電力系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)報(bào)告電力系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)

電力系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)報(bào)告TOC\o"1-3"\h\u1前言電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種計(jì)算,它根據(jù)給定的運(yùn)行條件及系統(tǒng)接線(xiàn)情況確定整個(gè)電力系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中,都需要利用潮流計(jì)算來(lái)定量分析、比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)是閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算，用到的方法為PQ分解法潮流計(jì)算。2實(shí)訓(xùn)目的與要求2.1實(shí)訓(xùn)目的電力系統(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(guò)對(duì)電力系統(tǒng)潮流分布的分析和計(jì)算，可進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析、評(píng)估，提出改進(jìn)措施。電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算和分析是電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃工作的基礎(chǔ)。潮流計(jì)算是指對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀況的分析和計(jì)算。通常需要已知系統(tǒng)參數(shù)和條件，給定一些初始條件，從而計(jì)算出系統(tǒng)運(yùn)行的電壓和功率等；潮流計(jì)算方法很多：高斯-塞德?tīng)柗?、牛頓-拉夫遜法、P-Q分解法、直流潮流法，以及由高斯-塞德?tīng)柗ā⑴ｎD-拉夫遜法演變的各種潮流計(jì)算方法。

本實(shí)驗(yàn)采用P-Q分解法進(jìn)行電力系統(tǒng)分析的潮流計(jì)算程序的編制與調(diào)試，獲得電力系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)電壓，為進(jìn)一步進(jìn)行電力系統(tǒng)分析作準(zhǔn)備。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)加深學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算原理的理解和計(jì)算，初步學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識(shí)解決電力系統(tǒng)的問(wèn)題，掌握潮流計(jì)算的過(guò)程及其特點(diǎn)。熟悉各種常用應(yīng)用軟件，熟悉硬件設(shè)備的使用方法，加強(qiáng)編制調(diào)試計(jì)算機(jī)程序的能力，提高工程計(jì)算的能力，學(xué)習(xí)如何將理論知識(shí)和實(shí)際工程問(wèn)題結(jié)合起來(lái)。2.2實(shí)訓(xùn)要求編制調(diào)試電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的計(jì)算機(jī)程序。程序要求根據(jù)已知的電力網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型（節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣）及各節(jié)點(diǎn)參數(shù)，完成該電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算，要求計(jì)算出節(jié)點(diǎn)電壓、功率等參數(shù)。3實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1基于PSASP的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算仿真1.1實(shí)驗(yàn)要求要求在掌握電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析知識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)PSASP中電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的步驟，利用該軟件實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算，并能根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行情況分析。1.2實(shí)驗(yàn)步驟目前電力系統(tǒng)綜合仿真程序（PSASP）有很多版本，但它們的潮流計(jì)算流程是一致的，如圖1.1所示。圖1.1PSASP中潮流計(jì)算的流程由于PSASP的版本較多，鑒于篇幅所限，此講義分別以PSASP6.24以及PSASP7.1為例來(lái)進(jìn)行闡述它們的潮流計(jì)算流程，同時(shí)以IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例來(lái)進(jìn)行仿真說(shuō)明。IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)如表1.1-表1.3所示。表1.1IEEE14系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)類(lèi)型負(fù)荷有功負(fù)荷無(wú)功電壓上限電壓下限13001.10.92221.712.71.10.93294.2191.10.94147.8-3.91.060.94517.61.61.060.946211.27.51.10.971001.060.9482001.10.99129.516.61.060.9410195.81.060.941113.51.81.060.941216.11.61.060.9413113.55.81.060.9414114.95.61.060.94表1.2IEEE14系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)及調(diào)相機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓有功無(wú)功無(wú)功上限無(wú)功下限有功上限有功下限11.06232.4-16.9100332.4021.0454042.450-40140031.01023.4400100061.07012.224-6100081.09017.424-61000表1.3IEEE14系統(tǒng)的線(xiàn)路和變壓器數(shù)據(jù)首端節(jié)點(diǎn)末端節(jié)點(diǎn)支路電阻支路電抗充電電容電納變比變比上限變比下限120.019380.059170.0528150.054030.223040.0492230.046990.197970.0438240.058110.176320.034250.056950.173880.0346340.067010.171030.0128450.013350.0421104700.2091200.9781.10.94900.5561800.9691.10.95600.2520200.9321.10.96110.094980.198906120.122910.2558106130.066150.1302707800.1761507900.1100109100.031810.084509140.127110.27038010110.082050.19207012130.220920.19988013140.170930.3480201.2.1PSASP6.24中的潮流計(jì)算eq\o\ac(○,1)在PSASP中輸入給定系統(tǒng)數(shù)據(jù)1)建立數(shù)據(jù)目錄在電腦開(kāi)始菜單里點(diǎn)擊PSASP6.24程序中的“電力系統(tǒng)分析綜合程序”項(xiàng)，彈出PSASP界面，如圖1.2所示。圖1.2PSASP主畫(huà)面該頁(yè)面的上方，是數(shù)據(jù)目錄的選擇和創(chuàng)建，其中包括：a.數(shù)據(jù)目錄該目錄一經(jīng)指定，就不需要再指定其它各種數(shù)據(jù)名了。在該目錄下工作時(shí)，建立起來(lái)的各種數(shù)據(jù)自動(dòng)存入該目錄下的子目錄中。