基于MATLAB的電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算論文

編號1251401157電力系統(tǒng)課程設(shè)計（2012屆本科）題目：學(xué)院：物理與機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化作者姓名：指導(dǎo)教師：職稱：完成日期：2015年6月28日河西學(xué)院本科生課程設(shè)計任務(wù)書1.1電力網(wǎng)結(jié)線如圖所示，是一個額定電壓為110KV的閉式區(qū)域電力網(wǎng)，A母線電壓為115KV，和的最大負(fù)荷利用小時數(shù)分別為5500h和4500h，導(dǎo)線擬采用鋼芯鋁線，幾何均距為5m。試選擇各段導(dǎo)線的截面積，并用MATLAB/SIMULINK計算系統(tǒng)的潮流分布。1.2.原始資料：參數(shù)如圖所示。②對地阻抗。2節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的形成：節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的程序框圖3-1所示：

是是否啟動原始數(shù)據(jù)B1XnYn1i=1:nX(i,2)=0??P=x(i,1)Y=(p,p)=1./x(i,2)B1(i,6)=0?P=B1(i,1):q=B1(i,2)P=B1(i,2):q=B1(i,1)Y(p,q)=Y(p,q)-1./(B1(i,3)*B1(i,5));Y(q,p)=Y(p,q);Y(q,q)=Y(q,q)+1./(B1(i,3)*B1(i,5)^2)+B1(i,4)./2;Y(p,p)=Y(p,p)+1./B1(i,3)+B1(i,4)./2;end是否 圖3-1節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣框圖

節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納形成的代碼：Y=zeros(n,n);fori=1:nifx(i,2)~=0;%判定是否有接地容抗p=x(i,1);Y(p,p)=1./x(i,2);endendfori=1:n1ifB1(i,6)==0%p為低壓側(cè)q為高壓側(cè)p=B1(i,1);q=B1(i,2);elsep=B1(i,2);q=B1(i,1);endY(p,q)=Y(p,q)-1./(B1(i,3)*B1(i,5));%非對角Y(q,p)=Y(p,q);Y(q,q)=Y(q,q)+1./(B1(i,3)*B1(i,5)^2)+B1(i,4)./2;%對角高壓側(cè)Y(p,p)=Y(p,p)+1./B1(i,3)+B1(i,4)./2;%對角低壓側(cè)end3在潮流計算中，得到修正方程后，在對其求解的過程中使用了雅可比矩陣，雅可比矩陣在潮流計算中有很重要的作用，是整個程序很重要的一部分，此子程序的編寫正確與否直接對潮流計算的正確性有很大的影響，在雅可比矩陣的形成的子程序編寫中，要仔細(xì)認(rèn)真，為以后解修正方程打下基礎(chǔ)，在求雅可比矩陣時，加入了修正量，形成了增廣矩陣。以下則是此子程序重要部分的編寫：雅可比矩陣形成的流程圖如圖3-2所示否否是啟動節(jié)點(diǎn)是PQ節(jié)點(diǎn)i=j?求取x1x2x3x4p=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X3;J(p,N)=DQ;m=p+1;J(m,p)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X4;J(m,q)=X2;求取x1x2x3x4i=j?求取x1x2x3x4求取x1x2x3x4p=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X5;J(p,N)=DV;m=p+1;J(m,p)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X6;J(m,q)=X2;end否是否是 圖3-2雅可比矩陣框圖雅可比矩陣的程序代碼：ICT1=0;IT2=1;N0=2*n;N=N0+1;a=0;%N0=2n雅可比矩陣的階數(shù)；N=N0+1擴(kuò)展列whileIT2~=0IT2=0;a=a+1;%判定雅可比矩陣是否求完fori=1:n

forj1=1:nifj1~=isb&j1~=i%PQ節(jié)點(diǎn)非對角X1=-G(i,j1)*e(i)-B(i,j1)*f(i);X2=B(i,j1)*e(i)-G(i,j1)*f(i);X3=X2;X4=-X1;p=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X3;J(p,N)=DQ;m=p+1;J(m,p)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X4;J(m,q)=X2;elseifj1==i&j1~=isb%PQ節(jié)點(diǎn)對角X1=-C(i)-G(i,i)*e(i)-B(i,i)*f(i);X2=-D(i)+B