1101180924姚卿卿-潮流上機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

課程設(shè)計(jì)報(bào)告(2012—2013年度第一學(xué)期)名稱：電力系統(tǒng)潮流上機(jī)院系：電氣與電子工程學(xué)院班級(jí)：實(shí)驗(yàn)電10學(xué)號(hào)：1101180924學(xué)生姓名：姚卿卿指導(dǎo)教師：姜彤設(shè)計(jì)周數(shù)：兩周成績：日期：2013年1月11日課程設(shè)計(jì)報(bào)告PAGE1一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求培養(yǎng)學(xué)生的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算機(jī)編程能力，掌握計(jì)算機(jī)潮流計(jì)算的相關(guān)知識(shí)二、設(shè)計(jì)正文（詳細(xì)內(nèi)容見附錄）手算計(jì)算機(jī)計(jì)算思考題3.1潮流計(jì)算的方法有哪些？各有何特點(diǎn)？1：手算和計(jì)算機(jī)計(jì)算兩大類，其中計(jì)算機(jī)計(jì)算中又可以分為有高斯-賽德爾法、牛頓-拉夫遜法、P-Q分解法等算法。2：特點(diǎn)（1）：手算潮流的特點(diǎn)：可用于求解簡單的網(wǎng)絡(luò)中的潮流計(jì)算，計(jì)算量很大，對(duì)于n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)就要列寫n-1的平方的雅克比矩陣，還要進(jìn)行迭代，所以對(duì)于多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)用手算一般很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果，但通過手算可以加深求解潮流問題的過程，是編程解潮流的基礎(chǔ)，還可以在計(jì)算機(jī)計(jì)算之前用手算求一些原始的數(shù)據(jù)。（2）：高斯-賽德爾法特點(diǎn)：算法簡單，對(duì)初值的準(zhǔn)確度要求不高，但迭代的次數(shù)較多，收斂的速度較慢，在早期的潮流計(jì)算程序中應(yīng)用很多，之后逐漸被牛頓-拉夫遜迭代法所取代，但仍可作為計(jì)算程序前幾次迭代的算法，以彌補(bǔ)后者對(duì)初值要求高的缺點(diǎn)。（3）：牛頓-拉夫遜法特點(diǎn)：是常用的解非線性方程組的方法，也是當(dāng)前廣泛采用的計(jì)算潮流的方法，其收斂速度快，幾次迭代就可以得到最終的結(jié)果。但其缺點(diǎn)是要求初值的選擇得比較接近它們的精確值，否則迭代過程可能不收斂。（4）：P-Q分解法特點(diǎn)：派生于以極坐標(biāo)表示時(shí)的牛頓-拉夫遜法，其根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)后者的修正方程做了簡化，P-Q分解法的系數(shù)矩陣B’和B”代替了牛拉法中的雅可比矩陣J，階數(shù)降低，其中的元素在迭代過程中不發(fā)生變化，而且元素對(duì)稱，這些都大大提高了運(yùn)算速度，而且精確度幾乎不受影響。P-Q分解法的收斂特性接近于直線，而牛頓-拉夫遜的收斂速度要比P-Q分解法快，但是由于牛頓-拉夫遜每次迭代都要形成雅客比矩陣，所以一次迭代的時(shí)間比P-Q分解法長。[2]3.2如果交給你一個(gè)任務(wù)，請(qǐng)你用已有的潮流計(jì)算軟件計(jì)算北京城市電網(wǎng)的潮流，你應(yīng)該做哪些工作？（收集哪些數(shù)據(jù)，如何整理，計(jì)算結(jié)果如何分析） 首先分析解潮流需要的數(shù)據(jù)有哪些：（1）各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電阻電抗電導(dǎo)電納變比（2）PQ節(jié)點(diǎn)的等值負(fù)荷功率，等值電源功率，注入功率（3）平衡節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角（4）PV節(jié)點(diǎn)的等值負(fù)荷功率和等值電源功率，還有注入的有功功率以及電壓幅值 實(shí)際數(shù)據(jù)：（1）各發(fā)電廠的有功和無功功率（2）各變電所母線的有功和無功功率（3）變壓器變比（4）電氣連接圖（5）線路的電阻電抗電導(dǎo)電納 整理數(shù)據(jù)：（1）根據(jù)發(fā)電廠和變電所的數(shù)據(jù)判斷是第幾類節(jié)點(diǎn)（2）寫出PQ節(jié)點(diǎn)的注入的有共和無功功率（3）寫出PV節(jié)點(diǎn)的注入的有功功率和電壓幅值（4）寫出平衡節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相位（5）寫出各非負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的可提供的最大和最小的有功無功功率限制 