第一篇：基于pscad潮流計算課程設(shè)計

目 錄

摘要 潮流計算簡介 1.1 潮流計算簡介

2課題內(nèi)容目的及要求

2.1課程設(shè)計的目的

2.2課程設(shè)計的要求

2.3課題及相關(guān)技術(shù)參數(shù) 3 PSCAD軟件介紹及應(yīng)用 3 3.1 PSCAD簡介及說明

3.2 PSCAD設(shè)計優(yōu)點

4系統(tǒng)調(diào)試與仿真

4.1仿真調(diào)試

總結(jié)

參考文獻

I

4 8 9

摘 要

電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使高效，無污染，使用方便，易于控制的電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的發(fā)展，開創(chuàng)了電力時代，發(fā)生了第二次技術(shù)革命。潮流計算是電力系統(tǒng)最基本最常用的計算。根據(jù)系統(tǒng)給定的運行條件，網(wǎng)絡(luò)接線及元件參數(shù)，通過潮流計算可以確定各母線的電壓幅值和相角，各元件流過的功率，整個系統(tǒng)的功率損耗。潮流計算是實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟發(fā)供電的必要手段和重要工作環(huán)節(jié)。因此，潮流計算在電力系統(tǒng)的規(guī)劃計算，生產(chǎn)運行，調(diào)度管理及科學(xué)計算中都有著廣泛的應(yīng)用。對于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計算，可以為選擇電網(wǎng)供電方案和電氣設(shè)備提供依據(jù)。潮流計算還可以為繼電保護和自動裝置定整計算、電力系統(tǒng)故障計算和穩(wěn)定計算等提供原始數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；潮流計算；PSCAD軟件

潮流計算簡介 1.1 潮流計算簡介

潮流計算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計算，指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲、元件參數(shù)和發(fā)電、負荷參量條件下，計算有功功率、無功功率及電壓在電力網(wǎng)中的分布。潮流計算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機、負荷等元件的運行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)參數(shù)的計算。通常給定的運行條件有系統(tǒng)中各電源和負荷點的功率、樞紐點電壓、平衡點的電壓和相位角。待求的運行狀態(tài)參量包括電網(wǎng)各母線節(jié)點的電壓幅值和相角，以及各支路的功率分布、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等。

在電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃中，都需要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行情況，確定電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。給定電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和決定電力系統(tǒng)運行狀況的邊界條件，確定電力系統(tǒng)運行的方法之一是朝流計算。

從數(shù)學(xué)上說：朝流計算是要求解一組有潮流方程描述的非線性方程組。電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)分析中最重要最基本的計算，是電力運行、規(guī)劃以及安全性、可靠性分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)，也是各種電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)分析的基礎(chǔ)和出發(fā)點。電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)最基本的計算，也是最重要的計算。所謂潮流計算，就是已知電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運行條件，計算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行各母線電壓、個支路電流與功率及網(wǎng)損。對于正在運行的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以判斷電網(wǎng)母線電壓、支路電流和功率是否越限，如果有越限，就應(yīng)采取措施，調(diào)整運行方式。對于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計算，可以為選擇電網(wǎng)供電方案和電氣設(shè)備提供依據(jù)。

潮流計算還可以為繼電保護和自動裝置定整計算、電力系統(tǒng)故障計算和穩(wěn)定計算等提供原始數(shù)據(jù)。此外，在進行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)穩(wěn)定計算時，要利用潮流計算的結(jié)果作為其計算的基礎(chǔ)；一些故障分析以及優(yōu)化計算也需要有相應(yīng)的潮流計算作配合；潮流計算往往成為上述計算程序的一個重要組成部分。以上這些，主要是在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計及運行方式安排中的應(yīng)用，屬于離線計算范疇。隨著現(xiàn)代化的調(diào)度中心的建立，為了對電力系統(tǒng)進行實時安全監(jiān)控，需要根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫所提供的信息。2課題內(nèi)容目的及要求 2.1課程設(shè)計的目的

(1)掌握電力系統(tǒng)潮流計算的基本原理。

(2)掌握并能熟練運用PSCAD/MATLAB 仿真軟件

(3)采用PSCAD/MATLAB 軟件，做出系統(tǒng)接線圖的潮流計算仿真結(jié)果。2.2課程設(shè)計的要求

本次課程設(shè)計主要是為了掌握電力系統(tǒng)潮流計算的基本原理和熟練運用PSCAD仿真軟件。課程設(shè)計的具體要求如下：

(1)熟悉PSCAD/MATLAB 軟件

(2)編寫潮流計算流程圖

(3)建立系統(tǒng)接線圖的仿真過程(4)得出仿真結(jié)果

2.3課題及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

在圖2.1所示的簡單電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)節(jié)點1為PV節(jié)點，節(jié)點2為平衡節(jié)點，其余為PQ節(jié)點，已給定網(wǎng)絡(luò)歌元件參數(shù)的標幺值如圖。輸電線路電壓等級為220KV，收斂系數(shù)ε=0.00001。計算各個母線上的潮流分布。

所有數(shù)據(jù)均為標幺值，系統(tǒng)基準值SYSBASE:100KV

圖2.1簡單電力系統(tǒng)

