Matlab的电力系统潮流仿真计算.docx

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Matlab的电力系统潮流仿真计算

毕业设计（论文）

电气与电子工程系供用电技术专业

毕业设计（论文）题目基于Matlab的电力系统潮流仿真计算

学生姓名

班级

学号

指导教师

完成日期2007年6月10日

Matlab的电力系统潮流仿真计算

总计毕业设计（论文）页

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摘要

潮流计算是电力系统的一项重要分析功能，是进行故障计算，继电保护整定，安全分析的必要工具。

传统的潮流计算程序缺乏图形用户界面，结果显示不直观，难于与其他分析功能集成。

网络原始数据输入工作量大且易于出错。

随着计算机技术的飞速发展，MICROSOFTWINDOWS操作系统早已被大家所熟悉，其友好的图形用户界面已成为PC机的标准，而DOS操作系统下的应用程序因其界面不够友好，开发具有WINDOWS风格界面的电力系统分析软件已成为当前的主流趋势。

另外，传统的程序设计方法是结构化程序设计方法，该方法基于功能分解，把整个软件工程看作是一个个对象的组合，由于对某个特定问题域来说，该对象组成基本不变，因此，这种基于对象分解方法设计的软件结构上比较稳定，易于维护和扩充。

本文介绍了图形化潮流计算软件的开发设计思想和总体结构，阐述了该软件所具备的功能和特点。

结合电力系统的特点，软件采用MATLAB语言运行于WINDOWS操作系统的图形化潮流计算软件。

本系统的主要特点是操作简单，图形界面直观，运行稳定.计算准确。

计算中，算法做了一些改进，提高了计算速度，各个类的有效封装又使程序具有很好的模块性.可维护性和可重用性。

关键词：

电力系统潮流计算；牛顿—拉夫逊法潮流计算；MATLAB

目录

摘要

第一章电力系统潮流计算概述………………………………………

1.1电力系统简介……………………………………………………

1.2潮流计算简介…………………………………………………………

1.3潮流计算的意义及其发展…………………………………………………

第二章潮流计算的数学模型………………………………………………………

2.1导纳矩阵的原理及计算方法……………………………………………………2.1.1自导纳和互导纳的确定方法…………………………………………

2.1.2节点导纳矩阵的性质及意义…………………………………………………

2.1.3非标准变比变压器等值电路……………………………………………

2.2潮流计算的基本方程…………………………………………………………

2.3电力系统节点分类………………………………………………………………

2.4潮流计算的约束条件……………………………………………………………………（1

第三章牛顿－拉夫逊法概述………………………………………………………

3.1牛顿-拉夫逊法基本原理…………………………………………

3.3牛顿-拉夫逊法求解过程………………………………………………………

3.2牛顿-拉夫逊法程序框图…………………………………………………………

第四章Matlab概述…………………………………………………………………

4.1Matlab简介………………………………………………………………………4.2矩阵的生成………………………………………………………………………

4.3矩阵的运算………………………………………………………………………

4.4牛顿—拉夫逊法潮流计算程序…………………………………………………………

总结…………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………………………………（34）

第一章电力系统潮流计算概述

1.1电力系统叙述

电力工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站（或称发电厂）中生产的，各发电站孤立运行。

随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加，而热能资源（如煤田）和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区，为了解决这个矛盾，就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。

同时，为了提高供电可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线路和变电所联系起来。

这种由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。

电力系统加上发电机的原动机（如汽轮机、水轮机），原动机的力能部分（如热力锅炉、水库、原子能电站的反应堆）、供热和用热设备，则称为动力系统。

现代电力系统提出了“灵活交流输电与新型直流输电”的概念。

灵活交流输电技术是指运用固态电子器件与现代自动控制技术对交流电网的电压、相位角、阻抗、功率以及电路的通断进行实时闭环控制，从而提高高压输电线路的输送能力和电力系统的稳定水平。

新型直流输电技术是指应用现电力电子技术的最新成果，改善和简化变流站的造价等。

运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点；在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提供了电网在预想操作情况下电网的潮流分布以校验运行可靠性。

