電力系統(tǒng)分析潮流計算課程序設(shè)計及其MATLAB程序設(shè)計教材

1、廣州學院Guangzhou College of South China University of Technology電力系統(tǒng)分析潮流計算程序設(shè)計報告題目：13節(jié)點配電網(wǎng)潮流計算學 院電氣工程學院專業(yè)班級學生姓名學 號班內(nèi)序號指導教師房大中提交日期 2015 年05月04日一、程序設(shè)計目的2二、程序設(shè)計要求4三、13節(jié)點配網(wǎng)潮流計算 43.1主要流程 錯誤！未定義書簽。3.1.1第一步的前推公式如下（1-1）-（ 1-5）：錯誤！未定義書簽。3.1.2第二步的回代公式如下（1-6）（ 1-9）： 錯誤！未定義書簽。3.2配網(wǎng)前推后代潮流計算的原理 73.3配網(wǎng)前推后代潮流計算迭代過程 83

2、.3計算原理9四、計算框圖流程10五、 確定前推回代支路次序 錯誤！未定義書簽。六、 前推回代計算輸入文件 11主程序：11輸入文件清單： 12計算結(jié)果：13數(shù)據(jù)分析：13七、配電網(wǎng)潮流計算的要點 14八、自我總結(jié)14九、參考文獻 15附錄一 MATLAB的簡介151華南理工大學廣州學院電氣工程學院課程設(shè)計報告21一、程序設(shè)計目的開式網(wǎng)絡(luò)潮流計算：配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點呈輻射狀，在正常運行時是開環(huán)的；配電網(wǎng) 的潮流計算采用的方法是前推回代法，本程序利用前推回代法的基本原理、收斂性。 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)劃水平年的大、小方式下

3、潮流交換控制、調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)壓 的要求。(2) 在編制年運行方式時，在預計負荷增長及新設(shè)備投運基礎(chǔ)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。(3) 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。(4) 預想事故、設(shè)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。1 O101112135 O圖1 13節(jié)點配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖表1系統(tǒng)支路參數(shù)支路R ( Q)X ( Q)B/2(Tk)(S

4、)123.3673.6850.0232.3562.5410.0341.1451.280.0454.5245.040.0260.8561.140.0672.7452.9650.0283.7434.2510.0892.2372.7560.03104.144.6960.03111.3281.7630.011122.4362.8660.04133.5213.9660.0表2系統(tǒng)負荷參數(shù)節(jié)點編號節(jié)點類型節(jié)點初始電（kV）Pi (MVA)Qi (MVA)1根節(jié)點10.4002中間節(jié)點10.00.03420.03013中間節(jié)點10.00.06930.06424中間節(jié)點10.00.08450.07635葉節(jié)點

5、10.00.02950.02616中間節(jié)點10.00.04740.04097葉節(jié)點10.00.11760.09578中間節(jié)點10.00.09460.08579葉節(jié)點10.00.09160.085910葉節(jié)點10.00.02710.022911中間節(jié)點10.00.06960.064312葉節(jié)點10.00.06760.057913葉節(jié)點10.00.02980.0242二、程序設(shè)計要求1. 看懂前推回代法計算程序；2. 報告敘述計算原理及計算流程；3. 繪制計算流程框圖；4. 確定前推回代支路次序(廣度優(yōu)先，或深度優(yōu)先)并編寫前推回代計算輸入文 件，然后進行潮流計算；5. 整理專利計算結(jié)果；6. 總

6、結(jié)配電網(wǎng)潮流計算的要點；三、設(shè)計內(nèi)容1. 根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)推導電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學模型，寫出節(jié)點導納矩陣；2. 賦予各節(jié)點電壓變量(直角坐標系形式)初值后，求解不平衡量；3. 形成雅可比矩陣；4. 求解修正量后，重新修改初值，從2開始重新循環(huán)計算；5. 求解的電壓變量達到所要求的精度時，再計算各支路功率分布、功率損耗和節(jié)點6. 上機編程調(diào)試；連調(diào)；7. 計算分析給定系統(tǒng)潮流分析并與手工計算結(jié)果作比較分析。8. 準備計算機演示答辯，書寫該課程設(shè)計說明書(必須計算機打印)四、13節(jié)點配網(wǎng)潮流計算4.1牛拉法的原理及其基本方程牛頓迭代法(Newt ons method)又稱為牛頓-拉夫遜(拉弗森)方法(Ne