PSCAD軟件介紹及應(yīng)用 3.1 PSCAD簡介及說明

PSCAD是一種有效的用戶圖形界面,能夠顯著地提高電力系統(tǒng)電磁瞬時模擬研究的效率。利用PSCAD 家族的軟件工具,使得電力系統(tǒng)工程師能夠充分利用現(xiàn)代微機工作站的資源, 更為有效地使用馬尼托巴高壓直流研究中心的EMTDC瞬時模擬軟件。該族軟件還可作為該中心的實時數(shù)字模擬器（RTDS)的用戶界面。

PSCAD 由下述軟件模塊構(gòu)成:檔管理系統(tǒng)、建模(DRAFT)模塊、架空線(T-LINE)和電纜(CABLE)模塊、運行(RUN TIME)模塊、單曲線繪圖(UNIPLOT)和多曲線繪圖(MULTIPLOT)模塊。

PSCAD/EMTDC在時間域描述和求解完整的電力系統(tǒng)及其控制的微分方程(包括電磁和機電兩個系統(tǒng))。這一類的模擬工具不同于潮流和暫態(tài)視定的模擬工具。后者是用穩(wěn)態(tài)解去描述電路(即電磁過程)。但是在解電機的機械動態(tài)(即轉(zhuǎn)動慣量)微分方程。PSCAD/EMTDC的結(jié)果是作為時間的即時值被求解。但通過內(nèi)置的轉(zhuǎn)換器和測量功能(象實有效值表計或者快速育里葉變換頻譜分析等)。這些結(jié)果能被轉(zhuǎn)換為矢量的幅值和相角。

實際系統(tǒng)的測量能夠通過很多途徑來完成。由于潮流和穩(wěn)定的程序是通過穩(wěn)定方程來代表它們只能基頻段幅值和相位。因此PSCAD的模擬結(jié)果能夠產(chǎn)生電力系統(tǒng)所有頻率的相應(yīng)限制僅在于用戶自己選擇的時間步長。這種時間步長可以在毫秒到秒之間變化。

3.2 PSCAD設(shè)計優(yōu)點

基于以上簡單說明我們可以了解到PSCAD是電力專業(yè)十分有用的仿真軟件。我們組的課題系統(tǒng)節(jié)點較多，傳統(tǒng)的手工計算顯然不切實際。于是要尋找一種簡單科學(xué)的計算方法來替代傳統(tǒng)的手工計算，從而提高計算效率。因此利用PSCAD仿真運行出結(jié)果就成了本次課程設(shè)計最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。利用PSCAD對IEEE14節(jié)點系統(tǒng)進行的仿真可以快速準確得出各母線上的潮流分布及系統(tǒng)的其他運行狀態(tài)輸出顯示快速、明了。

4系統(tǒng)調(diào)試與仿真 4.1仿真調(diào)試

圖4.1仿真圖 輸出顯示如圖4.2所示，點擊最右邊放大圖標可以查看各節(jié)點參數(shù)分布情況。

圖4.2輸出端顯示圖

點擊最左邊任意正弦圖標，對應(yīng)顯示相關(guān)輸出，下面幾張圖分別為母線上2、4的有功功率分布（圖4.3和圖4.6），無功功率分布（圖4.4和4.7），電壓分布（圖4.5和圖4.6）。

圖4.3 母線上2上有功功率分布

圖4.4母線上2上無功功率分布

圖4.5母線上2上電壓分布

圖4.6母線上4有功功率分布

圖 4.7母線上4上無功功率分布

圖4.8母線上4上電壓分布

從上面幾張圖中可以看出有功和無功開始有些波動，最后趨于穩(wěn)定，波形近似一條直線。

在仿真過程開始，我們遇到了一些問題，比如編譯時提示有錯誤，我們通過錯誤提示找到問題所在，將信號標簽和圖對應(yīng)好，同過更改信號標簽，最后實現(xiàn)了仿真。而且我們在仿真過程中也應(yīng)該注意元件要選用給定的參數(shù)。

總 結(jié)

在本次潮流計算的設(shè)計中，我收獲很大，這次的學(xué)習(xí)讓我更好的掌握了潮流計算的相關(guān)原理及計算步驟。通過本次的課題，我深深感受到了從前學(xué)習(xí)的知識還相當(dāng)淺顯，課堂上我們學(xué)習(xí)的潮流計算只是非常簡單的原理和公式。由于我們是初次接觸到課程設(shè)計要使用的專業(yè)軟件PSCAD，而且這個軟件的相關(guān)教程基本都是英文的，所以仿真對于我們來說還是很有難度的。因此為了完成此次課程設(shè)計，我把教材相關(guān)章節(jié)又看了幾遍，在圖書館和網(wǎng)上查閱了相關(guān)文獻資料，并和我們組的同學(xué)進行了討論。通過這次課程設(shè)計，我們看到了實踐與理論的差距，更讓我們體會到了理論與實踐相結(jié)合的重要性，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在潮流計算技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。最后感謝老師對我們的辛勤指導(dǎo)。