因此該目錄可理解為電力系統(tǒng)目錄。b.系統(tǒng)基準(zhǔn)容量系統(tǒng)基準(zhǔn)容量是換算系統(tǒng)標(biāo)幺值數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)。在給定數(shù)據(jù)目錄后，所要計(jì)算的電力系統(tǒng)就確定了，從而該系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量也就給定了。若在該目錄下已建立了一些以系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值數(shù)據(jù)，則該系統(tǒng)基準(zhǔn)容量不能改變，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)與該基準(zhǔn)容量有關(guān)，修改系統(tǒng)基準(zhǔn)容量時(shí)，程序?qū)⒔o出警告提示，若做了修改，需修改已有的相關(guān)數(shù)據(jù)。c.創(chuàng)建點(diǎn)擊該按鈕，可建立新目錄。d.選擇點(diǎn)擊該按鈕，可選擇已有的目錄。e.檢查與修復(fù)此項(xiàng)檢查僅適用于由異常操作或錯(cuò)誤引起的數(shù)據(jù)關(guān)系不對(duì)應(yīng)，不能代替數(shù)據(jù)正確性的檢查。2）進(jìn)入文本方式環(huán)境點(diǎn)擊主畫(huà)面左下方的“文本支持環(huán)境”按紐，便進(jìn)入了文本支持環(huán)境，該文本環(huán)境窗口，主要包括四部分內(nèi)容：文本方式下的數(shù)據(jù)編輯、文本方式下的各種計(jì)算（潮流、穩(wěn)定、短路等）、文本方式下的計(jì)算結(jié)果、文本格式下的批處理。對(duì)于給定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入方面，僅會(huì)用到文本方式下的數(shù)據(jù)編輯一項(xiàng)。下面就具體來(lái)介紹這一項(xiàng)的具體功能。選擇主菜單中的“數(shù)據(jù)”，即下拉第一級(jí)命令菜單，如圖1.3所示。圖1.3數(shù)據(jù)菜單其中包括：編輯元件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如：交流線(xiàn)、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷數(shù)據(jù)等；編輯元件公用參數(shù)；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢查，可以按給定上下限值對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。潮流計(jì)算要用到母線(xiàn)、交流線(xiàn)、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊第一級(jí)菜單中的“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”，便下拉其第二級(jí)菜單，如圖1.4所示。圖1.4基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)擊系統(tǒng)元件的第二級(jí)菜單中的編輯某元件的命令后，即顯示相應(yīng)元件的編輯窗口。除各元件所包含的內(nèi)容不同外，其它如窗口結(jié)構(gòu)、工具條、按紐等均相同。下面分別以潮流計(jì)算中常用的母線(xiàn)、交流線(xiàn)、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷元件為例，分別說(shuō)明其數(shù)據(jù)的輸入方法。a.母線(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入點(diǎn)擊“母線(xiàn)”項(xiàng)，即顯示交流線(xiàn)數(shù)據(jù)的編輯窗口如圖1.5所示。圖1.5母線(xiàn)數(shù)據(jù)編輯窗口母線(xiàn)數(shù)據(jù)編輯窗口的結(jié)構(gòu)和功能主要分為以下幾部分：窗口標(biāo)題用于表示所編輯的數(shù)據(jù)。如表示該窗口為交流線(xiàn)數(shù)據(jù)錄入編輯窗口。工具按鈕位于每個(gè)窗口上方的一行小按鈕，用于數(shù)據(jù)的編輯錄入和查找。下面逐一進(jìn)行闡述它們的功能上翻與下翻一條既記錄按鈕點(diǎn)擊按鈕可從當(dāng)前記錄向前或向后翻一條記錄，當(dāng)翻至第一條記錄時(shí)，自動(dòng)失效當(dāng)翻至最后一條記錄時(shí)，自動(dòng)失效。增加與刪除按鈕需要增加新記錄是，點(diǎn)擊增加記錄按鈕，即可增加一空記錄。需要?jiǎng)h除記錄時(shí)，可點(diǎn)擊刪除按鈕，即刪除當(dāng)前記錄。上翻至第一條記錄與下翻至最后一條記錄按鈕與上翻下翻一樣，當(dāng)翻至第一條記錄時(shí)，自動(dòng)失效，當(dāng)翻至最后一條記錄時(shí)，自動(dòng)失效。查找按鈕點(diǎn)擊查找按紐后，程序根據(jù)元件類(lèi)型，彈出相應(yīng)查找窗口?？截惡驼迟N按鈕為了便于數(shù)據(jù)錄入，增加了拷貝和粘貼的功能。先移動(dòng)到所要拷貝的記錄，點(diǎn)擊拷貝按鈕，移動(dòng)到相應(yīng)的記錄，點(diǎn)擊粘貼按鈕，即可將數(shù)據(jù)粘貼到當(dāng)前記錄。取消按鈕，點(diǎn)擊此按鈕，可以取消對(duì)當(dāng)前記錄所做的改動(dòng)。該講義舉例給定的系統(tǒng)有14個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此需要按照順序建立14條母線(xiàn)，并依次命名為1、2、3······14，同時(shí)依次輸入每條母線(xiàn)的母線(xiàn)數(shù)據(jù)。輸入母線(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，圖1.5中各個(gè)對(duì)話(huà)框所對(duì)應(yīng)的功能說(shuō)明如下：基本項(xiàng)：有效、母線(xiàn)名、區(qū)域號(hào)。有效：數(shù)據(jù)有效標(biāo)記。為有效；為無(wú)效。母線(xiàn)名：最多可填20個(gè)字符或10個(gè)漢字。區(qū)域號(hào)：母線(xiàn)所屬區(qū)域號(hào)，最多為4位。將所有元件的區(qū)域號(hào)統(tǒng)一編在同一區(qū)域內(nèi)。電壓欄：基準(zhǔn)電壓、電壓上限、電壓下限?；鶞?zhǔn)電壓：?jiǎn)挝粸椋╧V），應(yīng)填寫(xiě)換算阻抗標(biāo)幺值所采用的數(shù)值。本設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電壓為138KV。電壓上限：?jiǎn)挝粸椋╧V）。本設(shè)計(jì)的電壓上限為121KV。電壓下限：?jiǎn)挝粸椋╧V）。本設(shè)計(jì)的電壓下限為99KV。表1.4給出母線(xiàn)上下限電壓：表1.4母線(xiàn)上下限電壓電壓（kV）110上限（%）110上限電壓（kV）121下限（%）90%下限電壓（kV）99對(duì)上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)，基本項(xiàng)均應(yīng)填寫(xiě)；電壓欄中基準(zhǔn)電壓一般選系統(tǒng)標(biāo)幺值計(jì)算所取的平均額定電壓。若只進(jìn)行最簡(jiǎn)單的標(biāo)幺值潮流計(jì)算，母線(xiàn)數(shù)據(jù)僅填寫(xiě)母線(xiàn)名和區(qū)域號(hào)即可。表1.5列出了在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立母線(xiàn)數(shù)據(jù)的母線(xiàn)名。表1.5母線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)列表母線(xiàn)名1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14電壓等級(jí)（kV）110b.交流線(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入選擇“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”下拉菜單中的“交流線(xiàn)”，點(diǎn)擊后，彈出交流線(xiàn)數(shù)據(jù)錄入窗口，即可進(jìn)行交流線(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入和編輯，窗口如圖1.6所示：圖1.6交流線(xiàn)數(shù)據(jù)窗口圖1.6是本設(shè)計(jì)以111為開(kāi)始名稱(chēng)命名的交流線(xiàn)，并按照所給數(shù)據(jù)依次往下增加交流線(xiàn)，然后輸入每條線(xiàn)路的數(shù)據(jù)，分別命名111、112、113······129。