电力系统分析课程设计报告.docx

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电力系统分析课程设计报告

山东交通学院

电力系统分析课程设计

报告书

院（部）别信息科学与电气工程学院

班级xxx

学号xxx

姓名xxx

指导教师xxx

时间2013.11.18-2013.12.2

课程设计任务书

题目电力系统分析课程设计

院（部）别信息科学与电气工程学院

班级电升133

学号xxx

姓名xxx

指导教师xxx

时间2013.11.18-2013.12.2

11月18日至12月2日共2周

指导教师（签字）

院长（签字）

2013年12月2日

一、设计内容及要求

复杂网络牛顿—拉夫逊法潮流分析与计算的设计

电力系统潮流计算是电力系统中一项最基本的计算，设计内容为复杂网络潮流计算的计算机算法——牛顿-拉夫逊法。

首先，根据给定的电力系统简图，通过手算完成计算机算法的两次迭代过程，从而加深对牛顿-拉夫逊法的理解，有助于计算机编程的应用。

其次，利用计算机编程对电力系统稳态运行的各参数进行解析和计算；编程完成复杂网络的节点导纳矩阵的形成；电力系统支路改变、节点增减的程序变化；编程完成各元件的功率损耗、各段网络的电压损耗、各点电压、功率大小和方向的计算。