結(jié)果分析：（1）根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓可以分析該節(jié)點(diǎn)是否正常工作，有沒有電壓幅值產(chǎn)出或低于限制的情況發(fā)生（2）根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的功率可以判斷該節(jié)點(diǎn)是否處于重載或輕載的狀態(tài)，和根據(jù)情況調(diào)節(jié)潮流的分布（3）根據(jù)線路上的功率可分析線路是否出現(xiàn)超出最大容量的問題（4）根據(jù)各線路的損耗可以判斷供電的經(jīng)濟(jì)性（5）根據(jù)數(shù)據(jù)可以結(jié)合等耗量微增率和等網(wǎng)損微增率調(diào)節(jié)潮流的分布3.3計(jì)中遇到的問題和解決的辦法1：關(guān)于C的問題，比如文件的調(diào)用和存儲(chǔ)，關(guān)于Break語句的使用等等[1]，經(jīng)老師的講解已經(jīng)比較熟練地掌握。2：數(shù)組從0開始編寫的問題，比如在編寫雅克比矩陣的時(shí)候就不能考慮平衡節(jié)點(diǎn)，語句要從1開始循環(huán)。3：寫標(biāo)注的時(shí)候只有一行時(shí)使用//，不要輕易使用/**/。這樣有助于將大段的注釋和小段的注釋區(qū)別開。4：不要輕易刪掉程序，可以先注意掉保留在文件中，以防丟失。5：使用F5調(diào)試，逐句調(diào)試可需要邏輯錯(cuò)誤，觀看有沒有黃色的箭頭可以知道程序是否運(yùn)行到了提前設(shè)定的語句，調(diào)試過程中還可以講光標(biāo)移至數(shù)組等變量出觀看數(shù)組長度和所賦的值，這樣很利于排查錯(cuò)誤。6：編寫Y矩陣時(shí)的電納是否應(yīng)該除以2需要仔細(xì)看說明。7：編寫修正量的后的輸出結(jié)果不正確，是因?yàn)閷懲暄趴吮染仃嚊]先和老師的結(jié)果校驗(yàn)，否就用老師給的解多元一次方程式的函數(shù)解修正量，這個(gè)時(shí)候會(huì)出現(xiàn)方程解不了的情況，自然輸出的量不對(duì)。8：出現(xiàn)內(nèi)存溢出的錯(cuò)誤，讓中斷程序。這時(shí)候要重新檢查定義的數(shù)組和數(shù)組復(fù)制的情況，修改數(shù)組的長度。9：編寫支路功率損耗的時(shí)候沒有考慮對(duì)地的電納的影響。10：計(jì)算不平衡量時(shí)只單獨(dú)計(jì)算gDelta_P和gDelta_Q，導(dǎo)致后來計(jì)算修正量時(shí)不會(huì)給ob1.Value(i)賦值，經(jīng)老師講解后使用gDelta_PQ數(shù)組將gDelta_P和gDelta_Q的數(shù)據(jù)存入以后解決。三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論1：手算潮流和計(jì)算機(jī)計(jì)算潮流的意義所在（1）手算：通過對(duì)一個(gè)三節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行兩次牛拉法的迭代我體會(huì)到了手算潮流的復(fù)雜，充分了解了計(jì)算機(jī)計(jì)算的優(yōu)越性，但是，在手算的過程中讓我回憶并復(fù)習(xí)了本學(xué)期學(xué)習(xí)的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的內(nèi)容，尤其是網(wǎng)絡(luò)中潮流負(fù)荷哪樣的分布規(guī)律，為何這樣分布，怎樣簡單快捷的求取潮流的分布，加深了對(duì)物理概念的理解。（2）計(jì)算機(jī)計(jì)算：如果一個(gè)九節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)用手算可想而知其復(fù)雜性，這就是計(jì)算機(jī)計(jì)算的最大的好處，隨著電力網(wǎng)絡(luò)日益龐大和復(fù)雜，只用手算實(shí)際網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變得不是很實(shí)際，通過編程計(jì)算只需運(yùn)用一樣的公式就可以利用循環(huán)語句完成對(duì)多節(jié)點(diǎn)的計(jì)算，還可以利用計(jì)算機(jī)的功能對(duì)所得到的結(jié)果判斷正誤。運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算一般要用到一下的幾個(gè)步驟：簡歷數(shù)學(xué)模型，確定計(jì)算方法，制定計(jì)算流程，編制計(jì)算程序，這次主要進(jìn)行了編制計(jì)算程序的步驟，前面的幾步是根據(jù)前人的方法直接應(yīng)用于程序之中?？