电力系统分析大作业报告C++.docx
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电力系统分析大作业报告C++
原创
电力系统分析潮流分析与三相短路计算
年级09级
学院电气与自动化工程学院
专业电气工程及其自动化
程序说明：
本程序实现了从键盘输入各节点参数，各支路参数，进行潮流计算、三相金属性短路计算，并将结果输出到文件中。
节点参数的输入顺序与节点序号无关，支路参数参数的输入同样与其头尾结点的序号无关。
节点编号从零开始，中间不能出现间断。
由于时间紧迫，没能实现有文件输入数据，以及通过键盘输入命令调整节点参数，很是遗憾。
本程序将节点编号（ID）作为作为联系程序各部分的纽带，减小了个部分之间的联系是程序的结构简单化。
使用LU解潮流方程，而不是用高斯法，以减少计算量。
但关于内存分配还没有优化（毕竟时间紧）。
程序中关于函数重载，指针的使用也小有心得。
本程序写了整整两个星期，花了很多精力，后很多收获,对潮流计算又有了更深的理解，同时也耽误了好多时间。
有得也有失吧
程序流程图：
程序中参数的意义
1.全局变量
nodes_num（int）节点数目（由外部输入）
branchs_num（int）支路书目（由外部输入）
pv_num（int）PV节点数目
pq_num（int）PQ节点数目
B_angle_num（int）与相角有关的电导矩阵阶数
B_u_num（int）与电压有关的电导矩阵的阶数
array_end（int*）以某节点为头结点的支路的条数
B（double**）节点电导矩阵
G（double**）节点电抗矩阵
b_angle_no（int*）相角相关矩阵各节点ID数列
b_u_no（int）电压相关矩阵各节点ID数列
NB_angle（double**）相角相关矩阵
NB_u（double**）电压相关矩阵
d_angle_angle（double**）相角变化量数列（其元素为nodes中d_angle_x_u的地址）
d_u_u（double**）电变化量数列（其元素为nodes中d_u的地址）
lu_u（double**）
的LU分解矩阵
lu_angle（double**）
的LU分解矩阵
d_P（double）
d_Q（double）
fxP（double**）相角相关矩阵的fx数列（其元素为node中fx_P的地址）
fxQ（double**）电压相关矩阵的fx数列（其元素为node中fx_Q的地址）
Zf（double**）短路点所在的节点阻抗矩阵的列（Zf[i][0]=R，Zf[i][1]=X）
Uf（double**）各节点短路电压矩阵（Uf[i][0]为实部，Zf[i][1]为虚部）
outfile（ofstream）文件输出流
nodes_array（Node*）节点数组（以节点ID为序排列）
branchs（Branch**）支路矩阵（以头结点ID排列）
2.Node
id（int）节点序号（输入时最小序号为1，内部从0开始）
type（int）节点类型（平衡节点0，PV节点1，PQ节点2）
u（double）节点电压
angle（double）节点电压相角
angle_x_u（double）相角与电压的乘积
xd（double）发电机直轴电抗
pi（double）发电机输出有功与节点流出有功之差
qi（double）节点流出有功的值
d_u（double）电压变化量
d_angle_x_u（double）电压与相角乘积的变化量
P（double）计算得节点的净流入有功
Q（double）计算得节点的净流入无功
fx_P（double）（Pi-P）/U
fx_Q（double）（Qi-Q）/U
c_nodes（int[5]）与本节点相关的节点ID数列（本节点ID为该数列第一个元素）
c_nodes_num（int）本节点相关节点的数目
3.Branchs
head_id（int）头结点ID（输入参数）
end_id（int）尾节点ID（输入参数）
r（double）线路阻抗（输入参数）
x（double）线路电抗（输入参数）
b_2（double）线路并联电纳（输入参数）
gii（double）本支路对相关节点自电导的贡献
gij（double）本支路对相关节点互电导的贡献
bii（double）本支路对相关节点自电纳的贡献
bij（double）本支路对相关节点互电导的贡献
程序中函数
voidcreat_B_angle_u（void）建立
voidlu（double**a,double**lu,intnum）将线性方程组的系数矩阵进行LU分解
voidsoving_equations（double**lu,double**x,double**b,intnum）利用LU矩阵进行回代解方程组
voidcompute_PQ（void）结算各节点的P、Q
voidcreat_mat（double***a,inti,intj）;为矩阵分配内存空间
voidcreat_mat（double***a,inti）;为矩阵分配内存空间
voidini_test（void）用于测试的参数初始化函数
voidini（void）从键盘输入的参数初始化函数
voidout_mat（double**a,intn1,intn2）输出矩阵
voidout_mat（double**a,intn）输出矩阵
voidout_mat（double*a,intn）;输出数列
voidout_paraments（inti）输出电网潮流结果
voidout_const_parament（void）输出BG矩阵等潮流计算恒定参数
voidcompute_new_B（void）计算考虑发电机和负载后的节点导纳矩阵（含B、G）
voidcompute_Zf（intid）计算短路点所在的节点阻抗矩阵的列向量（id为短路点序号）
voidcompute_new_BG（void）计算考虑发电机和负载后的节点导纳矩阵（含B、G）
voida_to_xy（double*a）将虚数由极坐标表示变为直角坐标表示
voidxy_to_a（double*a）将虚数由表示直角坐标变为极坐标表示
voidadd_i（double*a,double*b）虚数加法运算（参数为直角坐标表示，下同）
voidadd_i（double*c,double*a,double*b）虚数加法运算
voidsub_i（double*a,double*b）虚数减法运算
voidsub_i（double*c,double*a,double*b）虚数减法运算
voidmul_i（double*a,double*b）虚数乘法运算