二、设计原始资料

1、给出一个六节点、环网、两电源和多引出的电力系统；

2、给出一个五节点、环网、两电源和多引出的电力系统；

参数给定，可以选用直角坐标表示的牛拉公式计算，也可以选用极坐标表示的牛拉公式计算。

三、设计完成后提交的文件和图表

1．计算说明书部分

设计报告和手算潮流的步骤及结果

2．图纸部分：

电气接线图及等值电路；

潮流计算的计算机算法，即程序；运算结果等以图片的形式附在设计报告中。

四、进程安排

第一天上午：

选题，查资料，制定设计方案；

第一天下午——第三天下午：

手算完成潮流计算的要求；

第四天上午——第五天上午：

编程完成潮流计算，并对照手算结果，分析误差

第五天下午：

答辩，交设计报告。

五、主要参考资料

《电力系统分析（第三版）》于永源主编，中国电力出版社，2007年

《电力系统分析》，何仰赞温增银编著，华中科技大学出版社，2002年版；

《电力系统分析》，韩桢祥主编，浙江大学出版社，2001年版；

《电力系统稳态分析》，陈珩编，水利电力出版社；

第一章课题

设发电机G1的端电压为1，发出的有功、无功可调；发电机G2端电压为1，按指定的有功P=0.5发电。

利用N-R法计算系统潮流，取误差系数ε=10-4。

第二章牛顿拉夫孙法潮流计算

1.1手算部分：

1.1.1基本原理：

牛顿—拉夫逊法的求解过程

1给定个节点电压初始值

2将以上电压初始值代入

（1）式，求出修正方程式常数项向量

3将电压初始值代入式

（2），求出修正方程式中系数矩阵（雅可比矩阵）的个元素（为

2（n-1）阶方阵）

4解修正方程式，求出修正量

方法：

①高斯消元法，即将雅可比矩阵化简为上三角阵或下三角阵

②求雅可比矩阵的逆矩阵

5修正各节点电压

6将

再代入

（1）式，求出

7校验是否收敛，其收敛条件为

式中，

为向量

中大分量的绝对值。

这个收敛条件比较直观，它可以直接显示出最终结果的功率误差

8如果收敛，就进一步计算各段电力线路潮流和平衡节点功率，并打印出计算结果；如果不收敛，转回3步进行下一次迭代计算，直到收敛为止。

1.1.2手算过程

导纳矩阵：

⑴各节点的自导纳和互导纳

（2）节点导纳矩阵

（3）假设初始值：

由直角坐标形式节点功率方程式

（1）式可得

⑷求解雅可比矩阵：

通过

（2）式求解

雅可比矩阵为

（5）解得

第三章计算机算法

计算结果：

迭代4次后误差满足要求

YB

6.3110-20.4022i-3.5587+11.3879i-2.7523+9.1743i00

-3.5587+11.3879i8.5587-31.0093i-5.0000+15.0000i0+4.9889i0

-2.7523+9.1743i-5.0000+15.0000i7.7523-28.7757i00+4.9889i

00+4.9889i00-5.2493i0

000+4.9889i00-5.2493i

time=1

JJ=

20.56226.3110-11.3879-3.5587-9.1743-2.752300

-6.311020.24223.5587-11.38792.7523-9.174300

-11.3879-3.558731.37688.5587-15.0000-5.0000-4.98890

3.5587-11.3879-8.558730.64185.0000-15.00000-4.9889

-9.1743-2.7523-15.0000-5.000029.16327.752300

2.7523-9.17435.0000-15.0000-7.752328.388200

00-4.98890004.98890

000-4.98890005.5098

E=

0.96970.99281.00370.94631.0000

F=

-0.1295-0.1001-0.09730.00010

U=

0.9697-0.1295i0.9928-0.1001i1.0037-0.0973i0.9463+0.0001i1.0000

dU=

0.01680.00090.01000.00010.00950.00000.00000.0029

PQ=

-0.8055-0.3720-0.18000.247500.38750.5000-0.2604

U=

0.9697-0.1295i0.9928-0.1001i1.0037-0.0973i0.9463+0.0001i1.0000

time=2

JJ=

19.50447.9775-10.5824-4.9258-8.5403-3.857100

-9.547118.43074.9258-10.58243.8571-8.540300

-10.9501-4.673630.053111.4596-14.3920-6.4663-4.9532-0.4996

4.6736-10.9501-11.746029.80786.4663-14.39200.4996-4.9532

-8.9405-3.6553-14.5691-6.478328.126610.619100

3.6553-8.94056.4783-14.5691-10.543728.129500

00-4.72080.0004004.95320.4996

00-0.0004-4.7208000.50054.9812

E=

0.91620.94370.96010.89591.0000

F=

-0.1285-0.1000-0.10010.01070

U=

0.9162-0.1285i0.9437-0.1000i0.9601-0.1001i0.8959+0.0107i1.0000

dU=

0.00000.00290.00000.00240.00000.00190.00010.0025

PQ=

0.0251-0.1130-0.0255-0.0126-0.03800.00220.0269-0.0133

U=

0.9162-0.1285i0.9437-0.1000i0.9601-0.1001i0.8959+0.0107i1.0000

time=3

JJ=

18.56437.6210-9.9767-4.7242-8.0522-3.700800

-9.187817.20024.7242-9.97673.7008-8.052200

-10.3908-4.497128.551811.0038-13.6553-6.2184-4.7080-0.4989

4.4971-10.3908-11.351528.26296.2184-13.65530.4989-4.7080

-8.5330-3.5608-13.9013-6.302026.851910.325100

3.5608-8.53306.3020-13.9013-10.321926.852500

00-4.46970.0535004.70800.4989

00-0.0535-4.4697000.61144.6981