7、wto n-R aphson method)，它是牛頓在17世紀提出的一種在實數(shù)域和復數(shù)域上近似求解方程的方法。設(shè)r是f(x) = 0的根，選取x0作為r初始近似值，過點(xO,f(xO)做曲線y = f(x) 的切線L， L的方程為y = f(x0) f(xO)(x-xO)，求出L與x軸交點的橫坐標x1 =xO-f(xO)/f(xO)，稱x1為r的一次近似值。過點(x1,f(x1)做曲線y = f(x)的切線，并求該切線與x軸的橫坐標x2 = x1-f(x1)/f(x1)，稱x2為r的二次近似值。重復以上過程，得r的近似值序列，其中x(n+1)=x(n) f(x(n)/f(x(n)，稱為r的

8、n+1次近似值，上式稱為牛頓迭代公式。解非線性方程f(x)=O的牛頓法是把非線性方程線性化的一種近似方 法。把f(x)在xO點附近展開成泰勒級數(shù)f(x) = f(xO)+(x xO)f(xO)+(x xOF2*f(xO)/2! + 取其線性部分，作為非線性方程 f(x) = 0 的近似方程，即泰勒展開的前兩項，則有 f(xO)+f(xO)(x xO)=f(x)=O 設(shè)f(xO)工0則其解為x仁xO f(xO)/f(xO)這樣，得到 牛頓 法的一個 迭代序列：x(n+1)=x(n)f(x( n)/f(x( n)4.2 PQ分解法的原理及其基本方程PQ分解法的基本思想是根據(jù)電力系統(tǒng)實際運行特點：通

9、常網(wǎng)絡(luò)上的電抗遠大于電阻值，則系統(tǒng)母線電壓幅值的微小變化 心對母線有功功率的改變 P影響很小。同樣,功率方程在用極坐標形式表示時，它的修正方程式可簡化為H 0二0 L心 U /U 一母線電壓相角的少許改變宀，也不會引起母線有功功率的明顯改變Q ，因此，節(jié)點(2-1)這就是把2 (n-1 )階的線性方程組變成了兩個n-1階的線性方程組，將P和Q分開 來進行迭代計算，因而大大地減少了計算工作量。但是H、L在迭代過程中仍然在不斷的變化而且又都是不對稱矩陣。對牛頓法的進步簡化，即把式( 2-1)中的系數(shù)矩陣簡化為在迭代過程中不變的對稱矩陣。在一般情況下，線路兩端的電壓相角 中是不大的(不超過1O2O)

10、，因此,可以認為COS 二 ij Gj sin %(2-2)此外，與系統(tǒng)各節(jié)點無功功率相應(yīng)的導納BLDi遠小于該節(jié)點自導納的虛部，即Qi JtQUi2Bi(2-3)因而考慮到以上關(guān)系，式(2-1 )的系數(shù)矩陣中的個元素可以表示為H廠 UUjBj(i , j=1,2,n-1)L廠 UiUjBj(i ,j=1,2.,m)而系數(shù)矩陣H和L則可以分別寫成:5邱5U2B21U1U1B12U2U2B22U2U 1B1,n JU n JU 2 B2,n_1U n_JU n _1 Bn d,1U 1U n _1Bn d,2U 2.U n J Bn J,n dU n JU1U2B21.加UlBI2-B22.%門

11、=1 IU2Un4. |_Bi,1. Bn/nJLU1B11U1U 2 B21U1U1B12U 2U 2 B22U 2=U D1B U(2-4)U 1B1mU mU 2B2mU m_U m Bm1U 1U1U2TB11B12.Bm 1 U1111 B21B22.B2mU211I I.111. 1八Bm1Bm2Bmm 一-Um 一U m BmmU mU m Bm2U 2Um(2-5)將式（2-4 ）和（2-5）代人式Y(jié)=Gj+jBjui=ae閃=Ui(co3i+jsinq)中，得到 pl -ILg 丨-UD2 Hb” 1用 Ud1）和 Ud分別左乘以上兩式，便得Ud1LpOIUd，】(2-6)1