參考文獻

[1]西安交通大學(xué)等.電力系統(tǒng)計算[M].北京：水利電力出版社，1993.12 [2]陳 衍.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].北京：水利電力出版社，2004.1 [3]李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].北京： 水利電力出版社，2002.5 [4]何仰贊 溫增銀.電力系統(tǒng)分析[M].華中科技大學(xué)出版社2010.3

[5]于永源 楊綺雯.電力系統(tǒng)分析（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2004.3

第二篇：本校圖形化電網(wǎng)潮流計算課程設(shè)計（推薦）

電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計

一、設(shè)計要求：

1、繪制原始網(wǎng)絡(luò)接線圖（可以打?。?/p>

2、變壓器，線路選型

3、查閱工程手冊，得到設(shè)備參數(shù)

4、標幺值參數(shù)計算（SB=1000MVA，UB=UAV）

5、等值網(wǎng)絡(luò)(手畫，標出元件參數(shù)值)

6、潮流結(jié)果圖（圖上標出各節(jié)點電壓、各支路的始端和末端功率）

（通過軟件計算得出結(jié)果并打?。?/p>

7、設(shè)計總結(jié)

二、計算要求：

1、每個節(jié)點的電壓必須在額定電壓值的±5%范圍。

2、發(fā)電機的輸出功率必須在60%以上。

三、上機說明：

（一）安裝：

在Windows下安裝。軟盤中的setup文件為安裝文件，密碼為123456。

（二）使用：

1、在工具欄中用鼠標左鍵點擊要畫的元件的圖標，即可在空白文檔中畫出接線圖。畫圖中通過鼠標點擊拖拉方向不同，可以畫出不同方向的元件。

2、在畫線路時，要注意點擊鼠標的右鍵使線路結(jié)束，點擊鼠標左鍵可以使線路方向改變。

3、每個元件的參數(shù)在元件屬性中填寫。注意：PV、PQ、平衡節(jié)點的選擇在每一條母線上的屬性框中選擇。

發(fā)電機：其阻抗參數(shù)不需填寫，只需要選擇電壓等級。如為PQ節(jié)點，需填寫有功功率和無功功率；如為PV節(jié)點，需要填寫有功功率，無功功率填寫0；如為平衡節(jié)點，有功功率和無功功率都填寫0。

變壓器：需要填寫各側(cè)電壓等級、變壓器的變比、正序電阻、正序電抗。變比=高壓/低壓的標幺比。

線路：需要填寫電壓等級、正序電阻、正序電抗、1/2對地電納

負荷：需要填寫電壓等級、有功功率、無功功率。

4、填寫好參數(shù)后，在工具欄的“分析”菜單下先選擇“自動連接”，以確保接線圖的每個節(jié)點正確連接。

5、在工具欄的“分析”菜單下選擇“潮流計算”，進行計算。

6、結(jié)果輸出可以以文本形式，也可以直接標注在接線圖中。

? 當(dāng)以文本形式輸出時：

在工具欄中的“結(jié)果輸出”的下拉菜單中選擇“網(wǎng)絡(luò)參數(shù)”進行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的輸出，選擇“潮流結(jié)果”進行計算結(jié)果的輸出。注意在文件名中寫清楚路徑，以免找不到文件。如：c:my documentscljg.txt

? 當(dāng)以圖形文件輸出時：

需要在接線圖上進行標注。

如要標注變壓器，先用鼠標點擊要標注的變壓器，在本元件為選中狀態(tài)下，再用鼠標點擊標注圖標，然后再一次用鼠標點擊本變壓器元件，則出現(xiàn)對話框，其中標注信息用來標注你想要標注的任意中、英文信息，而關(guān)聯(lián)變量用來標注本元件的有關(guān)計算結(jié)果。注意：變壓器功率是以升壓變?yōu)闇?，即降壓變的功率與實際的功率方向相反。

? 結(jié)果打印可采用全屏拷貝即“print screen”鍵，然后在畫板中粘貼并剪切到word中打印。

（三）注意事項：

1、如果計算結(jié)果為不正確的亂碼，或明顯的錯誤，則表示計算不收斂。

2、不收斂的原因有可能是沒有選定節(jié)點類型。

3、畫圖時最好是一次畫完，中間不要刪除，否則會出現(xiàn)錯誤。

4、每次計算完后在進行第二次計算前，需要對PV節(jié)點有功功率進行重新填寫。

5、如果出現(xiàn)異常，請保存結(jié)果，退出程序，重新啟動程序。

第三篇：潮流計算畢業(yè)論文

科學(xué)技術(shù)學(xué)院

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告

題

目：

電力系統(tǒng)潮流分析計算機輔助設(shè)計

學(xué) 科 部：

信息學(xué)科部

專

業(yè)：

電氣工程及其自動化

班

級：

電氣082班

學(xué)

號：

7022808070

姓

名：

黃義軍

指導(dǎo)教師：

劉愛國

填表日期：

2011 年 月 日

一、選題的依據(jù)及意義：

電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種基本電氣計算。它的任務(wù)是根據(jù)給定的運行條件和網(wǎng)路結(jié)構(gòu)確定整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值及相角）、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等。電力系統(tǒng)潮流計算的結(jié)果是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算和故障分析的基礎(chǔ)。