voidmul_i（double*c,double*a,double*b）虚数乘法运算
voiddiv_i（double*a,double*b）虚数除法运算
voiddiv_i（double*c,double*a,double*b）虚数除法运算
voidcompute_UI（intid）计算短路后个点的电压
voidcompute_Ii（）计算短路后各支路点电流
潮流计算程序
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
//PQ,PV,平衡节点的fxP,fx_Q的求取
intnodes_num,branchs_num;//节点总数，支路总数
intpv_num,pq_num;//=pv节点数
intB_angle_num;//=pv节点数+PQ节点数
intB_u_num;//=PQ节点数
int*array_end;//以某节点为头结点的树枝的条数
double**B,**G;
int*b_angle_no,*b_u_no;
double**NB_angle,**NB_u;
double**d_angle_angle,**d_u_u;
double**lu_u,**lu_angle;//lu分解结果
doubled_P,d_Q,**fxP_angle,**fxQ_u;
double**Zf,**Uf;
ofstreamoutfile（"E:
\\data.txt"）;
constdoublee=0.0001;//精确度
structNode
{
intid,type;//平衡节点0，pv节点1，PQ节点2
doubleu,angle,angle_x_u,xd;
doublepi,qi;
doubled_u,d_angle_x_u;
doubleP,Q,fxP,fxQ;
intc_nodes[5],c_nodes_num;
}*nodes_array;
structBranch
{
inthead_id,end_id;
doubler,x,b_2;//输入参数
doublegii,gij;//gb构成y
doublebii,bij;
}**branchs;
voidmain（）
{
voidcreat_B_angle_u（void）;
voidlu（double**a,double**lu,intnum）;
voidsoving_equations（double**lu,double**x,double**b,intnum）;
voidcompute_PQ（void）;
voidcreat_mat（double***a,inti,intj）;
voidcreat_mat（double***a,inti）;
voidini_test（void）;
voidini（void）;
voidout_mat（double**a,intn1,intn2）;
voidout_mat（double**a,intn）;
voidout_mat（double*a,intn）;
voidout_paraments（inti）;
voidout_const_parament（void）;
voidcompute_new_B（void）;
voidcompute_Zf（intid）;
voidcompute_new_BG（void）;
voida_to_xy（double*a）;
voidxy_to_a（double*a）;
voidadd_i（double*a,double*b）;
voidadd_i（double*c,double*a,double*b）;
voidsub_i（double*a,double*b）;
voidsub_i（double*c,double*a,double*b）;
voidmul_i（double*a,double*b）;
voidmul_i（double*c,double*a,double*b）;
voiddiv_i（double*a,double*b）;
voiddiv_i（double*c,double*a,double*b）;
voidcompute_UI（intid）;
voidcompute_Ii（）;
ini（）;
/*ini_test（）;*/
B_angle_num=pv_num+pq_num;//计算雅可比矩阵
B_u_num=pq_num;
b_angle_no=newint[B_angle_num];
b_u_no=newint[B_u_num];
creat_mat（&B,nodes_num,nodes_num）;
creat_mat（&G,nodes_num,nodes_num）;
creat_mat（&NB_angle,B_angle_num,B_angle_num）;
creat_mat（&lu_angle,B_angle_num,B_angle_num）;
creat_mat（&NB_u,B_u_num,B_u_num）;
creat_mat（&lu_u,B_u_num,B_u_num）;
creat_mat（&d_angle_angle,B_angle_num,1）;
creat_mat（&d_u_u,B_u_num,1）;
creat_mat（&fxP_angle,B_angle_num,1）;
creat_mat（&fxQ_u,B_u_num,1）;
creat_mat（&Zf,nodes_num,2）;
creat_mat（&Uf,nodes_num,2）;
for（inti=0;iB[i]=newdouble[nodes_num];
for（inti=0;ifor（intj=0;j{
B[i][j]=0;
G[i][j]=0;
}
for（inti=0;i{
for（intj=0;j{
B[i][branchs[i][j].end_id]=-branchs[i][j].bij;
B[branchs[i][j].end_id][i]=-branchs[i][j].bij;
B[i][i]+=branchs[i][j].bii;
B[branchs[i][j].end_id][branchs[i][j].end_id]+=branchs[i][j].bii;
G[i][branchs[i][j].end_id]=-branchs[i][j].gij;
G[branchs[i][j].end_id][i]=-branchs[i][j].gij;
G[i][i]+=branchs[i][j].gii;
G[branchs[i][j].end_id][branchs[i][j].end_id]+=branchs[i][j].gii;
}
}
creat_B_angle_u（）;