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i);X3=D(i)+B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i);X4=-C(i)+G(i,i)*e(i)+B(i,i)*f(i);p=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X3;J(p,N)=DQ;m=p+1;J(m,p)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X4;J(m,q)=X2;endendelseDP=P(i)-P1;DV=V(i)^2-V2;forj1=1:nifj1~=isb&j1~=i%PU節(jié)點(diǎn)非對角X1=-G(i,j1)*e(i)-B(i,j1)*f(i);X2=B(i,j1)*e(i)-G(i,j1)*f(i);X5=0;X6=0;p=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X5;J(p,N)=DV;m=p+1;J(m,p)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X6;J(m,q)=X2;elseifj1==i&j1~=isb%PU節(jié)點(diǎn)對角X1=-C(i)-G(i,i)*e(i)-B(i,i)*f(i);X2=-D(i)+B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i);X5=-2*e(i);X6=-2*f(i);p=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X5;J(p,N)=DV;m=p+1;J(m,p)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X6;J(m,q)=X2;endendendend%雅可比矩陣中和、和、和在行列中是交替出現(xiàn)，其中DQ和DP為修正量，和雅可比矩陣一起組成增廣矩陣，上同。4求出雅可比矩陣的每個元素后，就可以對修正方程進(jìn)行求解，在求解時需要用到高斯消元法對雅可比矩陣進(jìn)行消元。消元步驟如下：設(shè)n階線性方程組AX=B，由于消去法只對A、B進(jìn)行運(yùn)算，為便于敘述，把B作為n+1列附在A之后，形成n*(n+1)階增廣矩陣。（3-1）用替代了（j=1,2,...,n）。其消去過程為：首先，把增廣矩陣的第一列規(guī)格化為...式中：（j=2,3,...,n+1）（3-2）的2～n行其他元素可化為：（j=2,3,...,n+1；i=2,3,...,n）（3-3）式中（1）表示該元素第一次運(yùn)算結(jié)果這時矩陣變?yōu)椋海?-4）與之對應(yīng)的方程組,它與同解，矩陣未標(biāo)出的元素為零。接下來同理可以消去第二列，一般的在消去第k列時做以下運(yùn)算：（j=k+1,...,n+1）（3-5）（j=2,3,...,n+1；i=2,3,...,n）（3-6）經(jīng)過對矩陣的n次消去運(yùn)算，即k從1依次取到n按上式運(yùn)算，使矩陣A對角線以下的元素全部化為零，從而得到：（3-7）與之對應(yīng)的方程組,它與原方程組同解。由消去后的方程組很容易解得，然后以下往上的帶入依次求解出：,,...,即：（i=n,...,2,1）（3-8）由這一運(yùn)算過程，用高斯消去法對雅可比矩陣消元的子程序就很容易編寫出來。高斯消去法的程序流程圖，如圖3-3所示：J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2)J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2)啟動k=3:N0k2=K1:N1J(k,k2)=J(k,k2)./J(k,k)J(k,k)=1k=3?k3=3:k4k2=K1:N1J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2)J(k3,k)=0k=N0?k3=k1:N0k2=K1:N1J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2)J(k3,k)=0endendk3=k1:N0k2=K1:N1J(k3,k)=0是否 是 否 圖3-3高斯消去法框圖圖3-3高斯消去法框圖高斯消去法的程序代碼如下：fork=3:N0%從第三行開始第一二行為平衡節(jié)點(diǎn)k1=k+1;N1=N;%N=N0+1即N0=2n+1擴(kuò)展列fork2=k1:N1J(k,k2)=J(k,k2)./J(k,k);%用K行K列對角元素去除K行K列后的非end 