畢業(yè)設(shè)計：電力系統(tǒng)潮流計算設(shè)計

1、摘要電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種重要的分析計算，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)。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(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 地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。MATLAB使用方便，有著其他高級語言無法比擬的強(qiáng)大的矩陣處理功能。這樣使MATLAB成為電力系統(tǒng)潮流計算的首選計算機(jī)語言。牛頓-拉夫遜法師電力系統(tǒng)潮流計算的常用算法之一，它收斂性好，迭代次 數(shù)少。介紹了電力系統(tǒng)潮流計算機(jī)輔分析的基本知識及潮流計算牛頓-拉普遜法，最后介紹了利用matlab GUI制作潮流計算軟件的過程。關(guān)鍵詞：電力

2、系統(tǒng)潮流計算；牛頓-拉普遜法；matlab GUIAbstractPower Flow Calculation of Power System is an importantanalysis andcalculation of power system steady-stateoperation, which according to the given operating conditions and system wiring to determine the various parts of the power system running state. In the study of

3、power system design and the current operation mode are required Power Flow Calculatio n to qua ntitatively an alyzed and compared to the program or run mode power supply reas on able, reliability and economy or not. MATLAB is easy to use, the powerful matrix processing is the other high-level Ian gu

4、age can n ot be compared with. This allows MATLAB to become the preferred computer Ian guage of power flow calculati on.Newt on Raphs on power flow calculati on is one of the most com monly used algorithms, which has good con verge nce and fewer iterati ons .This article describes the power flow com

5、puter assistedanalysis of the basic knowledge and power flow Newt on - Raphs on method, Fin ally it describe how to use matlab GUI to make the power flow calculati on software.Keywords: power flow calculati on; Newt on - Raphs on method; matlab GUI目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Doc

6、ument 第1章緒論1. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1課題背景1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2選題意義1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.3潮流計算及其現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢21.4本畢業(yè)設(shè)計主要工作4.第2章 電力系統(tǒng)潮流計算基本原理 62.1電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型 6.2.1.1電力網(wǎng)絡(luò)的基本方程式 62.1.2自導(dǎo)納和互導(dǎo)納的確定方法 82.1.3節(jié)點導(dǎo)納矩陣的性質(zhì)及意義92.1.4非標(biāo)準(zhǔn)變比變壓器等值電路 112.2潮

7、流計算的數(shù)學(xué)模型 12潮流計算的節(jié)點類型122.2.2潮流計算基本方程1.32.3潮流計算的約束條件152.4潮流計算方法1.62.4.1牛頓拉夫遜法 162.4.2高斯賽德爾法162.4.3 PQ 分解法182.4.4擬牛頓算法202.5 Matlab 簡介20Matlab 概述20matlab GUI 簡介21GUI設(shè)計模板及設(shè)計窗口 21GUI設(shè)計的基本操作 22第3章牛頓拉夫遜潮流計算理論分析233.1概述233.2牛頓法基本原理233.3牛頓法潮流計算方程283.3.1節(jié)點功率方程 283.3.2修正方程293.4牛頓法潮流計算主要流程.33第4章基于matlab潮流計算軟件的實現(xiàn)3

8、54.1登陸界面的設(shè)計實現(xiàn)354.2潮流計算主界面設(shè)計實現(xiàn).364.2.1主界面介紹364.2.2數(shù)據(jù)初始化 364.2.3潮流計算384.2.4數(shù)據(jù)處理404.2.5數(shù)據(jù)的傳遞問題40第5章實例仿真與分析425.1實例仿真4.25.2運行結(jié)果分析43第6章小結(jié)45第1章緒論1.1課題背景電力是衡量一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要指標(biāo)，也是反映人民生活水平的重要標(biāo) 志，它已成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及城鄉(xiāng)生活等許多方面不可或缺的能 源和動力。電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn) 與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸電、變電和配電將電能供應(yīng)

9、到各用戶。 為實現(xiàn)這一功能，電力系統(tǒng)在各個環(huán) 節(jié)和不同層次還具有相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，對電能的生產(chǎn)過程進(jìn)行測量、調(diào)節(jié)、 控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，以保證用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的變化， 開創(chuàng)了電力時代，出現(xiàn)了近代史上的第二次技術(shù)革命。20世紀(jì)以來，電力系統(tǒng)的發(fā)展使動力資源得到更充分的開發(fā)， 工業(yè)布局也更為合理，使電能的應(yīng)用不僅 深刻地影響著社會物質(zhì)生產(chǎn)的各個側(cè)面，也越來越廣地滲透到人類日常生活的各 個層面。電力系統(tǒng)的發(fā)展程度和技術(shù)水準(zhǔn)已成為各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。潮流計算是在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和決定系統(tǒng)運行狀態(tài)的邊界條