E=

0.91130.93910.95610.89111.0000

F=

-0.1285-0.0999-0.10030.01190

U=

0.9113-0.1285i0.9391-0.0999i0.9561-0.1003i0.8911+0.0119i1.0000

dU=1.0e-004*

0.00000.24830.00010.21080.00040.16480.01400.2351

PQ=

-0.0001-0.0078-0.0015-0.0011-0.0016-0.00010.0026-0.0015

U=

0.9113-0.1285i0.9391-0.0999i0.9561-0.1003i0.8911+0.0119i1.0000

time=4

JJ=

18.47537.5865-9.9200-4.7062-8.0065-3.686900

-9.158517.08624.7062-9.92003.6869-8.006500

-10.3388-4.479928.412110.9599-13.5869-6.1943-4.6851-0.4985

4.4799-10.3388-11.312028.11916.1943-13.58690.4985-4.6851

-8.4952-3.5514-13.8395-6.284626.733910.297400

3.5514-8.49526.2846-13.8395-10.297426.733900

00-4.44560.0594004.68510.4985

00-0.0594-4.4456000.62354.6701

E=

0.91120.93910.95600.89101.0000

F=

-0.1285-0.0999-0.10030.01190

U=

0.9112-0.1285i0.9391-0.0999i0.9560-0.1003i0.8910+0.0119i1.0000

dU=1.0e-008*

0.00000.20650.00000.17620.00030.13680.01310.2080

PQ=1.0e-004*

-0.1323-0.6240-0.1044-0.0928-0.0642-0.01600.2530-0.1928

U=

0.9112-0.1285i0.9391-0.0999i0.9560-0.1003i0.8910+0.0119i1.0000

S=

-0.8055-0.5320i-0.1800-0.1200i00.50000.5003+0.4798i

Ss=

0.0148-0.1722i

迭代次数time=4

各节点注入有功功率

P=

-0.8055-0.180000.50000.5003

各节点注入无功功率

Q=

-0.5320-0.120000.2807-0.1596

各支路功率

S=

0-0.4145-0.1417i-0.3910-0.2548i00

0.4201+0.1599i0-0.1001-0.2328i-0.5000+0.2807i0

0.3988+0.2805i0.1016+0.2371i00-0.5003-0.1596i

00.5000-0.2068i000

000.5003+0.2194i00第四章心得体会

通过本次课程设计让我复习又了一次潮流计算的相关知识，更加清晰了什么是潮流计算以及潮流计算的在电力系统的重要性。

电力系统的稳定运行状况即是正常运行状况，是指电力系统在稳定运行条件下电压、功率的分布，也称为潮流分布。

电力系统分析的潮流计算是电力系统分析的一个重要的部分。

通过对电力系统潮流分布的分析和计算，可进一步对系统运行的安全性，经济性进行分析、评估，提出改进措施。

同时潮流分布也是电力系统规划设计的一项基础工作。

此次课程设计我在MATLAB编程，潮流计算，使用等方面均有所提高，但也暴露出了一些问题；理论知识的储备还是不足，对MATLAB的性能和特点还不能有一个全面的把握，对MATLAB软件也不是很熟练，相信通过以后的学习能弥补这些不足，从而达到一个新的层次。

不过在计算潮流计算的过程中却对以往学过的电力系统分析的相关知识进行了一次较为深入的复习。

此次课程设计的完成，还要感谢老师以及同学们的帮助。

参考文献

《电力系统分析（第三版）》于永源主编，中国电力出版社，2007年

《电力系统分析》，何仰赞温增银编著，华中科技大学出版社，2002年版；

《电力系统分析》，韩桢祥主编，浙江大学出版社，2001年版；

《电力系统稳态分析》，陈珩编，水利电力出版社。

附录

y11=0.09j+1/（0.03+0.1j）+0.07j+1/（0.025+0.08j）;

y12=-1/（0.025+0.08j）;

y13=-1/（0.03+0.1j）;

y14=0;

y15=0;

y21=y12;

y22=-0.0522/（（1.0522^2）*0.1905j）+（1/（0.1905j））/1.0522+0.07j+1/（0.025+0.08j）+0.05j+1/（0.02+0.06j）;

y23=-1/（0.02+0.06j）;

y24=-1/（0.1905j）/1.0522;

y25=0;

y31=y13;

y32=y23;

y33=-0.0522/（（1.0522^2）*0.1905j）+（1/（0.1905j））/1.0522+0.09j+1/（0.03+0.1j）+0.05j+1/（0.02+0.06j）;

y34=0;

y35=y24;

y41=0;

y42=y24;

y43=0;

y44=0.0522/1.0522/（0.1905j）+1/（0.1905j）/1.0522;

y45=0;

y51=0;

y52=0;

y53=y42;

y54=0;

y55=y44;

YB=[y11y12y13y14y15;y21y22y23y24y25;y31y32y33y34y35;y41y42y43y44y45;y51y52y53y54y55]

%计算各节点功率的不平衡量设U=E+jF；Y=G+Bj；

E

（1）=1.00;E

（2）=1.00;E（3）=1.00;E（4）=1.00;

F

（1）=0;F

（2）=0;F（3）=0;F（4）=0;

G=real（YB）;B=imag（YB）;

%设S=P+Bj；

S

（1）=-0.8055-0.5320j;S

（2）=-0.18-0.12j;S（3）=0;S（4）=0.5;

P=real（S）;Q=imag（S）;

k=0;precision=1;

N1=4;

whileprecision>0.0001

E（5）=1;F（5）=0;

form=1:

N1

forn=1:

N1+1

%计算Pi,Qi,设Pi=Pt;Qi=Qt

Pt（n）=（E（m）*（G（m,n）*E（n）-B（m,n）*F（n））+F（m）*（G（m,n）*F（n）+B（m,n）*E（n）））;

