复杂网络牛顿拉夫逊法潮流分析.docx
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复杂网络牛顿拉夫逊法潮流分析
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
学号
姓名
指导教师
时间2014.06.9-2013.06.13
课程设计任务书
题目复杂网络牛顿—拉夫逊法潮流分析
院（部）信息科学与电气工程学院
专业电气工程及其自动化
班级
学生姓名
学号
6月9日至6月13日共1周
指导教师（签字）
负责人（签字）
年月日
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，通过手算一次迭代过程，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
给出一个4~6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。
具体题目详见附录题单
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；
成绩评定表
指导教师成绩
答辩小组成绩
总评成绩
摘要.............................................................................................................................2
1.1潮流计算..............................................................................................................3
1.2MATLAB简介...................................................................................................5
2.1实验设计要求......................................................................................................5
2.2电力系统等值网络..............................................................................................5
心得体会.....................................................................................................................13
参考文献.....................................................................................................................14
附录.............................................................................................................................15
..
摘要
本课程设计通过对地区电网的设计，巩固和运用前面所学到的基础理论知识，掌握电力系统设计的一般原则和方法，培养分析问题和解决问题的能力。
在此过程中，要考虑到各方面的相互关系和相互影响，综合地运用课程中所学到的知识，进行独立思考。
潮流计算，电力学名词，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。
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及其相角）、网络中的功率分布及功率损耗等。
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。
传运用MATLAB软件进行仿真潮流计算，图形界面直观，运行稳定，计算准确，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。
因此，潮流计算在电力系统的规划计算、生产运行、调度管理及科学计算中都有着广泛的应用。
也就是说，对于电气工程及其自动化专业的学生来说，掌握潮流计算是非常重要和必要的。
关键字：
潮流计算牛拉法Matlab
1潮流计算
1.1潮流计算概述
潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。
潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。
通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。
对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。
潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。
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。
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。
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。
潮流计算的要求
电力系统运行必须满足一定技术和经济上的要求。
这些要求够成了潮流问题中某些变量的约束条件，常用的约束条件如下：
1.节点电压应满足
从保证电能质量和供电安全的要求来看，电力系统的所有电气设备都必须运行在额定电压附近。
PU节点电压幅值必须按上述条件给定。
因此，这一约束条件对PQ节点而言。
2.节点的有功功率和无功功率应满足
PQ节点的有功功率和无功功率，以及PU节点的有功功率，在给定是就必须满足上述条件，因此，对平衡节点的P和Q以及PU节点的Q应按上述条件进行检验。
3.节点之间电压的相位差应满足
为了保证系统运行的稳定性，要求某些输电线路两端的电压相位不超过一定的数值。