圖1.6所示的就是本設(shè)計(jì)的第三條交流線(xiàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)所給原始資料中有19條支路，于是就是要把19條交流線(xiàn)的支路參數(shù)依次按照順序輸入到電腦程序中。基本項(xiàng)：數(shù)據(jù)組、編號(hào)、所屬區(qū)域、基準(zhǔn)電壓。數(shù)據(jù)組：所屬數(shù)據(jù)組名。確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)需計(jì)算整個(gè)電網(wǎng)的潮流，因此，所有元件數(shù)據(jù)建立在同一數(shù)據(jù)組中。編號(hào)：線(xiàn)路編號(hào)，線(xiàn)路編號(hào)不能重復(fù)，也不能與變壓器、直流線(xiàn)編號(hào)重復(fù)。所屬區(qū)域：線(xiàn)路所屬區(qū)域。I側(cè)：屬于I側(cè)母線(xiàn)所屬區(qū)域；J側(cè)：屬于J側(cè)母線(xiàn)所屬區(qū)域?；鶞?zhǔn)電壓：選取母線(xiàn)后，自動(dòng)顯示母線(xiàn)數(shù)據(jù)中該母線(xiàn)的基準(zhǔn)電壓。如與實(shí)際不符，請(qǐng)檢查母線(xiàn)數(shù)據(jù)中母線(xiàn)的基準(zhǔn)電壓值。阻抗及線(xiàn)路容量其中阻抗數(shù)據(jù)是指線(xiàn)路的正序和零序數(shù)據(jù)，是計(jì)算的必要數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)單位由“單位”而定。線(xiàn)路容量欄額定：線(xiàn)路額定容量，單位為千安（kVA）上限：容量上限百分?jǐn)?shù)（%），即容量上限=額定*上限/100。單位：阻抗數(shù)據(jù)單位。p.u：標(biāo)幺值；Ohm/10-6Siem：有名值。阻抗欄R1：正序電阻；R1=r1*lX1：正序電抗；X1=x1*lB1/2：線(xiàn)路正序充電電納的1/2；這部分?jǐn)?shù)據(jù)可直接填寫(xiě)，也可點(diǎn)擊物理描述頁(yè)中“阻抗計(jì)算”按鈕計(jì)算得到。c.發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)的輸入選擇“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”下拉菜單中的“發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)器”，點(diǎn)擊后，彈出發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)錄入窗口，即可進(jìn)行發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)錄入和編輯。發(fā)電機(jī)窗口如圖1.7所示：圖1.7發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)窗口1圖1.7發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)窗口1為第一條母線(xiàn)的平衡節(jié)點(diǎn)，所以有功和無(wú)功值都不用輸入，不需要有功無(wú)功來(lái)補(bǔ)償，只需要輸入電壓幅值就行，相角為0。圖1.8發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)窗口2圖1.8發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)窗口2為第二條母線(xiàn)的PV節(jié)點(diǎn)，就需要輸入有功、無(wú)功值和相角，這里第二條母線(xiàn)無(wú)功為0，相角也為0。母線(xiàn)類(lèi)型：用于潮流計(jì)算，有五種類(lèi)型：Slack：Vθ節(jié)點(diǎn)，平衡節(jié)點(diǎn)PQ：PQ節(jié)點(diǎn)PV：PV節(jié)點(diǎn)PV-PQ：PV節(jié)點(diǎn)，控制該點(diǎn)無(wú)功Qmin≤Q≤Qmax，越限后變?yōu)镻Q節(jié)點(diǎn)PQ-PV：PQ節(jié)點(diǎn)，控制該點(diǎn)電壓Vmin≤V≤Vmax，越限后變?yōu)镻V節(jié)點(diǎn)功率和電壓幅值發(fā)電機(jī)被選作平衡節(jié)點(diǎn)，因此只需填入電壓和相角值，即V為“1”，θ為“0”，P、Q為“0”。負(fù)荷數(shù)據(jù)的輸入選擇“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”下拉菜單中的“負(fù)荷”，點(diǎn)擊后，彈出負(fù)荷數(shù)據(jù)錄入窗口，即可進(jìn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)的錄入和編輯。該模型數(shù)據(jù)分別用于潮流和穩(wěn)定等計(jì)算。負(fù)荷數(shù)據(jù)窗口如圖1.9所示。圖1.9負(fù)荷數(shù)據(jù)窗口圖1.9為本例的母線(xiàn)數(shù)據(jù)輸入示意圖（第一條母線(xiàn)的負(fù)荷數(shù)據(jù)），本例有14條母線(xiàn)，因此根據(jù)14條母線(xiàn)分別輸入該母線(xiàn)上的負(fù)荷數(shù)據(jù)并且依次命名為21、22、23······34。圖1.9所示的就是本例的第一條母線(xiàn)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)所給原始資料中有14個(gè)節(jié)點(diǎn)，建立了14條母線(xiàn)，并按照順序依次輸入每條母線(xiàn)上的負(fù)荷數(shù)據(jù)。母線(xiàn)類(lèi)型：負(fù)荷母線(xiàn)類(lèi)型包括平衡節(jié)點(diǎn)、PV節(jié)點(diǎn)、PQ節(jié)點(diǎn)。功率和電壓頁(yè)：填寫(xiě)負(fù)荷的有功功率和無(wú)功功率還有電壓幅值。單位：采用標(biāo)幺值。eq\o\ac(○,2)PSASP6.24中潮流計(jì)算的執(zhí)行在PSASP6.24中，對(duì)給定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入完之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，如數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤，則可以按照如圖1.10所示的步驟執(zhí)行潮流計(jì)算。圖1.10潮流計(jì)算的執(zhí)行1）潮流計(jì)算的基礎(chǔ)方案在進(jìn)行潮流計(jì)算之前，PSASP要求首先確定潮流計(jì)算的基礎(chǔ)方案。即定義待計(jì)算電網(wǎng)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，以便從已建立的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取數(shù)據(jù)，建立潮流計(jì)算的基礎(chǔ)電網(wǎng)模型。2）方案定義的步驟在PSASP中文本支持環(huán)境下，菜單欄中的“數(shù)據(jù)”欄目里建立和編輯好數(shù)據(jù)庫(kù)之后，就切換到菜單欄的“計(jì)算”欄目里面，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊它，然后出來(lái)的子菜單中，由上而下第一個(gè)子菜單就是“方案定義（D）”，再鼠標(biāo)左鍵單擊“方案定義（D）”就出現(xiàn)一下的方案定義編輯窗口，如下圖1.11所示。圖1.11方案定義編輯窗口如圖1.11方案定義編輯窗口彈出來(lái)之后，點(diǎn)擊就添加一個(gè)方案并命名，然后再方案描述里面具體描述該方案的具體內(nèi)容。再?gòu)臄?shù)據(jù)組里面選擇BASIC之后選定數(shù)據(jù)組，然后點(diǎn)擊右上角的保存，方案定義就完成了，具體的定義內(nèi)容為方案名稱(chēng)定義為“C1”，本例方案描述為“14節(jié)點(diǎn)潮流計(jì)算”如下圖1.12所示。圖1.12方案定義窗口窗口左上方的方案框中列出了已定義的方案，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊后，該方案的內(nèi)容（數(shù)據(jù)組）即顯示在窗口下部右側(cè)的已選項(xiàng)框中。