Version2mpc.version='2';%%-----PowerFlowData-----%%%%systemMVAbasempc.baseMVA=100;

%%busdata%bus_itypePdQdGsBsareaVmVabaseKVzoneVmaxVminmpc.bus=[111608000110100 11.1 0.94;2120010000110100 11.1 0.94;31370 11.1 0.94;42000011.0500100 11.1 0.94;53000011.0500100 11.1 0.94;];

第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例%%generatordata%busPgQgQmaxQminVgmBasestatusPmaxPminmpc.gen=[4500099990-99991.05010016000;50099990-99991.05010016000;];

%%branchdata%fbustbusrxbrateArateBrateCratioanglestatusangminangmaxmpc.branch=[210.040.250.50000 01-360360;310.10.3500000 01-360360;320.080.30.50000 01-360360;350 0.0300001.0501-360360;240 0.01500001.0501-360360;];return;第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例結(jié)構(gòu)體mpc的不同字段的簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：（1）字段baseMVA是一個(gè)標(biāo)量，用來(lái)設(shè)置基準(zhǔn)容量，如100MVA；（2）字段bus是一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)中各母線參數(shù)，矩陣的每一行都對(duì)應(yīng)于一個(gè)單一的母線，列的數(shù)據(jù)格式為：bus_i、type、Pd、Qd、Gs、Bs、area、Vm、Va、baseKV、zone、Vmax、Vmin。其中，bus_i用來(lái)設(shè)置母線編號(hào)（正整數(shù)）。type用來(lái)設(shè)置母線類型,1為PQ節(jié)點(diǎn)母線,2為PV節(jié)點(diǎn)母線,3為平衡(參考)節(jié)點(diǎn)母線，4為孤立節(jié)點(diǎn)母線。Pd和Qd用來(lái)設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功和無(wú)功功率。Gs、Bs用來(lái)設(shè)置與母線并聯(lián)電導(dǎo)和電納。baseKV用來(lái)設(shè)置該母線基準(zhǔn)電壓。Vm和Va用來(lái)設(shè)置母線電壓的幅值、相位初值。Vmax和Vmin用來(lái)設(shè)置工作時(shí)母線最高、最低電壓幅值。area和zone用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)斷面號(hào)和分區(qū)號(hào)，一般都設(shè)置為1，前者可設(shè)置范圍為1～100，后者可設(shè)置范圍為1～999。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例（3）字段gen為一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)（電源）參數(shù)。矩陣的每一行都對(duì)應(yīng)于一個(gè)單一的發(fā)電機(jī)（電源），列的數(shù)據(jù)格式為:bus、Pg、Qg、Qmax、Qmin、Vg、mBase、status、Pmax、Pmin……。其中主要參數(shù)為bus用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的母線編號(hào)。Pg和Qg用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的有功和無(wú)功功率。Pmax和Pmin用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的有功功率最大、最小允許值。Qmax和Qmin用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的無(wú)功功率最大、最小允許值。Vg用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的工作電壓。mBase用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的功率基準(zhǔn),如為缺省值,就是baseMVA變量的值。status用來(lái)設(shè)置發(fā)電機(jī)（電源）工作狀態(tài),1表示投入運(yùn)行,0表示退出運(yùn)行。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例（4）字段branch也是一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)中各支路參數(shù)。矩陣的每一行都對(duì)應(yīng)于一個(gè)單一的支路，列的數(shù)據(jù)格式為:fbus、tbus、r、x、b、rateA、rateB、rateC、ratio、angle、statusangminangmax。對(duì)上述主要參數(shù)的數(shù)據(jù)格式說(shuō)明如下：1）fbus和tbus用來(lái)設(shè)置該支路由起始節(jié)點(diǎn)（母線）編號(hào)和終止節(jié)點(diǎn)（母線）編號(hào)。2）r、x和b用來(lái)設(shè)置該支路的電阻、電抗和充電電納。3）rateA、rateB和rateC分別用來(lái)設(shè)置該支路長(zhǎng)期、短期和緊急允許功率。4）ratio用來(lái)設(shè)置該支路的變比，如果支路元件是導(dǎo)線,那么ratio為0；如果支路元件為變壓器，則該變比為fbus側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓與tbus側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓之比。