12、(2-7)U D2Lai- IB.-：U 1這就是簡化了的修正方程式，它們也可以展開寫成U1I U2X7 一| B21Bn1Bn .1,2Bi,nj丨日 i |B2,njU 2也日 2, . .Bn4n亠U nJ比日nd _(2-8)Bi,mUiB2,m j U 2Bm,m i-U m _UiQ2U2aBiiI B2iBm,iBi2B22Bm,2(2-9)因而系數(shù)矩陣是對(2-10)在這兩個修正方程式中系數(shù)矩陣元素就是系統(tǒng)導納矩陣的虛部, 稱矩陣，且在迭代過程中保持不變。這就大大減少了計算工作量。用極坐標表示的節(jié)點功率增量為nP 二 Rs-UUj(GijC0S3j Bsin p ) = 0j丄

13、nQi 二 Qis-UUj(Gj cos-Bsin如=0jA式（2-8 ）、（ 2-9 ）和（2-10）構(gòu)成了 PQ分解法迭代過程的基本方程式。4.3配網(wǎng)前推后代潮流計算的原理前推回代法在配電網(wǎng)潮流計算中簡單實用，所有的數(shù)據(jù)都是以矢量形式存儲，因此節(jié)省了大量的計算機內(nèi)存，對于任何種類的配電網(wǎng)只要有合理的R/X值，此方法均可 保證收斂。算法的穩(wěn)定性也是評價配電網(wǎng)潮流算法的重要指標。一般情況下，算法的收 斂階數(shù)越高，算法的穩(wěn)定性越差，前推回代法的收斂階數(shù)為一階，因此它也具有較好的 穩(wěn)定性。比較而言，前推回代法充分利用了網(wǎng)絡(luò)呈輻射狀的結(jié)構(gòu)特點，數(shù)據(jù)處理簡單， 計算效率高，具有較好的收斂性，被公認是求

14、解輻射狀配電網(wǎng)潮流問題的最佳算法之一。4.4配網(wǎng)前推后代潮流計算迭代過程配網(wǎng)潮流前推回代潮流算法第n+1步的迭代公式如下：節(jié)點i的前推計算公式為由圖1可知節(jié)點i+1的注入有功功率和無功功率分別為：NB NB-1P(i+1)= 刀 PLjE LP(j)Q(i+1)= 刀 QL+)刀 LQ(j)其中：i=1, 2,。NB-1，NB為節(jié)點數(shù)，PL(i)為第i節(jié)點所帶負荷有功功率；QL(i) 為第i節(jié)點所帶負荷無功功率；LP(i)為第i條線段上的有功功率損耗；LQ(i)為第i條線 段上的無功功率損耗。收斂條件以前后兩次迭代的電壓偏差作為迭代收斂條件，(8)式表明節(jié)點電壓幅值最大偏差小 于設(shè)定閾值，即認

15、為迭代收斂，則迭代過程結(jié)束。max|Vk(i)-Vk- 1(i)|0.0001PQ2=PQ;%每一次迭代各節(jié)點的注入有功和無功相同PL=O.O;for i=1:NBkf=FT(i,1);%前推始節(jié)點號kt=FT(i,2);%前推終節(jié)點號x=(PQ2(kf,2)A2+PQ2(kf,3)A2)/(V(kf)A2); %計算沿線電流平方 APQ1(i,1)= RX(i,1)*x+PQ2(kf,2);% 計算支路首端有功 /MW RX(i,1)RPQ1(i,2)= RX(i,2)*x+PQ2(kf,3);% 計算沿支路的無功損耗 /Mvar RX(i,2)XPQ2(kt,2)= PQ2(kt,2)+P

16、Q1(i,1);%用PQ1去修正支路末端節(jié)點的有功P單位MWPQ2(kt,3)= PQ2(kt,3)+PQ1(i,2);%用PQ1去修正支路末端節(jié)點的有功Q 單位MvarPL=PL+RX(i,1)*x;%累積計算整個網(wǎng)絡(luò)的功率損耗end an gle(1)=0.0;for i=NB:-1:1kf=FT(i,2);%回代始節(jié)點號kt=FT(i,1);%回代終節(jié)點號dv1=(PQ1(i,1)*RX(i,1)+PQ1(i,2)*RX(i,2)/V(kf); dv2=(PQ1(i,1)*RX(i,2)-PQ1(i,2)*RX(i,1)/V(kf);V2(kt)=sqrt(V(kf)-dv1)A2+(d