點(diǎn)擊“描述”按鈕，可對(duì)所定義的方案給予簡(jiǎn)短的注釋說(shuō)明。點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，列出已定義的全部方案，其中包括“方案名”、“數(shù)據(jù)組數(shù)”和“描述”三項(xiàng)。點(diǎn)擊“確定”按鈕，本次在環(huán)境下所做的方案定義和編輯生效，并退出該方案定義窗口。3）潮流作業(yè)定義在執(zhí)行潮流計(jì)算之前，還需要定義潮流計(jì)算的作業(yè)。a.潮流計(jì)算作業(yè)的構(gòu)成潮流計(jì)算的基礎(chǔ)方案給出了待計(jì)算電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和各節(jié)點(diǎn)發(fā)電、負(fù)荷等基本數(shù)據(jù)，再根據(jù)以不同的計(jì)算控制信息（包括發(fā)電機(jī)、負(fù)荷的按比例等），即可得到不同的潮流計(jì)算作業(yè)。b.潮流作業(yè)的定義方法按上述潮流作業(yè)必備的內(nèi)容，在文本和圖形環(huán)境下均可以定義不同潮流計(jì)算作業(yè)，本例采用的是在文本支持環(huán)境下定義潮流計(jì)算。每一個(gè)作業(yè)需給定一個(gè)作業(yè)號(hào)，這里把作業(yè)號(hào)命名為1，方案名為C1。點(diǎn)擊“計(jì)算(C)”下拉菜單中的“潮流(L)”，彈出潮流計(jì)算信息窗口，如圖1.13所示。圖1.13潮流計(jì)算作業(yè)定義窗口在該窗口中選擇或定義作業(yè)號(hào)后，即可點(diǎn)擊“確定”按鈕，確認(rèn)所定義的作業(yè)。在文本方式下，潮流作業(yè)的定義由以下幾部分組成：作業(yè)定義欄作業(yè)號(hào)：可選擇已有的獲鍵入新號(hào)，此處定義為作業(yè)號(hào)1。方案：選擇該作業(yè)所對(duì)應(yīng)的方案EX1?！懊枋觥卑粹o，可對(duì)該潮流作業(yè)給予簡(jiǎn)短的注釋?！盀g覽”按鈕，列出全部潮流計(jì)算作業(yè)，其中包括“作業(yè)號(hào)”、“方案名”和“描述”三項(xiàng)。“刷新”按鈕，按作業(yè)定義從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中重新抽取數(shù)據(jù)，以刷新該潮流作業(yè)計(jì)算數(shù)據(jù)，其作用是：一方面能把對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改反映到該潮流作業(yè)中來(lái)；另一方面，曾通過(guò)“數(shù)據(jù)修改”按鈕所做的修改，也被作廢。點(diǎn)擊“編輯…”按鈕，激活以下的數(shù)據(jù)欄，可進(jìn)一步給出該潮流作業(yè)所包含的其它內(nèi)容。母線(xiàn)電壓上、下限數(shù)據(jù)欄指潮流計(jì)算所設(shè)定的母線(xiàn)電壓越限的限值。電壓上限：?jiǎn)挝粸闃?biāo)幺值（p.u.），為1.1。電壓下限：?jiǎn)挝粸闃?biāo)幺值（p.u.），為0.9。計(jì)算方法數(shù)據(jù)欄計(jì)算方法：有5種，它們是：PQ分解法；牛頓法（功率方程）；最佳乘子法；牛頓（電流方程）；PQ-牛頓法（功率方程）。允許誤差：即迭代收斂判據(jù)。迭代次數(shù)上限：若在該給定次數(shù)之內(nèi)達(dá)不到收斂精度時(shí)，則選擇迭代過(guò)程中最小誤差輸出其結(jié)果。數(shù)據(jù)修改當(dāng)選擇或定義了一個(gè)作業(yè)之后，便生成了該作業(yè)的計(jì)算數(shù)據(jù)。可以?xún)H對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和修改，而不影響基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。潮流計(jì)算的作業(yè)計(jì)算數(shù)據(jù)包括交流線(xiàn)、變壓器、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷的數(shù)據(jù)。本例在PSASP中的潮流計(jì)算信息中，作業(yè)號(hào)定義為“1”，方案名為C1，描述為“交流系統(tǒng)14節(jié)點(diǎn)潮流計(jì)算”；電壓上限為：1.1，電壓下限為：0.9；潮流計(jì)算的方法采用的是：牛頓法（功率式）；迭代次數(shù)上限取50次。在選擇計(jì)算結(jié)果的輸出方式時(shí)同時(shí)選擇輸出到文本和輸出到Excel。具體的計(jì)算詳細(xì)信息見(jiàn)圖1.14潮流計(jì)算信息窗口圖1.14潮流計(jì)算信息窗口當(dāng)完成潮流作業(yè)定義后，即可以選擇要計(jì)算的作業(yè)。因本例采用的是文本環(huán)境下的潮流計(jì)算，所以選擇潮流作業(yè)的方法就是在左上角菜單欄的“計(jì)算(C)”下拉菜單中的“潮流(L)”，彈出潮流計(jì)算信息窗口如圖1.14，然后單擊編輯鍵，把電壓上、下限標(biāo)幺值輸入好之后，然后把計(jì)算完輸出潮流結(jié)果輸出到文本和Excel，再點(diǎn)擊“計(jì)算”按鍵，潮流計(jì)算便已經(jīng)開(kāi)始，等待輸出結(jié)果的顯示。eq\o\ac(○,3)潮流計(jì)算的結(jié)果顯示當(dāng)完成作業(yè)選擇和計(jì)算和前面準(zhǔn)備工作之后，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鍵，程序就開(kāi)始執(zhí)行潮流計(jì)算。彈出計(jì)算結(jié)果的窗口如圖1.15所示的潮流計(jì)算收斂窗口，其中顯示了迭代過(guò)程，計(jì)算結(jié)束關(guān)閉該窗口后，便可以看到潮流計(jì)算的輸出結(jié)果顯示窗口，如圖1.16和圖1.17所示。其中，圖1.16是輸出到文本的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，而圖1.17是輸出到Excel的結(jié)果數(shù)據(jù)顯示。圖1.15潮流計(jì)算收斂窗口圖1.16潮流計(jì)算輸出到文本的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示圖1.17潮流計(jì)算輸出到Excel的結(jié)果數(shù)據(jù)顯示eq\o\ac(○,4)電力系統(tǒng)潮流收斂調(diào)整方法當(dāng)潮流計(jì)算不收斂時(shí)，可從以下幾方面對(duì)潮流不收斂進(jìn)行調(diào)整：1）對(duì)作業(yè)方案數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，仔細(xì)檢查發(fā)電機(jī)、交流線(xiàn)和負(fù)荷的數(shù)據(jù)在輸入程序的時(shí)候有沒(méi)有輸入錯(cuò)誤。2）更換計(jì)算方法，加大迭代次數(shù)上限，由默認(rèn)值增大到100次。增大允許誤差（不得大于0.001）以獲得結(jié)果報(bào)表。3）由迭代過(guò)程信息中的最大誤差母線(xiàn)，檢查與該母線(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，如線(xiàn)路參數(shù)、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷數(shù)據(jù)等。eq\o\ac(○,5)潮流計(jì)算結(jié)果的編輯和輸出1）潮流輸出的功能特點(diǎn)一個(gè)潮流作業(yè)成功執(zhí)行（指收斂）后，則該潮流作業(yè)的計(jì)算結(jié)果即保存下來(lái)。若不刪除，任何時(shí)候都可以查看。所保存的計(jì)算結(jié)果是基本且完備的數(shù)據(jù)。查看時(shí)，可根據(jù)需要做進(jìn)一步編輯。除一般潮流結(jié)果外，還可以輸出計(jì)算所涉及的用戶(hù)自定義模型變量。在輸出形式上有報(bào)表、圖示和曲線(xiàn)等。2）進(jìn)入結(jié)果輸出環(huán)境在文本環(huán)境窗口中，點(diǎn)擊“結(jié)果”，下拉各種計(jì)算結(jié)果命令如圖1.18所示。圖1.18文本方式下結(jié)果顯示菜單點(diǎn)擊“潮流”，彈出潮流計(jì)算輸出內(nèi)容和方式的選擇窗口，如圖1.19所示。圖1.19潮流結(jié)果輸出窗口其中包括：潮流結(jié)果報(bào)表輸出；潮流結(jié)果圖示化輸出；UD模型變量的報(bào)表和曲線(xiàn)輸出；UP變量的報(bào)表和曲線(xiàn)輸出。下面針對(duì)常常使用的報(bào)表輸出和圖示化輸出分別進(jìn)行闡述其功能。