电力系统分析课程设计复杂网络牛顿拉夫逊法潮流分析与计算的设计.docx

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电力系统分析课程设计复杂网络牛顿拉夫逊法潮流分析与计算的设计

电力系统分析课程设计

报告书

院（部）别

班级

学号

姓名

指导教师

时间1.29

课程设计任务书

题目电力系统分析课程设计

学院

专业

班级

学生XX

学号

11月18日至11月29日共2周

指导教师（签字）

院长（签字）

年月日

一、设计内容与要求

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，通过手算完成计算机算法的两次迭代过程，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

1、给出一个六节点、环网、两电源和多引出的电力系统；

2、给出一个五节点、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。

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与结果

2．图纸部分：

电气接线图与等值电路；

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

第一周：

第一天上午：

选题，查资料，制定设计方案；

第一天下午——第五天：

复习潮流计算的计算机算法，完成给定网络的潮流计算；

第二周：

第一——四天：

利用matlab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，2007年

《电力系统分析》，何仰赞温增银编著，华中科技大学，2002年版；

《电力系统分析》，韩桢祥主编，XX大学，2001年版；

《电力系统稳态分析》，陈珩编，水利电力；

复杂网络N-R法潮流分析与计算的设计

电力系统的潮流计算是电力系统分析课程基本计算的核心部分之一。

它既有自身的独立意义，又有电力系统规划设计、运行和研究的理论基础，因此课程设计的重要性自不待言。

一、设计题目

1.系统图的确定

选择六节点、环网、两电源和多引出的电力系统，简化电力系统图如图1所示，等值导纳图如图2所示。

运用以直角坐标表示的牛顿-拉夫逊计算如图1所示系统中的潮流分布。

计算精度要求各节点电压的误差或修正量不大于

。

图1电力系统图

图2电力系统等值导纳图

2.各节点的初值与阻抗参数

该系统中，节点①为平衡节点，保持

=1.05+j0为定值，节点⑥为PV节点，其他四个节点都是PQ节点。

给定的注入电压标幺值、线路阻抗标幺值、输出功率标幺值如下表注释。

表1各节点电压标幺值参数

U

U

U

U

U

U

1.05

1.00

1.00

1.00

1.00

1.05

表2线路、变压器阻抗标幺值

线路

L2

L3

L4

L5

T1

T2

Y/2

阻抗

0.06+j0.25

0.04+j0.25

0.08+j0.30

0.1+j0.35

j0.03

j0.015

j0.25

表3节点输出功率

节点

②

③

④

⑤

⑥

功率

2+j1

1.8+j0.4

1.6+j0.8

3.7+j1.3

5

注：

各PQ节点的电压取1是为了方便计算和最后验证程序的正确性。

二、N-R法的求解过程

1、给定个节点电压初始值

2、将以上电压初始值代入下式

（1）式，求出修正方程式常数项向量

。

3、

4、将电压初始值代入下式

（2）式，求出修正方程式中系数矩阵（雅可比矩阵）的元素（为2（n-1）阶方阵）。

5、解修正方程式，求出修正量

方法：

①高斯消元法，即将雅可比矩阵化简为上三角阵或下三角阵

②求雅可比矩阵的逆矩阵

修正各节点电压

6、将

再代入

（1）式，求出

7、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

8、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。

三、手算潮流计算

用图1和上表的数据和等值网络计算节点导纳矩阵

1.节点导纳矩阵

由图1可知，该系统以串联支路的导纳标幺值和对地并联导纳标幺值得等值电路如图2所示。

可得图2的等值节点导纳矩阵。

对角线上的元素为：

非对角线上的元素为：

Y=

2.计算各节点功率的修正方程的初始值（不平衡量）

设各节点电压初始值为：

根据上述N-R法的求解过程，将各节点电压的初始值代入

（1）式和

（2）式，进行潮流计算，得节点功率和节点电压：

雅可比矩阵：

J=

修正各节点电压：

四、计算机算法潮流计算

导纳矩阵

=

time=1

JJ=

E=

1.10001.17121.02910.96681.16671.1000

F=

0-0.1174-0.1824-0.3595-0.03910.0358

U=

1.10001.1712-0.1174i1.0291-0.1824i0.9668-0.3595i1.1667-0.0391i1.1000+0.0358i