潮流計算經(jīng)歷了一個由手工, 利用交、直流計算臺到應(yīng)用數(shù)字電子計算機的發(fā)展過程。現(xiàn)在的潮流算法都以計算機的應(yīng)用為前提。

利用電子計算機進行潮流計算從20世紀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)展主要是圍繞著對潮流計算的一些基本要求進行的。一般要滿足四個基本要求： a)可靠收斂 b)計算速度快 c)使用方便靈活 d)內(nèi)存占用量少

它們也是對潮流算法進行評價的主要依據(jù)。

在電力系統(tǒng)運行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進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。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和安排系統(tǒng)的運行方式時，采用離線潮流計算；在電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控中，則采用在線潮流計算。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：

在用數(shù)字計算機求解電力系統(tǒng)潮流問題的開始階段，人們普遍采用以節(jié)點導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的高斯-賽德爾迭代法（一下簡稱導(dǎo)納法）。這個方法的原理比較簡單，要求的數(shù)字計算機的內(nèi)存量也比較小，適應(yīng)當(dāng)時的電子數(shù)字計算機制作水平和電力系統(tǒng)理論水平，于是電力系統(tǒng)計算人員轉(zhuǎn)向以阻抗矩陣為主的逐次代入法（以下簡稱阻抗法）。

20世紀60年代初，數(shù)字計算機已經(jīng)發(fā)展到第二代，計算機的內(nèi)存和計算速度發(fā)生了很大的飛躍，從而為阻抗法的采用創(chuàng)造了條件。阻抗矩陣是滿矩陣，阻抗法要求計算機儲存表征系統(tǒng)接線和參數(shù)的阻抗矩陣。這就需要較大的內(nèi)存量。而且阻抗法每迭代一次都要求順次取阻抗矩陣中的每一個元素進行計算，因此，每次迭代的計算量很大。

阻抗法改善了電力系統(tǒng)潮流計算問題的收斂性，解決了導(dǎo)納法無法解決的一些系統(tǒng)的潮流計算，在當(dāng)時獲得了廣泛的應(yīng)用，曾為我國電力系統(tǒng)設(shè)計、運行和研究作出了很大的貢獻。但是，阻抗法的主要缺點就是占用計算機的內(nèi)存很大，每次迭代的計算量很大。當(dāng)系統(tǒng)不斷擴大時，這些缺點就更加突出。為了克服阻抗法在內(nèi)存和速度方面的缺點，后來發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的分塊阻抗法。這個方法把一個大系統(tǒng)分割為幾個小的地區(qū)系統(tǒng)，在計算機內(nèi)只需存儲各個地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩陣及它們之間的聯(lián)絡(luò)線的阻抗，這樣不僅大幅度的節(jié)省了內(nèi)存容量，同時也提高了計算速度。

克服阻抗法缺點的另一途徑是采用牛頓-拉夫遜法（以下簡稱牛頓法）。牛頓法是數(shù)學(xué)中求解非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性。解決電力系統(tǒng)潮流計算問題是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，因此，只要在迭代過程中盡可能保持方程式系數(shù)矩陣的稀疏性，就可以大大提高牛頓潮流程序的計算效率。自從20世紀60年代中期采用了最佳順序消去法以后，牛頓法在收斂性、內(nèi)存要求、計算速度方面都超過了阻抗法，成為直到目前仍被廣泛采用的方法。

在牛頓法的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力系統(tǒng)的特點，抓住主要矛盾，對純數(shù)學(xué)的牛頓法進行了改造，得到了P-Q分解法。P-Q分解法在計算速度方面有顯著的提高，迅速得到了推廣。

牛頓法的特點是將非線性方程線性化。20世紀70年代后期，有人提出采用更精確的模型，即將泰勒級數(shù)的高階項也包括進來，希望以此提高算法的性能，這便產(chǎn)生了保留非線性的潮流算法。另外，為了解決病態(tài)潮流計算，出現(xiàn)了將潮流計算表示為一個無約束非線性規(guī)劃問題的模型，即非線性規(guī)劃潮流算法。

近20多年來，潮流算法的研究仍然非?；钴S，但是大多數(shù)研究都是圍繞改進牛頓法和P-Q分解法進行的。此外，隨著人工智能理論的發(fā)展，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)模的不斷擴大，對計算速度的要求不斷提高，計算機的并行計算技術(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。

三、本課題研究內(nèi)容

1.熟悉電力系統(tǒng)潮流計算的相關(guān)理論。

2.在綜合分析各種電力系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，運用所學(xué)專業(yè)知識，提出一種合理高效的潮流計算算法。

3.熟練運用程序設(shè)計語言如C語言。

4.通過軟件編程實現(xiàn)所提出的算法，并通過典型系統(tǒng)進行驗證。

四、本課題研究方案

1、確定一種計算方法，如牛頓-拉夫遜法。

2、結(jié)合C語言，編寫一套適用的程序完成潮流計算。

3、選取一典型模型進行驗證，試驗程序是否可靠。

五、研究目標、主要特色及工作進度：

研究目標：提出一種合理高效的潮流計算算法，在保證電力系統(tǒng)供電可靠性和電能質(zhì)量的前提下，盡可能提高潮流計算的效率，降低人力資源消耗。從而提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。進度安排：

