题目19基于MATLAB的电力系统复杂潮流计算.docx
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题目19基于MATLAB的电力系统复杂潮流计算
编号
课程设计
（2013级本科）
题目：
基于MATLAB的复杂潮流计算
系院：
物理与机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
作者姓名：
指导教师：
田娜职称：
助教
完成日期：
2016年6月30日
二○一六年六月
河西学院本科生课程设计任务书
设计题目
基于MATLAB的复杂潮流计算
作者姓名
学院、专业、年级
物电学院电气工程及其自动化专业13级
指导教师姓名、职称
田娜助教
任务下达日期
2016年6月1日
1.设计内容
原始参考图
其中节点1为平衡节点，节点2、3、4、5为PQ节点。
根据原始参考图编写MATLAB程序进行潮流分析，计算出正确的潮流结果。
2.设计的基本要求
2.1设计及计算说明书
（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。
（2）计算书内容：
为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算，如。
（3）计算书要求：
计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。
2.2图纸
（1）绘制分析所需的必要图纸
（2）图纸要求：
用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。
（3）说明书后应附录MATLAB程序。
3.论文（设计）进度安排
阶段
论文（设计）各阶段名称
起止日期
1
熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料
2
查阅有关资料
3
阅读设计要求必读的参考资料
4
书写设计说明书
5
上交设计成果
4.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）
[1]:
陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M]，北京，中国电力出版社，2007
[2]：
何仰赞，温增银.《电力系统分析》第三版[M]，武汉,华中科技大学出版社，2002
[3]：
陈悦.《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008
教研室意见
负责人签名：
年月日
学院意见
负责人签名：
年月日
摘要····················································5
第一章电力系统潮流计算概述·····························6
1.1电力系统概述·········································6
1.2电力系统潮流概述···································7
1.3潮流计算的目的······································8
1.4电力系统的发展和分析计算···························9
1.5、MATLAB软件的应用···································10
第二章牛顿—拉夫逊法潮流计算基本原理·················11
2.1牛顿—拉夫逊法潮流计算简介··························11
2.2牛顿—拉夫逊法潮流计算计算公式·····················11
2.3牛顿—拉夫逊法解题的一般步骤························14
第三章网络潮流计算····································15
3.1电力系统设计图·····································15
3.2网络潮流计算的手工算法······························15
3.3牛拉法潮流计算的流程图·····························17
3.4MATLAB算法的计算程序·······························18
3.5MATLAB的计算结果···································23
总结及感想·············································37
参考文献及资料·········································37
摘要
潮流计算，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。
潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。
通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。
待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。
它是基于配电网络特有的层次结构特性，论文提出了一种新颖的分层前推回代算法。
该算法将网络支路按层次进行分类，并分层并行计算各层次的支路功率损耗和电压损耗，因而可大幅度提高配电网潮流的计算速度。
论文在MATLAB环境下，利用其快速的复数矩阵运算功能，实现了文中所提的分层前推回代算法，并取得了非常明显的速度效益。
另外，论文还讨论发现，当变压器支路阻抗过小时，利用Π型模型会产生数值巨大的对地导纳，由此会导致潮流不收敛。
为此，论文根据理想变压器对功率和电压的变换原理，提出了一种有效的电压变换模型来处理变压器支路，从而改善了潮流算法的收敛特性。
关键词：
电力系统；潮流分析；MATLAB
第一章电力系统潮流计算概述
1.1电力系统概述
1831年法拉第发现了电磁感应定律。
在此基础上，很快出现了原始的交流发电机、直流发电机和直流电动机。
由于当时发电机发出的电能仅用于电化学工业和电弧灯，而电动机所需的电能又来自蓄电池，电机制造和电力输送技术的发展最初集中于直流电。
原始的电力线路使用的就是100～400V低压直流电。
由于输电电压低，输送的距离不可能远，输送的功率也不可能大。
与100余年前电力系统的雏形相比，近代电力系统不仅在输电电压、输送距离、输送功率等方面有了千百倍的增长，而且电源构成、负荷成分等方面也有了很大变化。
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。
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。
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经验主义的研究方法
1.2电力系统潮流概述
电力系统在运行时，在电源电势激励作用下，电流或功率从电源通过系统各元件流入负荷，分布于电力网各处，称为潮流分布。
什么是电力系统的潮流？
什么是潮流方向？
指电力系统上网.或是输电的发展方向.用电力系统上网不会成为注流.用远程在功率输电,肯定的发展方向是直流输电.
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是在给定的接线方式和运行条件下，确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值和相角）、网络中的功率分布及功率损耗等，是电力系统的稳态计算。
潮流计算是对电力系统正常运行状况的分析和计算，即电力系统中的电压、电流、功率的计算，即潮流计算；潮流计算方法很多：
高斯—塞德尔法、牛顿—拉夫逊法、P-Q分解法、直流潮流法，以及由高斯—塞德尔法、牛顿—拉夫逊法演变的各种潮流计算方法。
潮流计算可以用传统的手工方式进行，也可以计算机为工具通过软件完成。
两种方法各有优缺点。
前者物理概念清晰，可用来计算一些接线较简单的电力网，但若将其用于接线复杂的电力网则计算量过大，难于保证计算准确性。
后者从数学上看可归结为用数值方法解非线性代数方程，数学逻辑简单完整，借助计算机可快速精确地完成计算，但其缺点是物理概念不明显，物理规律被埋没在循环往复的数值求解过程中。
潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。
对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求：
对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各元件（线路、变压器等）是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。
因此潮流计算的目的是：
①为电力系统规划设计提供接线、电气设备选择和导线截面选择的依据。
②提供电力线运行方式和制定检修计划的依据。
③提供继电保护、自动装置设计和整定计算的依据。
④为调压计算、经济运行计算、短路和稳定计算提供必要的数据。
1.3潮流计算的目的
电力系统的潮流计算最主要的目的是为了让电力系统能够安全稳定运行的同时做到经济运行。
所以考留到经及调度、电网规划、电力系统可靠性分析。
具体表现在以下方面：
①在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。
②在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。
③正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。
④预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。
总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。
同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。
因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。
在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。
1.4电力系统的发展和分析计算
潮流计算针对电力系统各种正常运行方式，而静态安全分析则要研究各种运行方式下个别系统元件退出运行后系统的状况。
其目的是校验系统是否能安全运行，即是否有过负荷的元件或电压过低的母线等。
原则上讲，静态安全分析也可用潮流计算来代替。
但是一般静态安全分析需要校验的状态数非常多，用严格的潮流计算来分析这些状态往往计算量过大，因此不得不寻求一些特殊的算法以满足要求。
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