这一约束的主要意义就在于此。
因此，潮流计算可以归结为求解一组非线性方程组，并使其解答满足一定的约束条件。
常用的方法是迭代法和牛顿法，在计算过程中，或得出结果之后用约束条件进行检验。
如果不能满足要求，则应修改某些变量的给定值，甚至修改系统的运行方式，重新进行计算。
1MATLAB简介
1.2MATLAB概述
MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
基本功能
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案。
2.1实验设计要求
下图示网络中，变压器的变比、各支路阻抗和一半的对地电纳均以标么值标于图中，设5节点为平衡节点，电压为1，节点4为PV节点，电压为1,P=0.5。
试求该网络的潮流分布，方法不限，求解精度为10e-5。
2.2电力系统等值网络
牛顿拉夫逊法程序流程图
实验设计步骤
第一步，节点编号。
由已知条件可知G1为平衡节点，编号为5；G2为PV节点，编号为4；其余为PQ节点，编号为1，2，3；列出支路表与节点数据表如表1-1和1-2所示。
表1-1支路数据
i
j
R
X
B/2（或k）
1
1
2
4
5
2
3
3
2
3
0.025
0.03
0.02
0
0
0.08
0.1
0.06
0.1905
0.1905
0.07
0.09
0.05
1.05
1.05
表1-2节点数据
i
U
PG
QG
PD
QD
类别
1
2
3
4
5
待求
待求
待求
1.0
1.0
0
0
0
0.5
待定
0
0
0
待定
待定
0.80
0.18
0
0
0
0.53
0.12
0
0
0
PQ
PQ
PQ
PV
平衡
第二步，求节点导纳矩阵
Y11=j0.09+1/（0.03+j0.1）+j0.07+1/（0.025+j0.08）=6.311-j20.4652
Y12=Y21=-1/（0.025+j0.08）=-3.5587+j11.3879
Y13=Y31=-1/（0.03+j0.1）=-2.7523+j9.1743
Y227+1/（0.025+j0.08）+1/（0.02+j0.06）=8.5587-j31.0292
Y23=Y32=-1/（0.02+j0.06）=-5+j15
Y24=Y42=-1/（1.05*j0.1905）=j4.9993
Y337956
Y35=Y53=-1/（1.05*j0.1905）=j4.9993
Y44=1/（j0.1905）=-j5.2493
Y55=1/（j0.1905）=-j5.2493
Y14=Y41=Y15=Y51=Y25=Y52=Y34=Y43=Y45=Y54=0
则节点导纳矩阵为
第三步，设定初值。
给定个节点电压初始值EMBEDEquation.DSMT4
第四步，根据节点功率方程
（1）
式，求出修正方程式常数项向量
△P1=-0.8055△Q1=-0.372;
△P2=-0.18△Q2=0.2475;
△P3=0△Q3=-0.3875
△P4=0.5△U4=-2
第五步：
将电压初始值代入下式，求雅克比矩阵方程。
（2）
第六步：
解修正方程式，求出修正量
第七步：
修正各节点电压
第八步：
将
再代入
（1）式，求出
第九步：
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
第十步：
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。
程序输出结果
注意：
题目中节点编号改动，原来的5编为1，原来的4编为5，原来的1编为4
B1=
Columns1through5
4.00002.00000.0250+0.0800i0+0.1400i1.0000
4.00003.00000.0300+0.1000i0+0.1800i1.0000
2.00003.00000.0200+0.0600i0+0.1000i1.0000
1.00003.00000+0.1905i01.0500
5.00002.00000+0.1905i01.0500
Column6
0
0
0
0
0
B2=
Columns1through5
001.00001.00000
00.1800+0.1200i1.000000
001.000000
00.8000+0.5300i1.000000
0.500001.00001.00000
Column6
1.0000
2.0000
2.0000
2.0000
3.0000
导纳矩阵Y=
0-5.2493i00+4.9994i00
08.5587-31.0292i-5.0000+15.0000i-3.5587+11.3879i0+4.9994i
0+4.9994i-5.0000+15.0000i7.7523-28.7956i-2.7523+9.1743i0
0-3.5587+11.3879i-2.7523+9.1743i6.3110-20.4022i0
00+4.9994i000-5.2493i
迭代次数：
4
没有达到精度要求的个数：
7730
各节点的实际电压标幺值E为（节点号从小到大排列）：
1.00001.0104-0.1023i1.0161-0.0982i0.9814-0.1275i1.0000-0.0023i
-----------------------------------------------------
各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）：
1.00001.01551.02080.98961.0000
-----------------------------------------------------
各节点的电压相角sida为（节点号从小到大排列）：
0-5.7840-5.5225-7.4010-0.1321
各节点的功率S为（节点号从小到大排列）：
0.4911+0.1694i-0.1800-0.1200i0.0000+0.0000i-0.8000-0.5300i0.5000+0.1970i
-----------------------------------------------------
各条支路的首端功率Si为（顺序同您输入B1时一致）：
-0.4127-0.2547i
S（4,2）=-0.41269-0.25474i
-----------------------------------------------------