第1周: 收集相關(guān)參考資料和相關(guān)文獻。

第2周: 總結(jié)整理資料，熟習(xí)課題。

第3周: 提出初步設(shè)計方案。

第4周: 熟悉電力系統(tǒng)潮流計算的相關(guān)理論及計算機語言。

第5周: 實習(xí)

第6周: 寫實習(xí)報告

第7周: 確定一種計算方法。

第8周: 提出一種合理的程序設(shè)計方法。

第9周： 畫出設(shè)計程序整體流程圖。

第10周: 將整體程序模塊化，并定義出每個模塊的功能。

六、參考文獻：

[1] Tankut Yalcinoz, Onur Ko¨ ksoy.A multiobjective optimization

method to environmental economic diaspatch.2007,29（1）:42-50 [2] X.S.Han，H.B.Gooi.Effective economic dispatch model and algorithm.Electrical Power and Energy Systems.2007, 29(1):113-120 [3] 何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002 [4] 王錫凡，方萬良，杜正春.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析.北京：科學(xué)出版社，2003 [5] 宋文南，李樹鴻，張堯.電力系統(tǒng)潮流計算.天津：天津大學(xué)出版社，1990 [6] 王晶，翁國慶，張有冰.電力系統(tǒng)的MATLAB6/SIMULINK仿真與應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.[7] 王祖佑.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行計算機分析.北京:水利電力出版社，1987.[8] 周全仁，張清益.電網(wǎng)計算與程序設(shè)計.長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1983.[9] 許主平，周少武，鄒軍安。電力系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計。北京：中國電力出版社，2001。

第四篇：電力系統(tǒng)潮流計算

南 京 理 工 大 學(xué)

《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》

課程報告

姓名

XX

學(xué) 號： 5*** 自動化學(xué)院 電氣工程

基于牛頓-拉夫遜法的潮流計算例題編程報學(xué)院(系): 專

業(yè): 題

目: 任課教師 碩士導(dǎo)師 告

楊偉 XX

2015年6月10號

基于牛頓-拉夫遜法的潮流計算例題編程報告

摘要：電力系統(tǒng)潮流計算的目的在于：確定電力系統(tǒng)的運行方式、檢查系統(tǒng)中各元件是否過壓或者過載、為電力系統(tǒng)繼電保護的整定提供依據(jù)、為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定計算提供初值、為電力系統(tǒng)規(guī)劃和經(jīng)濟運行提供分析的基礎(chǔ)。潮流計算的計算機算法包含高斯—賽德爾迭代法、牛頓-拉夫遜法和P—Q分解法等，其中牛拉法計算原理較簡單、計算過程也不復(fù)雜，而且由于人們引入泰勒級數(shù)和非線性代數(shù)方程等在算法里從而進一步提高了算法的收斂性和計算速度。同時基于MATLAB的計算機算法以雙精度類型進行數(shù)據(jù)的存儲和運算, 數(shù)據(jù)精確度高，能進行潮流計算中的各種矩陣運算，使得傳統(tǒng)潮流計算方法更加優(yōu)化。

一 研究內(nèi)容

通過一道例題來認真分析牛頓-拉夫遜法的原理和方法（采用極坐標形式的牛拉法），同時掌握潮流計算計算機算法的相關(guān)知識，能看懂并初步使用MATLAB軟件進行編程，培養(yǎng)自己電力系統(tǒng)潮流計算機算法編程能力。

例題如下：用牛頓-拉夫遜法計算下圖所示系統(tǒng)的潮流分布，其中系統(tǒng)中5為平衡節(jié)點，節(jié)點5電壓保持U=1.05為定值，其他四個節(jié)點分別為PQ節(jié)點，給定的注入功率如圖所示。計算精度要求各節(jié)點電壓修正量不大于10-6。

二 牛頓-拉夫遜法潮流計算 1 基本原理

牛頓法是取近似解x(k)之后，在這個基礎(chǔ)上，找到比x(k)更接近的方程的根，一步步地迭代，找到盡可能接近方程根的近似根。牛頓迭代法其最大優(yōu)點是在方程f(x)=0的單根附近時誤差將呈平方減少，而且該法還可以用來求方程的重根、復(fù)根。電力系統(tǒng)潮流計算，一般來說，各個母線所供負荷的功率是已知的，各個節(jié)點的電壓是未知的（平衡節(jié)點外）可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣，然后由節(jié)點導(dǎo)納矩陣列寫功率方程，由于功率方程里功率是已知的，電壓的幅值和相角是未知的，這樣潮流計算的問題就轉(zhuǎn)化為求解非線性方程組的問題了。為了便于用迭代法解方程組，需要將上述功率方程改寫成功率平衡方程，并對功率平衡方程求偏導(dǎo)，得出對應(yīng)的雅可比矩陣，給未知節(jié)點賦電壓初值，將初值帶入功率平衡方程，得到功率不平衡量，這樣由功率不平衡量、雅可比矩陣、節(jié)點電壓不平衡量（未知的）構(gòu)成了誤差方程，解誤差方程，得到節(jié)點電壓不平衡量，節(jié)點電壓加上節(jié)點電壓不平衡量構(gòu)成節(jié)點電壓新的初值，將新的初值帶入原來的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩陣，然后計算新的電壓不平衡量，這樣不斷迭代，不斷修正，一般迭代三到五次就能收斂。2 基本步驟和設(shè)計流程圖