2）潮流結(jié)果的報(bào)表輸出潮流計(jì)算結(jié)果的報(bào)表輸出對(duì)話(huà)框如圖1.20所示。圖1.20潮流結(jié)果報(bào)表輸出對(duì)話(huà)框a.輸出范圍選擇可指定全網(wǎng)，區(qū)域，電壓等級(jí)或者某些母線(xiàn)和支路的集合。b.輸出對(duì)象通過(guò)該選擇可確定輸出內(nèi)容的大致目標(biāo)。如有關(guān)母線(xiàn)（包括發(fā)電機(jī)和負(fù)荷），有關(guān)交流線(xiàn)等，以便進(jìn)一步細(xì)選。c.輸出方式在輸出的目標(biāo)確定之后，可以固定格式報(bào)表、Excel報(bào)表和文件形式輸出。還設(shè)有用戶(hù)自制的方式，即由用戶(hù)決定表格的項(xiàng)目和次序等。3）潮流結(jié)果的圖示化輸出潮流結(jié)果的圖示化輸出可將母線(xiàn)及其所連的線(xiàn)路、變壓器等自動(dòng)畫(huà)出連接關(guān)系圖。并在圖標(biāo)出其相應(yīng)結(jié)果數(shù)據(jù)。同時(shí)可在該圖基礎(chǔ)上繼續(xù)追蹤、擴(kuò)展?？梢阅骋粎^(qū)域?yàn)橹行淖詣?dòng)畫(huà)出與其他區(qū)域的連接圖，標(biāo)出區(qū)域間的功率交換、功率損耗等。同時(shí)還可在該圖基礎(chǔ)上繼續(xù)追蹤其他區(qū)域。在潮流輸出窗口中：點(diǎn)擊“圖示化輸出”按鈕，彈出潮流結(jié)果圖形報(bào)表輸出窗口如圖1.21所示。圖1.21圖示化輸出窗口從左往右第一個(gè)圖標(biāo)是“退出”；第二個(gè)圖標(biāo)是“開(kāi)始”；第三個(gè)圖標(biāo)是“打印”；第四個(gè)圖標(biāo)是“幫助”。點(diǎn)擊第二個(gè)圖標(biāo)是開(kāi)始按鈕，彈出圖示化選擇窗口如圖1.22所示。圖1.22圖示化選擇窗口在“圖示化選擇”窗口中，選中“母線(xiàn)支路圖示化”，點(diǎn)擊“確定”按鈕，彈出母線(xiàn)支路選擇窗口如圖1.23所示。在窗口中可選擇開(kāi)始顯示的母線(xiàn)或支路。下面分別說(shuō)明該窗口的各項(xiàng)功能。圖1.23母線(xiàn)支路選擇窗口a.作業(yè)號(hào)從成功計(jì)算的潮流作業(yè)中選擇。b.作業(yè)描述查看或編輯該潮流作業(yè)的簡(jiǎn)要說(shuō)明。c.單位輸出單位選擇。p.u.：標(biāo)幺值；kV/MW/Mvar：有名值。d.對(duì)象潮流母線(xiàn)支路結(jié)果的圖示化輸出有兩種類(lèi)型：一是母線(xiàn)結(jié)果圖，即以一個(gè)母線(xiàn)為中心的結(jié)果圖；二是支路結(jié)果圖，即以一條支路為中心的結(jié)果圖。在“對(duì)象”中，選中母線(xiàn)后，再繼續(xù)到母線(xiàn)信息欄中選定一個(gè)母線(xiàn)，點(diǎn)擊“確定”按鈕后，則在窗口中顯示出該母線(xiàn)的結(jié)果圖。在“對(duì)象”中，選中支路后，再繼續(xù)到支路信息欄中選定一條支路（交流線(xiàn)，變壓器或直流線(xiàn)），點(diǎn)擊“確定”按鈕后，則在窗口中顯示該支路的結(jié)果圖。母線(xiàn)結(jié)果圖以第一條母線(xiàn)為中心的結(jié)果圖如圖1.24所示。圖1.24以母線(xiàn)1為中心的潮流結(jié)果顯示圖母線(xiàn)結(jié)果圖包含以下內(nèi)容：中心母線(xiàn)的信息和結(jié)果：母線(xiàn)名，基準(zhǔn)電壓，所屬區(qū)域號(hào)及區(qū)域名，實(shí)際電壓的幅值和相角，母線(xiàn)類(lèi)型。該母線(xiàn)所連接的發(fā)電機(jī)及其有功和無(wú)功出力。該母線(xiàn)所連接的負(fù)荷及其有功和無(wú)功功率。該母線(xiàn)所連接線(xiàn)路及流出母線(xiàn)的有功功率、無(wú)功功率和母線(xiàn)側(cè)的充電功率。該母線(xiàn)所連接變壓器及流出母線(xiàn)的有功功率和無(wú)功功率。越限數(shù)值以紅色標(biāo)識(shí)。也可以圖標(biāo)輸出所連接的其它母線(xiàn)，則切換到以其它母線(xiàn)為中心的母線(xiàn)結(jié)果圖。例如母線(xiàn)9潮流如圖1.25所示。圖1.25以母線(xiàn)9為中心的潮流結(jié)果也可以圖標(biāo)輸出所連接的其它的支路，則切換到以該支路為中心的支路結(jié)果圖。例如支路，潮流如圖1.26所示。支路結(jié)果圖以交流線(xiàn)支路118為中心的結(jié)果圖如圖1.26所示。圖1.26交流線(xiàn)支路潮流結(jié)果顯示圖支路結(jié)果圖包含以下內(nèi)容：交流線(xiàn)支路的R+jX、B/2（標(biāo)幺值）。支路兩側(cè)母線(xiàn)的電壓幅值和相角。支路兩側(cè)的有功功率和無(wú)功功率。交流支路兩側(cè)的充電功率。越限數(shù)值以紅色標(biāo)識(shí)。區(qū)域圖示化在“圖示化選擇”窗口中，選中區(qū)域圖示化，點(diǎn)擊“確定”按鈕，彈出區(qū)域選擇窗口如圖1.27所示。在該窗口中可選擇開(kāi)始顯示的區(qū)域。圖1.27區(qū)域化選擇窗口作業(yè)號(hào)：從成功計(jì)算的潮流作業(yè)中選擇。作業(yè)描述：查看或編輯該潮流作業(yè)的簡(jiǎn)要說(shuō)明。單位：輸出單位選擇。p.u.：標(biāo)幺值；kV/MW/Mvar：有名值。區(qū)域號(hào)：選擇開(kāi)始顯示的區(qū)域號(hào)。區(qū)域名：顯示區(qū)域號(hào)所對(duì)應(yīng)的區(qū)域名。點(diǎn)擊“確定”按鈕后，則在窗口中顯示出該區(qū)域的結(jié)果圖。區(qū)域結(jié)果圖包括以下內(nèi)容：中心區(qū)域的信息和結(jié)果：區(qū)域號(hào)、區(qū)域名、該區(qū)域總的有功發(fā)電（Pg）、無(wú)功發(fā)電（Qg）、有功負(fù)荷（Pl）、無(wú)功負(fù)荷（Ql）、有功輸出（Po，流出為正，流入為負(fù)）、無(wú)功輸出（Qo，流出為正,流入為負(fù)）。該區(qū)域所連接的區(qū)域間的功率交換（有功功率、無(wú)功功率）和有功、無(wú)功損耗等。每條母線(xiàn)、交流線(xiàn)支路以及每個(gè)區(qū)域都可以一一顯示其潮流結(jié)果。如要查看潮流流向則可通過(guò)每條母線(xiàn)結(jié)果輸出或者按區(qū)域輸出的結(jié)果方向獲得。1.4.2IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的接線(xiàn)圖如圖1.50所示。其系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)如表1.8-1.9所示。圖1.50IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線(xiàn)圖表1.8IEEE39系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型負(fù)荷有功負(fù)荷無(wú)功節(jié)點(diǎn)電壓上限節(jié)點(diǎn)電壓下限11001.060.9421001.060.94313222.41.060.94415001841.060.9451001.060.9461001.060.9471233.8841.060.9481522176.61.060.9491001.060.94101001.060.94111001.060.941218.5881.060.94131001.060.94141001.060.941513201531.060.94161329.432.31.060.94171001.060.94181158301.060.94191001.060.942016801031.060.942112741151.060.94221001.060.94231247.584.61.060.94241308.6-92.21.060.9425122447.21.060.94261139171.060.9427128175.51.060.9428120627.61.060.94291283.526.91.060.94302001.060.943139.24.61.060.94322001.060.94332001.060.94342001.060.94352001.060.94362001.060.94372001.060.94382001.060.9439211042501.060.94表1.9IEEE39系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)參數(shù)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓有功無(wú)功無(wú)功上限無(wú)功下限有功上限有功下限301.0475250161.762400140104030310.982677.871221.574300-10064631320.9831650206.96