Qt（n）=（F（m）*（G（m,n）*E（n）-B（m,n）*F（n））-E（m）*（G（m,n）*F（n）+B（m,n）*E（n）））;

end

%设P,Q的改变量为dP,dQ

dP（m）=P（m）-sum（Pt）;

dQ（m）=Q（m）-sum（Qt）;

end

form=1:

N1

forn=1:

N1+1

%计算HijNijJijLij

H（m,n）=-B（m,n）*E（m）+G（m,n）*F（m）;

N（m,n）=G（m,n）*E（m）+B（m,n）*F（m）;

J（m,n）=-B（m,n）*F（m）-G（m,n）*E（m）;

L（m,n）=G（m,n）*F（m）-B（m,n）*E（m）;

end

end

form=1:

N1

forn=1:

N1+1

Bi（n）=G（m,n）*F（n）+B（m,n）*E（n）;

Ai（n）=G（m,n）*E（n）-B（m,n）*F（n）;

end

%计算Hii,Nii,Jii,Lii,由公式4-44b左侧公式实现,sum（Ai），sum（Bi）用于实现公式中的sigerma从j到n的求和;

H（m,m）=sum（Bi）-（B（m,m）*E（m）+G（m,m）*F（m））+2*G（m,m）*F（m）;

N（m,m）=sum（Ai）-（G（m,m）*E（m）-B（m,m）*F（m））+2*G（m,m）*E（m）;

J（m,m）=-2*B（m,m）*F（m）+sum（Ai）-（G（m,m）*E（m）-B（m,m）*F（m））;

L（m,m）=-2*B（m,m）*E（m）-（sum（Bi）-（B（m,m）*E（m）+G（m,m）*F（m）））;

end

%设雅可比矩阵为JJ，以下语句用来实现雅可比矩阵中对角线上元素HNJL的排列

form=1:

N1

JJ（2*m-1,2*m-1）=H（m,m）;

JJ（2*m-1,2*m）=N（m,m）;

JJ（2*m,2*m-1）=J（m,m）;

JJ（2*m,2*m）=L（m,m）;

end

%以下语句用于实现雅可比矩阵非对角线上元素的排列

form=1:

N1

forn=1:

N1

ifm==n

else

H（m,n）=-B（m,n）*E（m）+G（m,n）*F（m）;

N（m,n）=G（m,n）*E（m）+B（m,n）*F（m）;

J（m,n）=-B（m,n）*F（m）-G（m,n）*E（m）;

L（m,n）=G（m,n）*F（m）-B（m,n）*E（m）;

JJ（2*m-1,2*n-1）=H（m,n）;

JJ（2*m-1,2*n）=N（m,n）;

JJ（2*m,2*n-1）=J（m,n）;

JJ（2*m,2*n）=L（m,n）;

end

end

end

%设由P,Q的改变量组成的8×1矩阵为PQ，由E,F的改变量组成的8×1矩阵为dU

form=1:

N1

PQ（2*m-1）=dP（m）;PQ（2*m）=dQ（m）;

end

dU=inv（JJ）*PQ';

precision=max（abs（dU））;

forn=1:

N1

F（n）=F（n）+dU（2*n-1）;

E（n）=E（n）+dU（2*n）;

end

forn=1:

N1+1

U（n）=E（n）+（F（n））*j;

end

k=k+1;

time=k,JJ,E,F,U,dU=（dU'）.^2,PQ,U

end

%计算S（5）,也就是题目中的S1，即平衡节点功率

form=1:

N1+1

I（m）=YB（5,m）*U（m）;

end

S（5）=U（5）*sum（conj（I））

%设网络总损耗为Ss,计算输电效率efficiency

form=1:

N1+1

S0（m）=S（m）;P（m）=real（S（m））;

end

Ss=sum（S0）

efficiency=（abs（P（3）+P（4）+P

（2）））/（P（5）+（P

（1）））*100;

%计算线功率S（m,n）,与课本中各元素的相对位置有所不同

form=1:

N1+1

forn=1:

N1+1

S（m,n）=U（m）*（conj（U（m））-conj（U（n）））*conj（-YB（m,n））;

end

end

%各种输出

disp（'次数'）

time

disp（'各节点注入有功功率'）

P

disp（'各节点注入无功功率'）

Q

disp（'线功率'）

efficiency