形成了雅克比矩陣并建立了修正方程式，運用牛頓-拉夫遜法計算潮流的核心問題已經(jīng)解決，已有可能列出基本計算步驟并編制流程圖。由課本總結(jié)基本步驟如下：

1)形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y；

2)設(shè)各節(jié)點電壓的初值，如果是直角坐標的話設(shè)電壓的實部e和虛部f；如果是極坐標的話則設(shè)電壓的幅值U和相角a；

3)將各個節(jié)點電壓的初值代入公式求修正方程中的不平衡量以及修正方程的系數(shù)矩陣的雅克比矩陣；

4)解修正方程式，求各節(jié)點電壓的變化量，即修正量； 5)計算各個節(jié)點電壓的新值，即修正后的值；

6)利用新值從第（3）步開始進入下一次迭代，直至達到精度退出循環(huán)； 7)計算平衡節(jié)點的功率和線路功率，輸出最后計算結(jié)果； ① 公式推導(dǎo)

② 流程圖

三

matlab編程代碼

clear;

% 如圖所示1，2，3，4為PQ節(jié)點,5為平衡節(jié)點

y=0;

% 輸入原始數(shù)據(jù)，求節(jié)點導(dǎo)納矩陣

y(1,2)=1/(0.07+0.21j);

y(4,5)=0;y(1,3)=1/(0.06+0.18j);

y(1,4)=1/(0.05+0.10j);

y(1,5)=1/(0.04+0.12j);

y(2,3)=1/(0.05+0.10j);

y(2,5)=1/(0.08+0.24j);

y(3,4)=1/(0.06+0.18j);

for i=1:5

for j=i:5

y(j,i)=y(i,j);

end

end

Y=0;

% 求節(jié)點導(dǎo)納矩陣中互導(dǎo)納

for i=1:5

for j=1:5

if i~=j

Y(i,j)=-y(i,j);

end

end

end

% 求節(jié)點導(dǎo)納矩陣中自導(dǎo)納

for i=1:5

Y(i,i)=sum(y(i,:));

end

Y

% Y為導(dǎo)納矩陣

G=real(Y);

B=imag(Y);% 輸入原始節(jié)點的給定注入功率

S(1)=0.3+0.3j;

S(2)=-0.5-0.15j;

S(3)=-0.6-0.25j;

S(4)=-0.7-0.2j;

S(5)=0;

P=real(S);

Q=imag(S);

% 賦初值，U為節(jié)點電壓的幅值，a為節(jié)點電壓的相位角

U=ones(1,5);

U(5)=1.05;

a=zeros(1,5);

x1=ones(8,1);

x2=ones(8,1);

k=0;

while max(x2)>1e-6

for i=1:4

for j=1:4

H(i,j)=0;

N(i,j)=0;

M(i,j)=0;

L(i,j)=0;

oP(i)=0;

oQ(i)=0;

end

end

% 求有功、無功功率不平衡量

for i=1:4

for j=1:5

oP(i)=oP(i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(a(i)-a(j))+B(i,j)*sin(a(i)-a(j)));

oQ(i)=oQ(i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(a(i)-a(j))-B(i,j)*cos(a(i)-a(j)));

end

oP(i)=oP(i)+P(i);

oQ(i)=oQ(i)+Q(i);

end

x2=[oP,oQ]';

% x2為不平衡量列向量

% 求雅克比矩陣

% 當(dāng)i~=j時，求H,N,M,L

for i=1:4

for j=1:4

if i~=j

H(i,j)=-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(a(i)-a(j))-B(i,j)*cos(a(i)-a(j)));

N(i,j)=-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(a(i)-a(j))+B(i,j)*sin(a(i)-a(j)));

L(i,j)=H(i,j);

M(i,j)=-N(i,j);

end

end

end

% 當(dāng)i=j時，求H,N,M,L

for i=1:4

for j=1:5

if i~=j H(i,i)=H(i,i)+U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(a(i)-a(j))-B(i,j)*cos(a(i)-a(j)));N(i,i)=N(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(a(i)-a(j))+B(i,j)*sin(a(i)-a(j)));

M(i,i)=M(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(a(i)-a(j))+B(i,j)*sin(a(i)-a(j)));

L(i,i)=L(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(a(i)-a(j))-B(i,j)*cos(a(i)-a(j)))

end

end

N(i,i)=N(i,i)-2*(U(i))^2*G(i,i);

L(i,i)=L(i,i)+2*(U(i))^2*B(i,i);

end

J=[H,N;M,L]

% J為雅克比矩陣

x1=-((inv(J))*x2);

% x1為所求△x的列向量

% 求節(jié)點電壓新值，準備下一次迭代

for i=1:4

oa(i)=x1(i);

oU(i)=x1(i+4)*U(i);

end

for i=1:4

a(i)=a(i)+oa(i);