530015072532330.9972632108.293250065233341.0123508166.688167050834351.0493650210.661300-10068735361.0635560100.165240058036371.0278540-1.36945250056437381.026583021.732730003100078.4674300-100110039表1.10IEEE39系統(tǒng)的線(xiàn)路和變壓器參數(shù)T首端節(jié)點(diǎn)末端節(jié)點(diǎn)支路電阻支路電抗充電電容電納變比120.00350.04110.698701390.0010.0250.750230.00130.01510.257202250.0070.00860.146023000.018101.025340.00130.02130.221403180.00110.01330.21380450.00080.01280.134204140.00080.01290.13820560.00020.00260.04340580.00080.01120.14760670.00060.00920.11306110.00070.00820.1389063100.02501.07780.00040.00460.0780890.00230.03630.380409390.0010.0251.2010110.00040.00430.0729010130.00040.00430.07290103200.0201.0712110.00160.043501.00612130.00160.043501.00613140.00090.01010.1723014150.00180.02170.366015160.00090.00940.171016170.00070.00890.1342016190.00160.01950.304016210.00080.01350.2548016240.00030.00590.068017180.00070.00820.1319017270.00130.01730.3216019200.00070.013801.0619330.00070.014201.0720340.00090.01801.00921220.00080.0140.2565022230.00060.00960014301.02523240.00220.0350.361023360.00050.02720125260.00320.03230.531025370.00060.023201.02526270.00140.01470.2396026280.00430.04740.7802026290.00570.06251.029028290.00140.01510.249029380.00080.015601.0252基于MATLAB的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算仿真2.1實(shí)驗(yàn)要求要求在掌握電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析知識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的步驟，利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算，并能根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行情況分析。2.2實(shí)驗(yàn)原理2.2.1牛頓—拉夫遜法潮流計(jì)算的原理eq\o\ac(○,1)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓方程的形成電力網(wǎng)絡(luò)方程：將網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)參數(shù)（包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)）及其相互關(guān)系歸納起來(lái)所組成的，可反映電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的一組數(shù)學(xué)方程。電力網(wǎng)絡(luò)方程包括：節(jié)點(diǎn)電壓方程、回路電流方程、割集電壓方程等。電力系統(tǒng)中，常常使用節(jié)點(diǎn)電壓方程來(lái)表示。1）簡(jiǎn)單3節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓方程圖2.1簡(jiǎn)單3節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)其節(jié)點(diǎn)電壓方程如下：整理得到下式：由此有：記為：2）n節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓方程如下：，n為網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)數(shù)。eq\o\ac(○,2)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的形成1）基本定義自導(dǎo)納Yii（YB的對(duì)角元）=與i節(jié)點(diǎn)直接相連的各支路導(dǎo)納之和?；?dǎo)納Yij(i≠j，YB的非對(duì)角元)=直接連接于i、j節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)納的相反數(shù)。如圖2.1中，節(jié)點(diǎn)1的自導(dǎo)納為：節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3之間的互導(dǎo)納為：2）節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的特點(diǎn)n階方陣對(duì)稱(chēng)方陣(Yij=Yji)稀疏矩陣：當(dāng)節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間沒(méi)有直接相連的支路時(shí)，互導(dǎo)納為0對(duì)角元所含的元素個(gè)數(shù)≥該元素所在行（列）的其它元素的個(gè)數(shù)。即，互導(dǎo)納元素都用于形成自導(dǎo)納。當(dāng)有接地支路時(shí)，有>成立。eq\o\ac(○,3)節(jié)點(diǎn)功率方程的形成1）節(jié)點(diǎn)電壓的非線(xiàn)性方程節(jié)點(diǎn)電壓的線(xiàn)性方程為：由于電力系統(tǒng)中，不知道節(jié)點(diǎn)的注入電流，而僅知道節(jié)點(diǎn)的注入功率，因此，為了求得電力系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角，就需要將上式改寫(xiě)成以節(jié)點(diǎn)注入功率來(lái)表示的形式：2）節(jié)點(diǎn)注入功率—電壓方程以圖2.2所示的兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。其線(xiàn)性的節(jié)點(diǎn)電壓方程如下：將其寫(xiě)成節(jié)點(diǎn)注入功率—電壓方程：圖2.2兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的功率注入進(jìn)而有：推廣到n節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)：n個(gè)復(fù)數(shù)方程，2n個(gè)實(shí)數(shù)方程：3）節(jié)點(diǎn)功率方程中變量的分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)4個(gè)變量n節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)有2n個(gè)實(shí)數(shù)方程，因此通常每個(gè)節(jié)點(diǎn)有2個(gè)變量已知。變量分類(lèi)：擾動(dòng)變量（不可控變量）：負(fù)荷功率。控制變量：發(fā)電機(jī)功率;變壓器變比。狀態(tài)變量：節(jié)點(diǎn)電壓（包括幅值和相角）。4）節(jié)點(diǎn)分類(lèi)類(lèi)型給定變量待求變量說(shuō)明PQP、QU、δ給定PQ的發(fā)電廠(chǎng)母線(xiàn)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)、無(wú)其它電源的變電所母線(xiàn)。PVP、UQ、δ有無(wú)功儲(chǔ)備的發(fā)電廠(chǎng)母線(xiàn)、有可調(diào)無(wú)功電源的變電站母線(xiàn)、有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。