5）angle用來(lái)設(shè)置支路的相位角度，如果支路元件為變壓器（或移相器），就是變壓器（或移相器）的轉(zhuǎn)角；如果支路元件是導(dǎo)線，相位角度則為0度。6）status用來(lái)設(shè)置支路工作狀態(tài)，1表示投入運(yùn)行，0表示退出運(yùn)行。7）angmin、angmax用來(lái)設(shè)置支路相位角度的最小和最大差值。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例2．控制選項(xiàng)MATPOWER軟件不但能夠進(jìn)行交流潮流計(jì)算，還能夠進(jìn)行直流潮流、最優(yōu)潮流等計(jì)算。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)還可以選擇不同的算法及結(jié)果輸出格式。為了實(shí)現(xiàn)以上不同的功能，MATPOWER采用一個(gè)選項(xiàng)向量“mpoption”來(lái)達(dá)到對(duì)選項(xiàng)的控制。在MATLAB的命令窗口中通過(guò)輸入mpoption就可以顯示出MATPOWER的默認(rèn)選項(xiàng)內(nèi)容。MATPOWER選項(xiàng)向量實(shí)現(xiàn)對(duì)以下的控制：·潮流算法·潮流計(jì)算的中止標(biāo)準(zhǔn)·最優(yōu)潮流（OPF）算法·對(duì)不同成本模型的默認(rèn)OPF算法·OPF的成本轉(zhuǎn)換參數(shù)·OPF的中止標(biāo)準(zhǔn)·冗余水平·結(jié)果輸出方式MATPOWER選項(xiàng)向量中有關(guān)潮流計(jì)算的選項(xiàng)如表4-1所示。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例4.1.3MATPOWER應(yīng)用舉例為了方便用戶，MATPOWER4.0提供了十多個(gè)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)文件，包括在電力系統(tǒng)仿真中常用的IEEE30、IEEE118、IEEE300等電網(wǎng)的數(shù)據(jù)文件。下面以圖4-1所示的2機(jī)5節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)文件case5_01.m為例說(shuō)明計(jì)算潮流的方法。當(dāng)采用牛頓法計(jì)算case5_01.m的交流潮流（mpoption為默認(rèn)的選項(xiàng)向量）時(shí)，在MATLAB的命令窗口中輸入以下命令即可>>runpf(‘case5_01’)第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例4.2Powergui在簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例本節(jié)將以圖4-1所示的2機(jī)5節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)為例，介紹利用Powergui計(jì)算簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)潮流的方法。4.2.1電力系統(tǒng)元件的模型選擇Simulink的SimPowerSystems為用戶提供了相當(dāng)豐富的電力系統(tǒng)元器件模型，如發(fā)電機(jī)有簡(jiǎn)單的同步發(fā)電機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)同步發(fā)電機(jī)等，變壓器、線路、母線、負(fù)載也有不同的模塊。在進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，首先要根據(jù)原始數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)的類型對(duì)模塊進(jìn)行選擇，這一步是十分重要的，不同的模塊可能導(dǎo)致運(yùn)算結(jié)果的差異，嚴(yán)重者會(huì)使仿真系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。針對(duì)圖4-1所示的2機(jī)5節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)，模型選擇如下：1．發(fā)電機(jī)模型在該系統(tǒng)中的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)均選用p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊“SynchronousMachinepuStandard”，該模塊使用標(biāo)幺值參數(shù)，以轉(zhuǎn)子dq軸建立的坐標(biāo)系為參考,定子繞組為星形接法。2．變壓器模型系統(tǒng)中的兩臺(tái)變壓器均選用三相兩繞組變壓器模塊“Three-phaseTransformer(TwoWindings)”,Y-Y連接方式。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例3．線路模型系統(tǒng)中的帶有對(duì)地導(dǎo)納的線路選用三相“Π”型等值模塊“ThreePhasePISectionLine”,沒(méi)有對(duì)地導(dǎo)納的線路選用三相串聯(lián)RLC支路模塊“ThreePhaseSeriesRLCBranch”。4．負(fù)荷模型在SimPowerSystems庫(kù)中，利用R、L、C的串聯(lián)或并聯(lián)組合，提供了兩個(gè)靜態(tài)三相負(fù)荷模塊：三相RLC并聯(lián)負(fù)荷（Three-PhaseParallelRLCLoad）、三相RLC串聯(lián)負(fù)荷（Three-PhaseSeriesRLCLoad）。這兩種模型是用恒阻抗支路模擬負(fù)荷，在仿真時(shí)，在給定的頻率下負(fù)荷阻抗為常數(shù)，負(fù)荷吸收的有功功