U(i)=U(i)+oU(i);

end

k=k+1;

end

k,U,a

% 求節(jié)點注入功率

i=5;

for j=1:5

P(i)=U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(a(i)-a(j))+B(i,j)*sin(a(i)-a(j)))+P(i);

Q(i)=U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(a(i)-a(j))-B(i,j)*cos(a(i)-a(j)))+Q(i);

end

S(5)=P(5)+Q(5)*sqrt(-1);

S

% 求節(jié)點注入電流

I=Y*U'

四

運行結(jié)果

節(jié)點導(dǎo)納矩陣

經(jīng)過五次迭代后的雅克比矩陣

迭代次數(shù)以及節(jié)點電壓的幅值和相角（弧度數(shù)）

節(jié)點注入功率和電流

五 結(jié)果分析

在這次學(xué)習(xí)和實際操作過程里：首先，對電力系統(tǒng)分析中潮流計算的部分特別是潮流計算的計算機算法中的牛頓-拉夫遜法進行深入的研讀，弄明白了其原理、計算過程、公式推導(dǎo)以及設(shè)計流程。牛頓-拉夫遜法是求解非線性方程的迭代過程，其計算公式為?F?J?X，式中J為所求函數(shù)的雅可比矩陣；?X為需要求的修正值；?F為不平衡的列向量。利用x(*)=x(k+1)+?X(k+1)進行多次迭代，通過迭代判據(jù)得到所需要的精度值即準確值x(*)。六 結(jié)論

通過這個任務(wù)，自己在matlab編程，潮流計算，word文檔的編輯功能等方面均有提高，但也暴漏出一些問題：理論知識儲備不足，對matlab的性能和特點還不能有一個全面的把握，對word軟件也不是很熟練，相信通過以后的學(xué)習(xí)能彌補這些不足，達到一個新的層次。

第五篇：電力系統(tǒng)潮流計算程序設(shè)計

電力系統(tǒng)潮流計算程序設(shè)計

姓名：韋應(yīng)順

學(xué)號：2011021052 電力工程學(xué)院

牛頓—拉夫遜潮流計算方法具有能夠?qū)⒎蔷€性方程線性化的特點，而使用MATLAB語言是由于MATLAB語言的數(shù)學(xué)邏輯強，易編譯。

【】【】1.MATLAB程序12

Function tisco %這是一個電力系統(tǒng)潮流計算的程序 n=input（‘n請輸入節(jié)點數(shù)：n=’）； m=input(‘請輸入支路數(shù)：m=’);ph=input(‘n請輸入平衡母線的節(jié)點號：ph=’)； B1=input（‘n請輸入支路信號：B1=’）;%它以矩陣形式存貯支路的情況，每行存貯一條支路 %第一列存貯支路的一個端點 %第二列存貯支路的另一個端點 %第三列存貯支路阻抗

%第四列存貯支路的對地導(dǎo)納

%第五列存貯變壓器的變比，注意支路為1 %第六列存貯支路的序號

B2=input(‘n請輸入節(jié)點信息：B2=’)； %第一列為電源側(cè)的功率 %第二列為負荷側(cè)的功率 %第三列為該點的電壓值

%第四列為該點的類型：1為PQ，2為PV節(jié)點，3為平衡節(jié)點 A=input（‘n請輸入節(jié)點號及對地阻抗：A=’）； ip=input（‘n請輸入修正值：ip=’）； %ip為修正值);Y=zeros（n）；

Y(p,q)=Y(p,q)-1./(B1(i3)*B1(i5);e=zeros（1，n）；

Y(p,q)=Y(p,q);f=zeros（1，n）；

no=2*ph=1； Y(q,q)=Y(q,q)+1./B1(i3)+B1(i4)/2；

End for i=1：n

G=real(Y);if A（i2）=0

B=imag(Y);p=A(i1)；

Y(p p)=1./A(i2);for i=1：n End e(i)=real(B2(i3));End f(i)=imag(B2(i3));For i=1:m S(i)=B2(i1)-B2(i2);p=B1(i1);V(i)=B2(i3);p=B1(i2);end Y(p,p)=Y(p,p)+1./(B1(i3)*B1(i5)^2+B1(i4)./2P=real(S);Q=imag(S);[C,D,DF]=xxf(G,B,e,f,P,Q,n,B2,ph,V,no);J=jacci(Y,G,B,P,Q,e,f,V,C,D,B2,n,ph,no);[De,Di]=hxf(J,D,F,ph,n,no);t=0;while

max(abs(De))>ip&max(abs(Dfi)>ip

t=t+1;

e=e+De；

f=f+Df;