dU=

0.1712

-0.1174

0.0291

-0.1824

-0.0332

-0.3595

0.1667

-0.0391

0

0.0358

PQ=

-2.00004.1863-1.80000.1000-1.6000-0.3000-3.70008.57265.00000

time=2

JJ=

E=

1.10001.12080.95780.80071.13171.1008

F=

0-0.1321-0.1605-0.3271-0.0785-0.0054

U=

1.10001.1208-0.1321i0.9578-0.1605i0.8007-0.3271i1.1317-0.0785i1.1008-0.0054i

dU=

-0.0504

-0.0147

-0.0713

0.0219

-0.1660

0.0324

-0.0350

-0.0394

0.0008

-0.0412

PQ=

-0.3576-1.03190.0288-0.31500.0666-0.52110.1533-1.8333-0.3787-0.0013

time=3

JJ=

E=

1.10001.11420.94380.75011.12711.0999

F=

0-0.1351-0.1560-0.3221-0.0889-0.0169

U=

1.10001.1142-0.1351i0.9438-0.1560i0.7501-0.3221i1.1271-0.0889i1.0999-0.0169i

dU=

-0.0065

-0.0030

-0.0140

0.0045

-0.0507

0.0050

-0.0046

-0.0105

-0.0008

-0.0114

PQ=

0.0000-0.0509-0.0099-0.0207-0.0154-0.10400.0685-0.0554-0.0935-0.0017

time=4

JJ=

E=

1.10001.11360.94240.74361.12671.0999

F=

0-0.1355-0.1555-0.3215-0.0901-0.0181

U=

1.10001.1136-0.1355i0.9424-0.1555i0.7436-0.3215i1.1267-0.0901i1.0999-0.0181i

dU=

-0.0006

-0.0004

-0.0015

0.0005

-0.0065

0.0006

-0.0005

-0.0012

-0.0001

-0.0012

PQ=

0.0002-0.0004-0.0006-0.0003-0.0024-0.01110.00110.0003-0.0028-0.0001

time=5

JJ=

E=

1.10001.11360.94230.74351.12671.0999

F=

0-0.1355-0.1554-0.3215-0.0902-0.0181

U=

1.10001.1136-0.1355i0.9423-0.1554i0.7435-0.3215i1.1267-0.0902i1.0999-0.0181i

dU=

1.0e-003*

-0.0104

-0.0063

-0.0255

0.0090

-0.1157

0.0106

-0.0077

-0.0207

-0.0010

-0.0207

PQ=

1.0e-003*

0.0004-0.0010-0.00590.0003-0.0439-0.19220.00500.0002-0.0289-0.0015

time=6

JJ=

E=

1.10001.11360.94230.74351.12671.0999

F=

0-0.1355-0.1554-0.3215-0.0902-0.0181

U=

1.10001136-0.1355i0.9423-0.1554i0.7435-0.3215i1.1267-0.0902i1.0999-0.0181i

dU=

1.0e-007*

-0.0328

-0.0198

-0.0809

0.0286

-0.3674

0.0335

-0.0241

-0.0654

-0.0030

-0.0652

PQ=

1.0e-007*

0.0007-0.0026-0.01630.0023-0.1421-0.60900.0149-0.0022-0.0872-0.0043

平衡节点功率

S1=

4.7307+1.4446i

节点间线路上的流动功率矩阵

S=

输出电力线路功率总损耗

dataS=

个人心得

经过两周的课程设计让我学到了很多以前没有学到的东西，首先让我明白了电力系统的稳定运行，必须经过精密的设计和运算。

在进行此次课程设计的过程中，加深了我对潮流计算的认识，尤其是对牛顿拉夫逊潮流计算的求解思路有了比较透彻的理解。

同时整个求解过程中用到求节点导纳矩阵，求矩阵的逆阵等等，又让我们遇到了很多问题，我们经过查资料问同学、问老师，最后才把问题解决。

使我对以前学过的知识有了一次很好的复习，同时也看到了我知识的欠缺，让我明白我应该学的东西还有很多，更是给我更多的激励让我以后会更加努力地学习。

此次课程设计有让我学到了一本新的知识—Matlab的使用，起初我们经过好大力气才把程序设计