平衡節(jié)點(diǎn)U、δP、Q用于平衡系統(tǒng)的功率，提供全網(wǎng)電壓的相位參考點(diǎn)。通常只設(shè)一個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)。如調(diào)頻電廠(chǎng)母線(xiàn)。eq\o\ac(○,4)牛頓-拉夫遜法求解節(jié)點(diǎn)功率方程的原理1）牛頓—拉夫遜法的原理牛頓—拉夫遜法是常用的解非線(xiàn)性方程組的方法，也是當(dāng)前廣泛采用的計(jì)算潮流的方法，其基本原理如下。設(shè)有非線(xiàn)性方程組 其近似解為。設(shè)近似解與精確解分別相差，則如下的關(guān)式應(yīng)該成立： 上式中任何一式都可按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，由此可得： 以第一式為例，，式子中：，，…，分別表示以帶入這些偏導(dǎo)數(shù)表示式時(shí)的計(jì)算所得，則是一包含，，…，的高次方與的高階偏導(dǎo)數(shù)相乘的函數(shù)。如果與精確解相差不大，則的高次方可以略去，從而也可以略去。由此可得： 或簡(jiǎn)寫(xiě)為： 式中：稱(chēng)函數(shù)的雅克比矩陣，為由組成的列向量，則稱(chēng)不平衡向量的列向量。將帶入，可得中的各個(gè)元素。然后運(yùn)用任何一組解線(xiàn)性代數(shù)方程的方法，可求得，從而球的經(jīng)第一次迭代后的新值。再將求得的代入，又可以求得的新值，從而解得以及。如此循環(huán)而已，最后可獲得足夠精確的解。2）節(jié)點(diǎn)注入功率方程的極坐標(biāo)形式節(jié)點(diǎn)電壓向量可以表示為極坐標(biāo)的形式，也可以表示為直角坐標(biāo)的形式，與此相對(duì)應(yīng)，在潮流計(jì)算中節(jié)點(diǎn)功率方程也有兩種形式。節(jié)點(diǎn)功率可表示為：（i=1,2,…n）如果上式中電壓向量表示為極坐標(biāo)的形式：導(dǎo)納矩陣中元素表示為：因此：=（i=1,2,…n）又由則可以得到：式中：為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的相位差。將上式按實(shí)部和虛部展開(kāi)，得到：這就是節(jié)點(diǎn)注入功率的極坐標(biāo)方程式。是潮流計(jì)算中常常采用的形式。此處需要說(shuō)明的是，對(duì)于PQ節(jié)點(diǎn)而言，節(jié)點(diǎn)注入功率P、Q都是已知的，所以對(duì)于PQ節(jié)點(diǎn)而言，這兩個(gè)功率方程都可列出，待求變量是節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角；對(duì)于PV節(jié)點(diǎn)而言，節(jié)點(diǎn)注入有功功率P和節(jié)點(diǎn)電壓幅值是已知的，而節(jié)點(diǎn)注入無(wú)功功率Q不知道，所以對(duì)于PV節(jié)點(diǎn)而言，只有有功功率方程可列出，待求變量是節(jié)點(diǎn)電壓相角和注入的無(wú)功功率Q；對(duì)于平衡節(jié)點(diǎn)而言，節(jié)點(diǎn)注節(jié)點(diǎn)電壓幅值和節(jié)點(diǎn)電壓相角是已知的，而節(jié)點(diǎn)注入有功功率P和無(wú)功功率Q不知道，所以對(duì)于平衡節(jié)點(diǎn)而言，功率方程不可列出，因此潮流計(jì)算中常常無(wú)需列出平衡節(jié)點(diǎn)的功率方程。3）雅克比矩陣由此可以得到節(jié)點(diǎn)注入功率平衡方程：其修正方程如下：將其展開(kāi)有：eq\o\ac(○,5)牛頓-拉夫遜法潮流計(jì)算的步驟（極坐標(biāo)形式下）極坐標(biāo)形式下，牛頓—拉夫遜法計(jì)算潮流的步驟如下：形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣設(shè)定各節(jié)點(diǎn)電壓初解（常采用平啟動(dòng)，即是待求的節(jié)點(diǎn)電壓幅值初值均取1，待求的節(jié)點(diǎn)電壓相角均取0）計(jì)算各節(jié)點(diǎn)功率不平衡量形成Jacobian矩陣解修正方程組修正電壓收斂判斷計(jì)算平衡節(jié)點(diǎn)的注入功率計(jì)算PV節(jié)點(diǎn)的注入無(wú)功功率計(jì)算線(xiàn)路功率計(jì)算線(xiàn)路功率損耗計(jì)算電壓降落、電壓偏移等eq\o\ac(○,6)牛頓—拉夫遜法潮流計(jì)算的流程圖采用牛頓—拉夫遜法進(jìn)行潮流計(jì)算的流程圖如圖2.3所示。圖2.3基于牛頓—拉夫遜法的潮流計(jì)算流程圖2.2.2P-Q分解法潮流計(jì)算的原理eq\o\ac(○,1)P-Q分解法功率方程的推導(dǎo)P-Q分解法的思想是：把無(wú)功功率和有功功率兩者的值解耦出來(lái)分別進(jìn)行迭代以此來(lái)達(dá)到計(jì)算的目的，它是在牛頓—拉夫遜法的基礎(chǔ)上演化出來(lái)的。當(dāng)節(jié)點(diǎn)功率方程式采取極坐標(biāo)表達(dá)時(shí)，修正方程式為：將其展開(kāi)，可以得到：在高壓電力系統(tǒng)中有功功率潮流計(jì)算主要與各節(jié)點(diǎn)電壓相角有關(guān)，無(wú)功功率潮流則主要受各節(jié)點(diǎn)電壓幅值的影響，因此可將上式中包含的兩項(xiàng)忽略，對(duì)式子進(jìn)行第一次化簡(jiǎn)，可以得到：但是，H、L中的元素是電壓幅值和相角的函數(shù)，在每次迭代中都要重新形成上述H、L矩陣，而且又不是對(duì)稱(chēng)矩陣。結(jié)合高壓電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，即是：對(duì)狀態(tài)變量的約束條件||<||max，即線(xiàn)路兩端電壓相角差是不大的，再計(jì)及，這兩個(gè)化簡(jiǎn)條件可表示如下：此外，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納的虛部遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該節(jié)點(diǎn)的無(wú)功功率相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納，即是：考慮以上條件，系數(shù)矩陣H和L可表示為：通過(guò)變換，有：因此，可以把修正方程式變?yōu)橐韵滦问剑簩⒁陨蟽墒降淖笥覂蓚?cè)乘以下面的矩陣：就可得到下式：以上兩式就是P-Q分解法的修正方程式，系數(shù)矩陣只與系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣的虛部有關(guān)，但是卻是對(duì)稱(chēng)矩陣，在迭代過(guò)程中維持不變。eq\o\ac(○,2)P-Q分解法潮流計(jì)算的步驟1）設(shè)置節(jié)點(diǎn)電壓向量的電壓初值、，采用平啟動(dòng)。2）計(jì)算各節(jié)點(diǎn)有功功率的不平衡,從而得到。3）解有功修正方程式，并進(jìn)而計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓向量角度的修正量。4）修正各節(jié)點(diǎn)電壓向量角度：5）計(jì)算各節(jié)點(diǎn)無(wú)功功率不平衡量，從而得到。6）解無(wú)功修正方程式，求出各節(jié)點(diǎn)電壓幅值的修正量。修正各節(jié)點(diǎn)電壓幅值：8）返回2）進(jìn)行迭代，直到各節(jié)點(diǎn)功率誤差及都滿(mǎn)足收斂條件。eq\o\ac(○,3)P-Q分解法潮流計(jì)算的流程圖采用P-Q分解法進(jìn)行潮流計(jì)算的流程圖如圖2.4所示。圖2.4基于P-Q分解法的潮流計(jì)算流程圖2.2.3變壓器支路的處理無(wú)論是牛頓—拉夫遜法還是P-Q分解法，對(duì)于給定系統(tǒng)數(shù)據(jù)，都需要將變壓器支路處理成如圖2.5所示的π型等值電路。圖2.5變壓器支路的π型等值電路圖2.5中上面的圖是將變壓器支路表示成一個(gè)理想變壓器和變壓器阻抗串聯(lián)的支路。其中變壓器阻抗已經(jīng)歸算在II側(cè)（II可視為低壓側(cè)）。圖2.5中下面的圖則是通過(guò)兩側(cè)功率相等的原理可以得到的變壓器π型等值模型。這樣一來(lái)就可以將變壓器支路表示成線(xiàn)路支路，在節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中就需要針對(duì)兩側(cè)修改相應(yīng)的元素。在節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中，對(duì)于變壓器支路兩側(cè)的線(xiàn)路阻抗均采用就地標(biāo)幺的方法。即線(xiàn)路、變壓器參數(shù)都按選定的基準(zhǔn)電壓UIIB，UIB折算為標(biāo)幺值。