基于matlab的电力系统潮流计算课程设计(毕业论文).docx
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课程设计论文
基于MATLAB的电力系统潮流计算
目录：
一、电力系统潮流计算概述 4
二、潮流计算方法概述 4
2.1节点分类 4
2.2牛顿—拉夫逊法概要 5
2.2.1牛顿—拉夫逊法迭代原理 5
2．2.1牛顿法的框图及求解过程 6
三、课程设计任务 8
3.1题目原始数据 9
3.2课程设计要求 10
四、初步分析 10
4.1节点设置及分类 10
4.2参数计算 10
4.3等值电路绘制 12
五、潮流计算 13
5.1给定负荷下的潮流计算 13
5.1.1B1/B2矩阵的形成 13
5.1.2潮流调整及分析 13
5.1.3仿真比较 15
5.2变电所负荷变化时的潮流计算 16
5.2.14个变电所负荷同时以2%的比例增大 16
5.2.24个变电所负荷成比例2%下降 18
5.2.31、4号负荷下降，2、3号负荷上升 20
5.2.4仿真比较 21
5.3断线潮流计算 23
5.5.1 断开1、3节点间的一条支路 23
5.3.2断开1、5支路的一条线 25
5.3.3断开1、7支路的一条线 26
5.3.4断开2、9支路的一条线 28
5.3.5断开7、9支路的一条线 29
5.3.6仿真比较 31
六、潮流分析总结 33
七、心得体会 35
参考文献：
35
附录：
36
潮流计算课程设计
摘要
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的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，电力系统的潮流计算也是计算机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重要的计算。
潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种，牛顿—拉夫逊法是数学上解非线性方程组的有效方法，有较好的收敛性。
本文应用了电力系统潮流计算仿真软件DDTR与利用程序计算的结果进行比较，使计算的结果更加准确。
利用成形的程序对系统中出现的各种情况，例如负荷的变化以及线路上所发生的变化进行计算，并对母线上不满足范围的数据进行调控，使得系统处于一个较稳定的状态。
关键词：
牛顿—拉夫逊法MATLABDDRTS 潮流计算
一、电力系统潮流计算概述
在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的损耗也将发生变化。
要严格保证所有的用户在任何时刻都有额定的电压是不可能的，因此系统运行中个节点出现电压的偏移是不可避免的。
为了保证电力系统的稳定运行，要进行潮流调节。
随着电力系统及在线应用的发展，计算机网络已经形成，为电力系统的潮流计算提供了物质基础。
它的发展主要围绕这样几个方面：
计算方法的收敛性、可靠性；计算速度的快速性；对计算机存储容量的要求以及计算的方便、灵活等。
牛顿-拉夫逊法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，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，就可以大大提高潮流计算的效率。
二、潮流计算方法概述
2.1节点分类
常规的电力系统潮流计算中一般具有三种类型的节点：
PQ、PV及平衡节点。
一个节点有四个变量，即注入有功功率、注入无功功率，电压大小及相角。
常规的潮流计算一般给定其中的二个变量：
PQ节点（注入有功功率及无功功率），PV节点（注入有功功率及电压的大小），平衡节点（电压的大小及相角）。
第一类称PQ节点：
等值负荷功率PLi、QLi和等值电源功率PGi、QGi是给定的，从而注入功率P、Q是给定的，待求的则是节点电压的大小Ui和相位角。
属于这类节点的有按给定有功、无功率发电的发电厂母线和没有其他电源的变电所母线。
第二类称PV节点：
等值负荷和等值电源的有功功率PLi、PGi是给定的，从而注入有功功率Pi是给定的。
等值负荷的无功功率QLi和节点电压的大小Ui也是给定的。
待求的则是等值电源的无功功率QGi，从而注入无功功率Qi和节点电压的相位角。
有一定无功功率储备的发电厂和有一定无功功率电源的变电所母线都
可以作为PV节点。
第三类平衡节点：
潮流计算时一般只设一个平衡节点。
等值负荷功率PLs、
QLs是给定的，节点电压的大小和相位也是给定的。
担负调整系统频率任务的发电厂母线往往被选作为平衡节点。
2.2牛顿—拉夫逊法概要
2.2.1牛顿—拉夫逊法迭代原理
已知一个变量X函数为：
f（X）
（0）
0，由适当的近似值X 出发，根据：
（n1）
X
X（n）
f（X（n））（n
1,2,......）
f（X（n））
（n）
反复进行计算，当X 满足适当的收敛条件就是上面方程的根。
这样的方法就是所谓的牛顿—拉夫逊法。
（n）
这一方法还可以做下面的解释，设第n次迭代得到的解语真值之差，即X
的误差为时，则：
f（X（n） ） 0
把f（X（n）
（n）
）在X 附近对 用泰勒级数展开
f（X（n）
） f（X（n））
f（X（n））
2
f（X（n））
2!