對角元素進(jìn)行規(guī)格化J(k,k)=1;%對角元規(guī)格化K行K列對角元素賦1ifk~=3%不是第三行k4=k-1;fork3=3:k4%k3行從第三行開始到當(dāng)前行的前一行k4行消去fork2=k1:N1k3行后各行上三角元素J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2);%用當(dāng)前行K2列元素減end去當(dāng)前行k列元素乘以第k行K2列元素J(k3,k)=0;%當(dāng)前行第k列元素已消為0endifk==N0,break;end%若已到最后一行fork3=k1:N0%從k+1行到2*n最后一行fork2=k1:N1%從k+1列到擴(kuò)展列消去k+1行后各行下三角元素J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2);end%用當(dāng)前行K2列元素減去當(dāng)前行k列元素乘以第k行K2J(k3,k)=0;列元素endElse%是第三行k=3fork3=k1:N0%從第四行到2n行（最后一行）fork2=k1:N1%從第四列到2n+1列（即擴(kuò)展列）J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2);end%用當(dāng)前行K2列元素減去當(dāng)前行3列元素乘以第三行K2列元素J(k3,k)=0;%當(dāng)前行第3列元素已消為0endendend

3.4.設(shè)計內(nèi)容1.1電力網(wǎng)結(jié)線如圖所示，是一個額定電壓為110KV的閉式區(qū)域電力網(wǎng)，A母線電壓為115KV，和的最大負(fù)荷利用小時數(shù)分別為5500h和4500h，導(dǎo)線擬采用鋼芯鋁線，幾何均距為5m。試選擇各段導(dǎo)線的截面積，并用MATLAB/SIMULINK計算系統(tǒng)的潮流分布。解：輸入數(shù)據(jù)：請輸入節(jié)點(diǎn)數(shù):n=5請輸入支路數(shù)：n1=5請輸入由節(jié)點(diǎn)號及其對地阻抗形成的矩陣:x=[10;20;30;40;50]請輸入由支路參數(shù)形成的矩陣:B1=[120.03i01.050;230.08+0.3i0.5i10;240.1+0.35i010;340.04+0.25i0.5i10;350.015i01.051]請輸入各節(jié)點(diǎn)參數(shù)形成的矩陣：B2=[001.051.0501;03.7+1.3i1002;02+1i1002;01.6+0.8i1002;501.051.0503]請輸入誤差精度：pr=0.00001請輸入平衡母線節(jié)點(diǎn)號：isb=1輸出結(jié)果：迭代次數(shù)5沒有打到精度要求的個數(shù)78860各節(jié)點(diǎn)的實際電壓標(biāo)么值E為（節(jié)點(diǎn)號從小到大排列）：1.05001.0335-0.0774i1.0260+0.3305i0.8592-0.0718i0.9746+0.3907i各節(jié)點(diǎn)的電壓大小V為（節(jié)點(diǎn)號從小到大排列）：1.05001.03641.07790.86221.0500各節(jié)點(diǎn)的電壓相角O為（節(jié)點(diǎn)號從小大到排列）:0-4.281917.8535-4.778521.8433各節(jié)點(diǎn)的功率S為（節(jié)點(diǎn)號從小到大排列）:2.5794+2.2994i-3.7000-1.3000i-2.0000-1.0000i-1.6000-0.8000i5.0000+1.8131i各節(jié)點(diǎn)的首端功率Si為（順序同您輸入B1時一樣）：2.5794+2.2994i-1.2774+0.2032i0.1568+0.4713i1.5845+0.6726i5.0000+1.8131i各條支路的末端功率Sj為（順序同您輸入B1時一樣）:-2.5794-1.9745i1.4155-0.2443i-0.1338-0.3909i-1.4662-0.4091i-5.0000-1.4282i各條支路的功率損耗DS為（順序同您輸入B1時一樣）:-0.0000+0.3249i0.1381-0.0412i0.0230+0.0804i0.1184+0.2635i0.0000+0.3849i圖3-5是每次迭代后各節(jié)點(diǎn)的電壓值圖3-5電壓迭代次數(shù)曲線圖4校驗程序經(jīng)過初步運(yùn)行后，可以得到一個合理的結(jié)果，為了驗證程序的正確性，接下來我們來通過手算和程序運(yùn)算圖4-1的結(jié)果相比較來校驗程序的正確性。圖4-1等值電路圖手算：解1.計算初步功率分布設(shè)全網(wǎng)電壓都為額定電壓，以等電壓兩端供電網(wǎng)絡(luò)的計算方法計算功率分布=[-j10×(5.9-j31.5)+(180+j100)×(6.7-j54.5)+(50+j30)×(71.7-154.5)-(40+j30)×(136.7-254.5)]=22.13-j4.48(MVA)=[-(40+j30)×(3-j100)+(50+j30)×(68-j210)+(180+j100)×(133-j310)-j10×(136.8-333)]=167.87+j94.48(MVA)校核=(22.13-j4.48)+(167.87+j94.48)=190+j90(MVA)=-(40+j30)+(50+j30)+(180+j100)-j10=190+j90(MVA)可見計算無誤。設(shè)連接母線Ⅰ、Ⅱ的聯(lián)絡(luò)變壓器容量為60MVA，，，變比為231/110KV；線路末端降壓變壓器總?cè)萘繛?40MVA，，，變比為231/121KV；線路Ⅰ上的電壓為242KV。