則變壓器兩側(cè)的阻抗就地標(biāo)幺為：變壓器的阻抗歸算到II側(cè)的標(biāo)幺值為：則非標(biāo)準(zhǔn)變比為：因此，在MATLAB中，需要對(duì)連有變壓器支路的節(jié)點(diǎn)及其支路進(jìn)行修改節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。2.3實(shí)驗(yàn)步驟2.3.1手算為了方便程序的編制和調(diào)試，需要根據(jù)原始給定數(shù)據(jù)以及潮流計(jì)算的流程圖，進(jìn)行手算，原則上要求至少迭代一次。此處以某一6節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)為例，來(lái)說(shuō)明利用P-Q分解法進(jìn)行潮流計(jì)算的手算過(guò)程。該網(wǎng)絡(luò)的接線(xiàn)圖如圖2.6所示，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表2.9-表2.12所示。圖2.86節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線(xiàn)圖表2.9節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)號(hào)電壓幅值電壓相角發(fā)電機(jī)有功發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷有功負(fù)荷無(wú)功11.0-0.8-0.00.02----0.50.33----0.00.04----0.00.051.00--0.00.06----0.50.25表2.10發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)號(hào)有功上限有功下限無(wú)功上限無(wú)功下限11.50.11.5-0.341.50.11.5-0.351.50.11.5-0.3表2.11線(xiàn)路數(shù)據(jù)支路號(hào)首末節(jié)點(diǎn)號(hào)支路電阻支路電抗對(duì)地導(dǎo)納（b/2）12-30.010.120.0222-40.010.120.0233-40.010.120.02表2.12變壓器數(shù)據(jù)首末節(jié)點(diǎn)號(hào)電阻電抗變比變比上限變比下限變比步長(zhǎng)2-10.00.10.951.100.90.053-60.00.150.951.100.90.054-50.00.150.951.100.90.05該系統(tǒng)的手算過(guò)程如下：eq\o\ac(○,1)畫(huà)出網(wǎng)絡(luò)等值電路（把變壓器支路用π型等值電路表示）eq\o\ac(○,2)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣需要說(shuō)明的是，在潮流計(jì)算時(shí)，為了方便，可以對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編號(hào)。此處就是將平衡節(jié)點(diǎn)5重新編號(hào)為6；將PQ節(jié)點(diǎn)6重新編號(hào)為5。Y=-10.0000i10.5263i000010.5263i1.3793-27.5921i-0.6897+8.2759i-0.6897+8.2759i000-0.6897+8.2759i1.3793-23.8986i-0.6897+8.2759i7.0175i00-0.6897+8.2759i-0.6897+8.2759i1.3793-23.8986i07.0175i007.0175i0-6.6667i00007.0175i0-6.6667ieq\o\ac(○,3)形成B’與B”矩陣B’=-1010.526300010.5263-27.59218.27598.2759008.2759-23.89868.27597.017508.27598.2759-23.89860007.01750-6.6667B”=-27.59218.27598.2759 08.2759-23.89868.27597.01758.27598.2759-23.8986007.01750-6.6667eq\o\ac(○,4)計(jì)算除平衡節(jié)點(diǎn)外的其余節(jié)點(diǎn)有功功率不平衡量取U6=1.0δU1δ1由此得到有功不平衡量：進(jìn)一步得到ΔP/U(0)。eq\o\ac(○,5)解有功修正方程得到相角的增量，并得到相角新值（步驟略）eq\o\ac(○,6)根據(jù)相角新值，計(jì)算無(wú)功不平衡量進(jìn)一步得到ΔQ/U(0)。eq\o\ac(○,7)解無(wú)功修正方程得到幅值的增量，并得到幅值新值（步驟略）這就是該6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的一次迭代過(guò)程。如要再次進(jìn)行迭代計(jì)算，需要根據(jù)得到的電壓幅值和相角的新值，根據(jù)步驟eq\o\ac(○,4)—eq\o\ac(○,7)，再次進(jìn)行計(jì)算，直到滿(mǎn)足收斂條件。2.3.2程序編制根據(jù)給定的如圖2.6的某6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，可以根據(jù)P-Q分解法的計(jì)算流程，得到其MATLAB程序如下：%busitypePdQdGsBsVmVa%function[a,u]=case6%-----------------------------inputbasedata--------%baseMVA=100;bus=[12000010;210.50.30000;31000000;41000000;510.50.250000;63000010];%fbustbusrxbratiobranch=[230.010.120.040;240.010.120.040;340.010.120.040;2100.1000.95;3500.1500.95;4600.1500.95];%-----------------------------computeY--------%%a=branch(1:3,3)+j*branch(1:3,4);y340=1./(branch(1:3,3)+j*branch(1:3,4));y310=(1./(j*branch(4:6,4)))/branch(4:6,6);y311=y310*(branch(4:6,6)-[1;1;1]);y332=-y311/branch(4:6,6);y11=y310(1,1)+y311(1,1);y33=y310(2,1)+y340(1,1)+y340(3,1)+2*j*(branch(1,5)/2)+y332(2,1);y44=y340(2,1)+y340(3,1)+y310(3,1)+2*j*(branch(1,5)/2)+y332(3,1);y55=y310(2,1)+y311(2,1);y66=y310(3,1)+y311(3,1);y22=y310(1,1)+y340(2,1)+y340(1,1)+2*j*(branch(1,5)/2)+y332(1,1);y13=0;y14=0;y15=0;y16=0;y12=-y310(1,1);y31=y13;y32=-y340(1,1);y34=-y340(3,1);y35=-y310(2,1);y36=0;y41=0;y42=-y340(2,1);y43=y34;y45=0;y46=-y310(3,1);y51=0;y52=0;y53=y35;y54=0;y56=0;y61=0;y62=0;y63=0;y64=y46;y65=0;y21=y12;y23=y32;y24=y42;y25=0;y26=0;Y=[y11y12y13y14y15y16;y21y22y23y24y25y26;y31y32y33y34y35y36;y41y42y43y44y45y46;y51y52y53y54y55y56;y61y62y63y64y65y66];%----------------------------computebandB--------%b=imag([y11y12y13y14y15;;y21y22y23y24y25;y31y32y33y34y35;y41y42y43y44y45;y51y52y53y54y55]);B=imag([y22y23y24y25;y32y33y34y35;y42y43y44y45;y52y53y54y55]);%-----------------------------computeinitialpandq--------%%pqs=[0.80;-0.5-0.30000-0.5-0.25];%-----------------------------aanduintialvalue--------%a=[0;0;0;0;0;0];u=[1;1;1;1;1;1];%-----------------------------powerflowcomputation--------%torlerance=0.0001;ii=10;forkk=1:ii%-------------