17、v2)A2);an gle(kt)= ata nd(dv2/(V(kf)-dv1)+a ngle(kf);endmaxd=abs(V2 (2)-V (2);V2(1)=V(1);for i=3:1:NNif abs(V2(i)-V(i)maxd; maxd=abs(V2(i)-V(i);endendmaxdk=k+1PQ1%潮流分布即支路首端潮流V=V2%節(jié)點電壓模計算結(jié)果kVan glePL end clear%節(jié)點電壓角度計算結(jié)果單位度%網(wǎng)損單位MW輸入文件清單：fun ctio n PQ,FT,RX=case115()PQ=%節(jié)點電壓有功無功10.40010.00.03420.03011

18、0.00.06930.064210.00.08450.076310.00.02950.026110.00.04740.040910.00.11760.095710.00.09460.085710.00.09160.085910.00.02710.022910.00.06960.064310.00.06760.057910.00.02980.0242;FT=%首端末端5 413412114310 311 37 698326 28 22 1;RX=% R X4.5245.043.5213.9662.4362.8661.1451.284.144.6961.3281.7632.7452.9652.23

19、72.7562.3562.5410.8561.143.7434.2513.3673.685;計算結(jié)果:k =8PQ1 =0.02960.02990.06780.14440.02720.13790.11830.09200.38520.16610.18910.02620.02430.05810.12730.02300.12310.09640.08640.34450.13790.17500.72780.8116V =10.40009.87959.69919.66529.63779.84929.78729.73269.68709.67649.65789.62359.6444an gle = 00.30

20、110.40110.42500.44380.34310.39420.38990.42660.42090.44980.48230.4452PL =0.0488數(shù)據(jù)分析:經(jīng)過8次迭代，各節(jié)點的電壓誤差均在0.0001kv以內(nèi)，計算到此結(jié)束。七、配電網(wǎng)潮流計算的要點1. 需要注意系統(tǒng)中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內(nèi)。2. 系統(tǒng)中各種元件（線路、變壓器等）是否會出現(xiàn)過負荷。3. 在進行電壓和功率分布計算以前，先要對網(wǎng)絡(luò)等值電路作些簡化處理。4. 確立前推回代的計算次序。5. 在開始編寫程序之前，要了解 matlab仿真軟件，包括其程序的編寫，程序的運 行，我們都要清楚的知道6. 為了提高計算精度，

21、重復計算，給出一個容許誤差作為計算的收斂的判據(jù)。八、自我總結(jié)此次課程設(shè)計首先讓我明白了要使電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，必須經(jīng)過精密的設(shè)計和計算。在進行課題設(shè)計的過程中，加深了我對潮流計算的認識，尤其是對牛頓拉夫遜潮流 計算的求解思路有了比較透徹的理解。在此次程序設(shè)計中，我在 MATLAB程，13節(jié)點配電網(wǎng)潮流計算，WOR文檔的編輯 方面均有所提高，之前學過的潮流計算僅限于書本，通過完成這個作業(yè)使我對這塊知識 了解得更加全面，但也暴露出了一些問題：理論知識還是不足，基本知識不充足，做起 這個大作業(yè)難度還是很大的，對 MATLAB勺性能和特點還不能有一個全面的把握，相信 通過以后的學習能彌補這些不足，從而

22、達到一個新的層次。在過程設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)了一些要點，要求得支路的首端功率，從與葉節(jié)點聯(lián)接的支路 開始，該支路的末端功率即等于葉節(jié)點功率，利用這個功率和對應(yīng)的節(jié)點電壓計算支路 功率損耗，才能求首段功率。還有在迭代計算開始之前，先要確定支路的計算順序問題， 即確定好是深度優(yōu)先還是廣度優(yōu)先。 要求得各支路終結(jié)點的電壓的話利用上述所得的支 路首端功率和本步驟剛算出的本支路始節(jié)點的電壓，從電源點開始逐條支路進行計算。而且在此次課程設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)了自己的基礎(chǔ)知識有很多的不足。這些基礎(chǔ)的缺乏 給我的設(shè)計計劃造成了不小的障礙。在這個過程中，我明白了，只要用心去做，認直去 做，持之以恒，就會有新的發(fā)現(xiàn)，有意外的收獲。雖然很多錯誤被克服了，但是系統(tǒng)中難免還有很多不足之處，有些地方感覺做的不 是很正確，希望在以后的學習中能夠在同學們的幫助和老師的指導下做得更好。九、參考文獻1 何仰贊溫增銀電力系統(tǒng)分析華中科技大學出版社，20022 蔡旭暉、劉衛(wèi)國、蔡立燕 MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用教程D.北京：人民郵電出版社2009附錄一 MATLAB的簡介MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式 程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