..... 0
上式省略去2以后部分
f（X（n）） f（X（n）） 0
（n）
X 的误差可以近似由上式计算出来。
f（X（n））
f（X（n））
（n）
比较两式，可以看出牛顿—拉夫逊法的休整量和X 的误差的一次项相等。
用同样的方法考虑，给出n个变量的n个方程：
f1（X1,X2,
f2（X1,X2,
,Xn） 0
Xn） 0
fn（X1,X2, ,Xn） 0
对其近似解X1
得修正量
X1可以通过解下边的方程来确定：
f1（X1,X2,
,Xn）
f1 f1
x1 x2
f1
1
xn X
f2（X1,X2,
,Xn）
f2 f2
f2 X
x
x1 x2
f f
2
n
f Xn
fn（X1,X2,
,Xn）
n n n
x1 x2 xn
式中等号右边的矩阵fn
xn
都是对于X1,X2,
,Xn
的值。
这一矩阵称为雅可比
（JACOBI）矩阵。
按上述得到的修正向量
X1,
X2,
,Xn后，得到如下关系
Xn Xn Xn
这比X1,X2, ,Xn更接近真实值。
这一步在收敛到希望的值以前重复进行，
1 2
2
n
X
n
一般要反复计算满足
X
1
max n1
Xn1,Xn1
Xn1,
,Xn1 n1
X X
为预先规定的小正数， n1是第n次迭代
n n
2．2.1牛顿法的框图及求解过程
（1）用牛顿法计算潮流时，有以下的步骤：
的近似值。
①给这各节点电压初始值e（0）,f（0）；
②将以上电压初始值代入公式，求修正方程的常数项向量
P（0）,
Q（0）,（
V2）（0）；
③将电压初始值在带入上述公式，求出修正方程中系数矩阵的各元素。
④解修正方程式
e（0）,f（0）；
⑤修正各节点电压e
（1）
e（0）
e（0），f
（1）
f（0）
f（0）；
⑥将e
（1），f
（1）在带入方程式，求出
P
（1）,
Q
（1）,（
V2）
（1）；
⑦检验是否收敛，即max
P（k）,
（k）
Q
i
i
如果收敛，迭代到此结束，进一步计算各线路潮流和平衡节点功率，并打印输出结果。
如果不收敛，转回②进行下次迭代计算，直到收敛为止。
（2）牛顿—拉夫逊法计算程序框图
启动
输入原始数据形成节点导纳矩阵
i
i
i
分解各节点初始电压的实部和虚部迭代次数K=0
求PQ节点的
P（k）,
Q（k），求PV节点的
P（k），
（k）
U
i
置节点号i=0
是
雅克比矩阵是否形成，i>n
否
求 得 雅 克 比 矩 阵 各 元 素
Hij
（k）
Nij
（k）
Jij
（k）
L
（k）
ij
Rij
（k）
Sij
（k）
增大节点号i=i+1 把雅克比矩阵单位化
求解修正方程，得
（k），
e
i
（k）
f
i
回带各电压新值，K=K+1
求解最大修正量|
e（k）|
max，|
f（k）|
max
i
i
否
是否收敛
是
计算输出电压大小及相角，节电功率及支路损耗
停止
三、课程设计任务
3.1题目原始数据
1.系统图：
两个发电厂分别通过变压器和输电线路与四个变电所相连。
4
变电所1 变电所2 变电所3 变电所
35kV母线 10kV母线 35kV母线 10kV母线
一次侧电压220kV 一次侧电压220kV
线路长为80km
线路长为100km 线路长为50km 线路长为90km 线路长为100km
母线1
母线2
。
。
。
。
。
。
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。
。
。
。
。
。
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。
。
母线3
2*QFQ-50-2 2*QFS-50-2 TQN-100-2
2*TQN-100-2
2、发电厂资料：
电厂一 电厂二
母线1和2为发电厂高压母线，发电厂一总装机容量为（300MW ），母线3为机压母线，机压母线上装机容量（100MW），最大负荷和最小负荷为50MW和20MW；发电厂二总装机容量（200MW）。
3、变电所资料：
（一）变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为：
35KV10KV35KV10KV
（二）变电所的负荷分别为：
60MW50MW40MW60MW
（三） 每个变电所的功率因数均为cosφ=0.85；
（四）变电所1和变电所3分别配有两台容量为75MVA的变压器，短路损耗414KW，短路电压（%）=16.7；变电所2和变电所4分别配有两台容量为63MVA的变压器，短路损耗为245KW，短路电压（%）=10.5；
4、输电线路资料：
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