在电力系统调度运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。

潮流是确定电力网络运行状态的基本因素，潮流问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。

1.2潮流计算简介

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态：

各母线的电压，各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。

在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性。

可靠性和经济性。

此外，电力系统潮流计算也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。

所以潮流计算是研究电力系统的一种很重要和基础的计算。

电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。

利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从50年代中期就已经开始。

在这20年内，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。

对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：

（1）计算方法的可靠性或收敛性；

（2）对计算机内存量的要求；

（3）计算速度；

（4）计算的方便性和灵活性。

电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程式求解问题，其解法都离不开迭代。

因此，对潮流计算方法，首先要求它能可靠地收敛，并给出正确答案。

由于电力系统结构及参数的一些特点，并且随着电力系统不断扩大，潮流计算的方程式阶数也越来越高，对这样的方程式并不是任何数学方法都能保证给出正确答案的。

这种情况成为促使电力系统计算人员不断寻求新的更可靠方法的重要因素。

1.3潮流计算的意义及其发展

电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。

潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算。

即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷。

各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。

对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。

潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。

实际电力系统的潮流技术那主要采用牛顿-拉夫逊法。

在运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点；在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以校验运行可靠性。

在电力系统调度运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。

潮流是确定电力网络运行状态的基本因素，潮流问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。

在用数字计算机解电力系统潮流问题的开始阶段，普遍采取以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法。

这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机内存量比较下，适应50年代电子计算机制造水平和当时电力系统理论水平。

但它的收敛性较差，当系统规模变大时，迭代次数急剧上升，在计算中往往出现迭代不收敛的情况。

这就迫使电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为基础的逐次代入法。

阻抗法改善了系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法求解的一些系统的潮流计算，在60年代获得了广泛的应用。

阻抗法的主要缺点是占用计算机内存大，每次迭代的计算量大。

当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。

为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，60年代中期发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。

这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需要存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间联络线的阻抗，这样不仅大幅度地节省了内存容量，同时也提高了计算速度。

克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法。

这是数学中解决非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。

在解决电力系统潮流计算问题时，是以导纳矩阵为基础的，因此，只要我们能在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿法潮流程序的效率。

自从60年代中期，在牛顿法中利用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性。

内存要求。

速度方面都超过了阻抗法，成为60年代末期以后广泛采用的优秀方法。

第二章潮流计算的数学模型

2.1导纳矩阵的原理及计算方法

2.1.1自导纳和互导纳的确定方法

电力网络的节点电压方程：

（2-1）

为节点注入电流列向量，注入电流有正有负，注入网络的电流为正，流出网络的电流为负。

根据这一规定，电源节点的注入电流为正，负荷节点为负。

既无电源又无负荷的联络节点为零，带有地方负荷的电源节点为二者代数之和。

为节点电压列向量，由于节点电压是对称于参考节点而言的，因而需先选定参考节点。

在电力系统中一般以地为参考节点。

如整个网络无接地支路，则需要选定某一节点为参考。

设网络中节点数为（不含参考节点），则，均为n*n列向量。

为n*n阶节点导纳矩阵。

节电导纳矩阵的节点电压方程：

展开为：

：

（2-2）

是一个n*n阶节点导纳矩阵，其阶数就等于网络中除参考节点外的节点数。

节点导纳矩阵的对角元素（i=1，2，n）成为自导纳。

自导纳数值上就等于在i节点施加单位电压，其他节点全部接地时，经节点i注入网络的电流，因此，它可以定义为：

（2-3）

节点i的自导纳数值上就等于与节点直接连接的所有支路导纳的总和。

节点导纳矩阵的非对角元素（j=1，2，…，n;i=1，2，…。

，n;j=i）称互导纳，由此可得互导纳数值上就等于在节点i施加单位电压，其他节点全部接地时，经节点j注入网络的电流，因此可定义为：

（2-4）

节点j，i之间的互导纳数值上就等于连接节点j，i支路到导纳的负值。

显然，恒等于。

互导纳的这些性质决定了节点导纳矩阵是一个对称稀疏矩阵。

而且，由于每个节点所连接的支路数总有一个限度，随着网络中节点数的增加非

零元素相对愈来愈少，节点导纳矩阵的稀疏度，即零元素数与总元素的比值就愈来愈高。

2.1.2节点导纳矩阵的性质及意义

节点导纳矩阵的性质：

（1）为对称矩阵，=。

如网络中含有源元件，如移相变压器，则对称性不再成立。

（2）对无接地支路的节点，其所在行列的元素之和均为零，即。

对于有接地支路的节点，其所在行列的元素之和等于该点接地支路的导纳。

利用这一性质，可以检验所形成节点导纳矩阵的正确性。

（3）具有强对角性：

对角元素的值不小于同一行或同一列中任一元素

（4）为稀疏矩阵，因节点i，j之间无支路直接相连时=