lu（NB_angle,lu_angle,B_angle_num）;
lu（NB_u,lu_u,B_u_num）;
out_const_parament（）;
intcount=0;
for（inti=0;i<20;i++）
{
intlte=0;
count++;
compute_PQ（）;
for（inti=0;i{
intthis_id=b_angle_no[i];
nodes_array[this_id].fxP=（nodes_array[this_id].pi-nodes_array[this_id].P）/nodes_array[this_id].u;//改动------
if（abs（nodes_array[i].fxP）lte++;
}
for（inti=0;i{
intthis_id=b_u_no[i];
nodes_array[this_id].fxQ=（nodes_array[this_id].qi-nodes_array[this_id].Q）/nodes_array[this_id].u;
if（abs（nodes_array[this_id].fxQ）lte++;
}
if（lte>=（B_angle_num+B_u_num））
break;
else
{
soving_equations（lu_angle,d_angle_angle,fxP_angle,B_angle_num）;
soving_equations（lu_u,d_u_u,fxQ_u,B_u_num）;
for（inti=0;i{
nodes_array[i].angle_x_u+=nodes_array[i].d_angle_x_u;
nodes_array[i].angle=nodes_array[i].angle_x_u/nodes_array[i].u;
nodes_array[i].u+=nodes_array[i].d_u;
}
}
}
out_paraments（count）;
compute_new_BG（）;
outfile<<"修正后的节点电纳矩阵---------------"<out_mat（B,nodes_num）;
outfile<<"修正后的节点电导矩阵---------------"<out_mat（G,nodes_num）;
compute_Zf（3）;
compute_UI（3）;
for（inti=0;i{
outfile<<"第"<<（i+1）<<"节点电压：
"<}
outfile<compute_Ii（）;
}
voidcreat_B_angle_u（void）
{
for（inti=0,j=0,k=0;i{
if（nodes_array[i].type!
=0）
{
b_angle_no[j]=i;
j++;
}
if（nodes_array[i].type==2）
{
b_u_no[k]=i;
k++;
}
}
for（inti=0;i{
for（intj=0;j{
NB_angle[i][j]=-B[b_angle_no[i]][b_angle_no[j]];
}
d_angle_angle[i]=&（nodes_array[b_angle_no[i]].d_angle_x_u）;
fxP_angle[i]=&（nodes_array[b_angle_no[i]].fxP）;
}
for（inti=0;i{
for（intj=0;j{
NB_u[i][j]=-B[b_u_no[i]][b_u_no[j]];
}
d_u_u[i]=&（nodes_array[b_u_no[i]].d_u）;
fxQ_u[i]=&（nodes_array[b_u_no[i]].fxQ）;
}
}
voidlu（double**a,double**lu,intnum）
{
for（inti=0;i{
for（intj=0;j{
lu[i][j]=a[i][j];
if（i{
for（intk=0;klu[i][j]-=lu[i][k]*lu[k][j];
lu[i][j]/=lu[i][i];
}
else
{
for（intk=0;klu[i][j]-=lu[i][k]*lu[k][j];
}
}
}
}
voidsoving_equations（double**lu,double**x,double**b,intnum）
{
double*y=newdouble[num];
for（inti=0;i{
y[i]=b[i][0];
for（intj=0;jy[i]-=lu[i][j]*y[j];
y[i]/=lu[i][i];
}
for（inti=num-1;i>=0;i--）
{
x[i][0]=y[i];
for（intj=i+1;jx[i][0]-=lu[i][j]*x[j][0];
}
deletey;
}
voidcompute_PQ（void）
{
for（inti=0;i{
doubletempP=0,tempQ=0;
for（intj=0;j{
intc_id=nodes_array[i].c_nodes[j];
doubleangleij=nodes_array[i].angle-nodes_array[c_id].angle;
tempP+=nodes_array[c_id].u*（G[i][c_id]*cos（angleij）+B[i][c_id]*sin（angleij））;
tempQ+=nodes_array[c_id].u*（G[i][c_id]*sin（angleij）-B[i][c_id]*cos（angleij））;
}
nodes_array[i].P=tempP*nodes_array[i].u;
nodes_array[i].Q=tempQ*nodes_array[i].u;
}
}
voidcreat_mat（double***a,inti,intj）
{
*a=newdouble*[i];
for（intk=0;k（*a）[k]=newdouble[j];
}
voidcreat_mat（double***a,inti）
{
*a=newdouble*[i];
for（intk=0;k（*a）[k]=newdouble[i];
}
voidini_test（void）
{
nodes_num=9;
pv_num=2;
pq_num=6;
nodes_array=newNode[nodes_num];
branchs=newBranch*[nodes_num];
for（inti=0;i
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