10、件 的情況下確定系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的一種基本方法，是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運營中不可 缺少的一個重要組成部分。可以說，它是電力系統(tǒng)分析中最基本、最重要的計算， 是系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)分析和實時控制與調(diào)度的基礎(chǔ)。是電力系統(tǒng)研究人員長期研究 的一個課題。MATLAB自1980年問世以來，它的強(qiáng)大的矩陣處理功能給電力系統(tǒng) 的分析、計算帶來許多方便。在處理潮流計算時，其計算機(jī)軟件的速度已無法滿 足大電網(wǎng)模擬和實時控制的仿真要求，而高效的潮流問題相關(guān)軟件的研究已成為 大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真計算的關(guān)鍵。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，對MATLAB 潮流計算的研究為快速、詳細(xì)地解決大電網(wǎng)的計算問題開辟了新思路。1.2選題意義

11、電力系統(tǒng)已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)，不可分割。進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計算是 保證電力系統(tǒng)正常運行的必要計算。具體來講電力系統(tǒng)潮流計算具有以下意義：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(yù)計負(fù)荷增長及新設(shè)備投運基礎(chǔ)上，選擇典型方 式進(jìn)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(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，加快基建進(jìn)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(dǎo)發(fā) 電廠開機(jī)方式，有功、無功調(diào)整方案及負(fù)荷調(diào)整方案，滿足線

12、路、變壓器熱穩(wěn)定要 求及電壓質(zhì)量要求。預(yù)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(yù)想的運行方式調(diào)整方案。總結(jié)為在電力系統(tǒng)運行方式和規(guī)劃方案的研究中， 都需要進(jìn)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(jì)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(jìn)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(yīng)用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運算。基于電力系統(tǒng)計算對保證電力系統(tǒng)正常運行具有如此正要的意義，這就要求我們能夠快速準(zhǔn)確的進(jìn)行潮流計算，計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使電力系統(tǒng)機(jī)輔分析成為 可能，各種潮流計算軟件也相繼出現(xiàn)。MATLA使用方便，有著其他高級語言無法 比擬的強(qiáng)大的矩

13、陣處理功能。MATLA擁有600多個工程數(shù)學(xué)運算函數(shù)，可實現(xiàn)潮 流計算的矩陣求積、求逆、稀疏矩陣形成、復(fù)數(shù)運算以及初等數(shù)學(xué)運算。同時 MATLA語言允許用戶以數(shù)學(xué)形式的語言編寫程序，這樣編程的工作量就大為減 少。要達(dá)到較高的計算精度，且兼顧矩陣程序設(shè)計的難易程度， 使MATLA成為首 選潮流計算的計算機(jī)語言。因此本次設(shè)計提出了基于MATLA潮流計算軟件的分析與設(shè)計。 該軟件能快速準(zhǔn)確的對電力系統(tǒng)潮流進(jìn)行計算，并具有一定的輔助 分析功能。1.3潮流計算及其現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢利用電子計算機(jī)進(jìn)行潮流計算從 20世紀(jì)50年代中期就已經(jīng)開始。此后，潮流計算曾采用了各種不同的方法，這些方法的發(fā)展主要是圍繞著

14、對潮流計算的一 些基本要求進(jìn)行的。電力系統(tǒng)潮流計算屬于穩(wěn)態(tài)分析范疇，不涉及系統(tǒng)元件的動 態(tài)特性和過渡過程。因此其數(shù)學(xué)模型不包含微分方程，是一組高階非線性方程。 非線性代數(shù)方程組的解法離不開迭代， 因此，潮流計算方法首先要求它是能可靠 的收斂，并給出正確答案。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，潮流問題的方程式階 數(shù)越來越高，目前已達(dá)到幾千階甚至上萬階，對這樣規(guī)模的方程式并不是采用任 何數(shù)學(xué)方法都能保證給出正確答案的。這種情況促使電力系統(tǒng)的研究人員不斷尋 求新的更可靠的計算方法。知道現(xiàn)在潮流算法的研究仍然非?；钴S，但是大多數(shù) 研究都是圍繞改進(jìn)牛頓法和 P-Q分解法進(jìn)行的。此外，隨著人工智能理論的發(fā) 展，

15、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法也逐漸被引入潮流計算。但是，到目前 為止這些新的模型和算法還不能取代牛頓法和P-Q分解法的地位。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對計算速度的要求不斷提高，計算機(jī)的并行計算技術(shù)也將在 潮流計算中得到廣泛的應(yīng)用，成為重要的研究領(lǐng)域。通過幾十年的發(fā)展，潮流算法日趨成熟。近幾年，對潮流算法的研究仍然是 如何改善傳統(tǒng)的潮流算法，即高斯-塞德爾法、牛頓法和快速解耦法。牛頓法， 由于其在求解非線性潮流方程時采用的是逐次線性化的方法，為了進(jìn)一步提高算法的收斂性和計算速度，人們考慮采用將泰勒級數(shù)的高階項或非線性項也考慮進(jìn) 來，于是產(chǎn)生了二階潮流算法。后來又提出了根據(jù)直角坐標(biāo)形式的潮流方程是一 個二次代數(shù)方程的特點，提出了采用直角坐標(biāo)的保留非線性快速潮流算法。巖本伸一等提出了一種保留非線性的快速潮流計算法 ，但用的是指教坐標(biāo)系，因而沒 法利用P-Q解耦。為了更有利于大電網(wǎng)的潮流計算，將此原理推廣用于P-Q解耦。 這樣，既利用了保留