傊?jì)算機(jī)計(jì)算提高了計(jì)算效率，結(jié)果的準(zhǔn)確性，大大縮短了計(jì)算的時(shí)間。2：我的收獲（1）關(guān)于C++2008的應(yīng)用：大一時(shí)候?qū)W習(xí)的是C語言的應(yīng)用，編寫的程序都不會(huì)超過50行，這次一下子寫幾百行的程序?qū)ξ襾碇v是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，編程的過程中遇到了很多問題，多謝有同學(xué)的指導(dǎo)，研究生學(xué)長的支持，齊鄭老師的講解才得以完成。我充分理解了編程的難處，一個(gè)長的程序必須需要明確的思路，先把最終目標(biāo)分解成幾個(gè)小目標(biāo)，用幾個(gè)小的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，最后用主函數(shù)調(diào)用幾個(gè)子函數(shù)完成最終計(jì)算任務(wù)。 （2）本次實(shí)際操作編程讓我對(duì)潮流的計(jì)算的理解更加深刻，尤其是對(duì)雅克比矩陣的H，N，J，L，R，S系數(shù)對(duì)對(duì)角線元素和分對(duì)角線元素的區(qū)別，三種類型的節(jié)點(diǎn)的區(qū)別，節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的變壓器模型，計(jì)算不平衡節(jié)點(diǎn)時(shí)候的三種不同類型節(jié)點(diǎn)的區(qū)別，修正方程與潮流方程的區(qū)別，Q方程改成V方程，在修正方程中不考慮平衡節(jié)點(diǎn)等等問題。 （3）對(duì)于不考慮平衡節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方法是用數(shù)組在循環(huán)中避開第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也就是從i=0開始循環(huán)；對(duì)于節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)的自數(shù)據(jù)依照書上的不同的公式編輯，在循環(huán)中用if語句區(qū)分，對(duì)于節(jié)點(diǎn)類型的區(qū)別也是在循環(huán)中應(yīng)用if語句對(duì)節(jié)點(diǎn)類型區(qū)分，有變壓器的支路則比較麻煩需要考慮[2]67頁的公式。（4）對(duì)于最終計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)電壓、相位，各線路傳輸功率及損耗，平衡節(jié)點(diǎn)注入功率，對(duì)于結(jié)果的分析沒做什么工作，我想可以根據(jù)思考題3.2的解答對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理，得到一些使用的結(jié)論。根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓可以分析該節(jié)點(diǎn)是否正常工作，有沒有電壓幅值產(chǎn)出或低于限制的情況發(fā)生；根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的功率可以判斷該節(jié)點(diǎn)是否處于重載或輕載的狀態(tài)，和根據(jù)情況調(diào)節(jié)潮流的分布；根據(jù)線路上的功率可分析線路是否出現(xiàn)超出最大容量的問題；根據(jù)各線路的損耗可以判斷供電的經(jīng)濟(jì)性；根據(jù)數(shù)據(jù)可以結(jié)合等耗量微增率和等網(wǎng)損微增率調(diào)節(jié)潮流的分布。四、參考文獻(xiàn)《C語言程序設(shè)計(jì)》，魏海新主編，機(jī)械工業(yè)出版社；《電力系統(tǒng)計(jì)算：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用》，西安交通大學(xué)等合編。北京：水利電力出版社；《現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析》，王錫凡主編，科學(xué)出版社；《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》，陳珩，中國電力出版社，2007年，第三版；五、附錄1、計(jì)算機(jī)計(jì)算潮流程序流程圖潮流計(jì)算開始讀入節(jié)點(diǎn)和支路數(shù)據(jù)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣賦電壓初值判斷是否符合迭代要求（用迭代次數(shù)k表示）計(jì)算不平衡量?P、?Q形成Jacobi