-0.3873-0.2753i
S（4,3）=-0.38731-0.27526i
-----------------------------------------------------
-0.0979-0.1087i
S（2,3）=-0.097919-0.10873i
-----------------------------------------------------
0.4911+0.1694i
S（1,3）=0.49115+0.16945i
-----------------------------------------------------
0.5000+0.1970i
S（5,2）=0.5+0.19702i
-----------------------------------------------------
各条支路的末端功率Sj为（顺序同您输入B1时一致）：
0.4179+0.1307i
S（2,4）=0.41792+0.13073i
-----------------------------------------------------
0.3930+0.1122i
S（3,4）=0.39298+0.11221i
-----------------------------------------------------
0.0982+0.0058i
S（3,2）=0.098168+0.0058104i
-----------------------------------------------------
-0.4911-0.1180i
S（3,1）=-0.49115-0.11802i
-----------------------------------------------------
-0.5000-0.1420i
S（2,5）=-0.5-0.142i
-----------------------------------------------------
各条支路的功率损耗DS为（顺序同您输入B1时一致）：
0.0052-0.1240i
DS（4,2）=0.0052321-0.12401i
-----------------------------------------------------
0.0057-0.1630i
DS（4,3）=0.0056674-0.16305i
-----------------------------------------------------
0.0002-0.1029i
DS（2,3）=0.00024932-0.10292i
-----------------------------------------------------
0+0.0514i
DS（1,3）=0+0.051424i
-----------------------------------------------------
-0.0000+0.0550i
DS（5,2）=-1.1102e-016+0.05502i
-----------------------------------------------------
结果分析:
经分析，4节点既是无功分点，又是有功分点。
总的功率损耗为0.01114882-0.283536i。
心得体会
在本次电力系统分析课程设计制作过程中，我投入了极大的热情和精力。
通过对地区电网的设计，巩固和运用前面所学到的基础理论知识，掌握电力系统设计的一般原则和方法，培养了分析问题和解决问题的能力。
通过对题目“地区电力网设计”的设计，对课上所学的知识有了更深刻的理解，学会了如何实际进行电力网络的潮流计算，既能考虑到细微之处又能整体统筹规划。
在设计过程中，我也了解到了我国的各地区电网的现状，了解了与先进技术的差异，这更激励我认真学习专业知识，为我国的电力事业尽一分力量。
本次课程设计运用所学的基础知识，综合考虑了各个方面的相互关系，在设计的过程中培养了我独立思考的能力，使所学的理论知识和实践相结合，对电力网的基本知识有了初步的了解，为以后的工作打下了一定的基础。
参考文献
[1].陈珩.《电力系统稳态分析》[M],中国电力出版社，2007，第三版
[2].韩祯祥.《电力系统分析》[M]，浙江大学出版社，2005，第三版
[3].祝书萍.《电力系统分析课程实际设计与综合实验》[M]，中国电力出版社，2007，第一版
[4].《电力系统稳态分析》，XX文库
[5].《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
注意：
题目中节点编号改动，原来的5编为1，原来的4编为5，原来的1编为4
%本程序的功能是用牛顿——拉夫逊法进行潮流计算
%B1矩阵：
1、支路首端号；2、末端号；3、支路阻抗；4、支路对地电纳
%5、支路的变比；6、支路首端处于K侧为1，1侧为0不含变压器
%B2矩阵：
1、该节点发电机功率；2、该节点负荷功率；3、节点电压初始值
%4、PV节点电压V的给定值；5、节点所接的无功补偿设备的容量
%6、节点分类标号：
1为平衡节点（应为1号节点）；2为PQ节点；
%3为PV节点；
clear;
n=5;%input（'请输入节点数：
n='）;
nl=5;%input（'请输入支路数：
nl='）;
isb=1;%input（'请输入平衡母线节点号：
isb='）;
pr=0.0001;%input（'请输入误差精度：
pr='）;
B1=[420.025+0.08i0.14i10;
430.03+0.1i0.18i10;
230.02+0.06i0.10i10;
130.1905i01.050;
520.1905i01.050;]
B2=[001101;
00.18+0.12i1002;
001002;
00.8+0.53i1002;
0.501103;]
%input（'请输入各节点参数形成的矩阵：
B2='）;
Y=zeros（n）;e=zeros（1,n）;f=zeros（1,n）;V=zeros（1,n）;sida=zeros（1,n）;S1=zeros（nl）;
%%%---------------------------------------------------
fori=1:
nl%支路数
ifB1（i
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