2計算循環(huán)功率如在聯(lián)絡(luò)變壓器高壓側(cè)將環(huán)網(wǎng)解開，則開口上方電壓即發(fā)電廠母線Ⅰ電壓為242KV；開口下方電壓為。由此可見，循環(huán)功率的流向為順時針方向，其值為=4.88+j12.74(MVA)則功率分布如圖4-2所示圖4-2功率分布圖圖4-2功率分布圖3計算各線段的功率損耗按網(wǎng)絡(luò)額定電壓110KV計算功率損耗；=(57.25+j12.78)+(18.48+j28.44)=75.73+j41.22(MVA)=-7.25+j17.22(MVA)；=(-7.25+j17.22)+(1.88+j2.88)=-5.37+j20.1(MVA)=(-5.37+j20.1)+(180+j100)=174.63+120.1(MVA)；=(173.22+j117.94)+(2.97+j85.38)=176.19+j203.32(MVA)=(176.19+j203.32)-j10=176.19+j193.32(MVA)=(173.95+j128.81)+(33.36+j178.11)=207.31+j306.92(MVA)=(61.87+j19.89)-(440+j30)=21.87-j10.11(MVA)=(21.87-j10.11)+(0.14+j5.28)=22.01-j4.73(MVA)=(207.31+j306.92)+(22.01-j4.73)=229.32+j302.19(MVA)4計算各線段的電壓降落由、求由、求由、求由、求由、求順時針Ⅰ-g-x-b-Ⅱ-Ⅰ逐段求得的與起始的相差很大。這一差別就是變壓器變比不匹配形成的。如仍順時針按給定的變壓器變比將各點(diǎn)電壓折算為實際電壓，這時；計算機(jī)程序計算：輸入數(shù)據(jù)：請輸入節(jié)點(diǎn)數(shù):n=5請輸入支路數(shù)：n1=5請輸入由節(jié)點(diǎn)號及其對地阻抗形成的矩陣:x=[10;20;30;40;50]請輸入由支路參數(shù)形成的矩陣:B1=[120.0122+0.0651i010;230.00165+0.0475i00.9551;340.134+0.207i010;450.134+0.207i010;150.0062+0.227i01.051]請輸入各節(jié)點(diǎn)參數(shù)形成的矩陣：B2=[001.11.101;0-0.1i1002;01.8+1i1002;00.5+0.3i1002;0.4+0.3i01002]請輸入誤差精度：pr=0.00001請輸入平衡母線節(jié)點(diǎn)號：isb=1結(jié)果輸出：迭代次數(shù)4沒有打到精度要求的個數(shù)8880各節(jié)點(diǎn)的實際電壓標(biāo)么值E為（節(jié)點(diǎn)號從小到大排列）：1.10000.9855-0.0898i0.9590-0.1660i0.9380-0.1291i1.0612-0.0446i各節(jié)點(diǎn)的電壓大小V為（節(jié)點(diǎn)號從小到大排列）：1.10000.98960.97330.94681.0621各節(jié)點(diǎn)的電壓相角O為（節(jié)點(diǎn)號從小大到排列）:0-5.2055-9.8227-7.8396-2.4079各節(jié)點(diǎn)的功率S為（節(jié)點(diǎn)號從小到大排列）:2.0200+1.5269i0.0000+0.1000i-1.8000-1.0000i-0.5000-0.3000i0.4000+0.3000i各節(jié)點(diǎn)的首端功率Si為（順序同您輸入B1時一樣）：1.8159+1.5949i-1.7493-1.1597i-0.0507+0.1597i-0.5546-0.1464i-0.2038+0.0776i各條支路的末端功率Sj為（順序同您輸入B1時一樣）:-1.7570-1.2806i1.7570+1.3806i0.0546-0.1536i0.6038+0.2224i0.2041-0.0680i各條支路的功率損耗DS為（順序同您輸入B1時一樣）:0.0589+0.3143i0.0077+0.2209i0.0040+0.0061i0.0492+0.0760i0.0003+0.0096i圖4-3是每次迭代后各節(jié)點(diǎn)的電壓值圖4-3電壓迭代次數(shù)曲線圖計算機(jī)程序計算時使用的是標(biāo)么值，取的基準(zhǔn)值、化為有名值后與手算結(jié)果相比較，兩者計算的結(jié)果基本一致，所以經(jīng)校驗，此程序是準(zhǔn)確、可靠的。

5總結(jié)在做畢業(yè)設(shè)計的這段時間里大家都經(jīng)歷了很多，從一開始的迷茫與不解到設(shè)計的完成，這不能不說是一種蛻變。拿到畢業(yè)設(shè)計題目之后的第一件事情就是查找相關(guān)資料以熟悉電力系統(tǒng)潮流計算的相關(guān)理論知識，無疑這一步是至關(guān)重要的一步。經(jīng)過深入學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)潮流計算的理論知識，是我真確的明白潮流計算的重要性及潮流計算的計算流程，這為我后面編寫潮流計算程序打下了堅實的基礎(chǔ)。接著不得不做