[C,D,DF]=xxf(G,B,e,f,P,Q,n,B2,ph,V,no)；

J=jacci(Y,G,B,P,Q,e,f,V,C,D,B2,n,ph,no)；

[De,Df]=hxf(J,Df,ph,n,no);end v=e+f*j;for i=1:n hh(i)=conj(Y(ph,i)*v(i));end S(ph)=sum(hh)*v(ph);B2(ph,1)=S(ph);V=abs(v);

jd=angle(v)*180/p;resulte1=[A(:,1),real(v),imag(v),V,jd,real(S’)，imag(S’),real(B2(:1)),imag(B2(:1)),real(B2(:2)),imag(B2(:,2))];for i=1:m

a(i)=conj((v(B1(i1))/B1(i5)-v(B1(i2))/B1(i3));

b(i)=v(B1(i1))*a(i)-j*B1(i4)*v(B1(i))^2/2;

c(i)=-v(B1(i2))*a(i)-j*B1(i4)*v(B1(i2))^2/2;end result2=[B1(:,6),B1(:,1),B1(:,2),real(b’),imag(b’),real(c’),imag(c’), real(b’+c’),imag(b’+c’)];printcut(result1,S,b,c,result2);type resultm function [C,D,Df]=xxf(G,B,e,f,P,Q,n,B2,ph,V,no)%該子程序是用來求取Df for i=1:n

If

i=ph

C(i)=0;

D(i)=0;

For j=i:n

C(i)=C(i)+G(i,j)*e(j)-B(i,j)*f(j);D(i)=D(i)+G(i,j)*f(j)+B(i,j)*e(j);end

P1=C(i)*e(i)+D(i)*f(i);Q1=C(i)*f(i)-D(i)*e(i);V1=e(i)^2+f(i)^2;If

B2(i4)=2 p=2*i-1;

Df(p)=P(i)-P1;p=p+1;else p=2*i-1;

Df(p)=P(i)-P1;p=p+1;

Df(p)=Q(i)-Q1;end end end Df=Df’;If ph=n Df(no?=[];end

function [De,Df]=hxf(J,Df,ph,n,no)%該子函數(shù)是為求取De Df DX=JDf;DX1=DX;

x1=length(DX1);if ph=n DX(no)=0;DX(no+1)=0;

For i=(no+2):(x1+2)DX(i)=DX1(i-2);End Else

DX=[DX1,0,0];End k=0;

[x,y]=size(DX);For i=1:2:x K=k+1;

Df(k)=DX(i);De(k)=DX(i+1);End End case 2 Function for j=1:n J=jacci(Y,G,B,PQ,e,f,V,C,D,B2,n,ph,no)X1=G(i,j)*f(i)-B(i,j)*e(i);

X2=G(i,j)*e(i)+B(i,j)*f(i);%該子程序是用來求取jacci矩陣

for i=1:n X3=0;switch B2(i4)X4=0;case 3 P=2*i-1;continue q=2*j-1;case 1 J(p,q)=X1;for j=1:n m=p+1;if

J=&J=ph J(m,q)=X3;X1=G(i)*f(i)-B(i,j)*e(i);q=q+1;X2=G(i,j)*e(i)+B(i,j)*f(i);J(p,q)=X2;X3=-X2;J(m,q)=X4;X4=X1;X1=D(i)+G(i,j)*f(i)-B(i,j)*e(i);p=2*i-1;X2=C(i)+G(i,j)*e(i)+B(i,j)*f(i);q=2*j-1;X3=0;J(p,q)=X1;X4=0;m=p+1;P=2*i-1;J(p,q)=X2;q=2*j-1;J(m,q)=X4;J(p,q)=X1;Else if j=&j=jph m=p+1;X1=D(i)+G(i,j)*f(i)-B(i,j)*e(i);J(m,q)=X3;X2=C(i)+G(i,j)*e(i)+B(i,j)*f(i);q=q+1;X3= C(i)+G(i,j)*e(i)-B(i,j)*f(i);J(p,q)=X2;X4= C(i)+G(i,j)*f(i)-B(i,j)*e(i);J(m,q)=X4;P=2*i-1;end q=2*j-1;end J(p,q)=X1;end m=p+1;end J(m,q)=X3;if ph=n q=q+1;J(no:)=[];J(p,q)=X2;J(no:)=[];J(m,q)=X4;J(:,no)=[];End J(:,no)=[];End

2實例驗證 【例題】設(shè)有一系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)線見圖1，各支路阻抗和各節(jié)點功率均已以標幺值標示于圖1中，其中節(jié)點2連接的是發(fā)電廠，設(shè)節(jié)點1電壓保持U1＝1.06定值，試計算其中的潮流分布，請輸入節(jié)點數(shù)：n=5 請輸入支路數(shù)：m=7 請輸入平衡母線的節(jié)點號：ph=l 請輸入支路信息：

BI=[ l 2 0．02+0．06i O l 1；1 3 0．08+0．24i 0 1 2；2 3 0．06+0．18i 0 l 3： 2 4 0．06+0．18i O l 4： 2 5 0．04+0．12i 0 l 5： 3 4 0．01+0．03i 0 l 6： 4 5 0．08+0．24i O 1 7] 請輸入節(jié)點信息：

B2=[ 0 0 1．06 3；0．2+0．20i 0 1 1；一O．45一O．15i 0 l l；一0．4-0．05i 0 l 1；一0．6—0．1i 0 1 l] 請輸入節(jié)點號及對地阻抗： A=[l 0；2 0；3 0；4 0；5 O ] 請輸入修正值：ip=0．000 0l

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