电力系统潮流计算C语言程序及说明Word格式文档下载.docx
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可以看出，每次对增广矩阵中A矩阵元素的消元都是重复的，为了避免这种重复，我们把对相同的系数矩阵重复进行的消去与对不同的常数项进行的消去分开进行，因此对系数矩阵的消去只需进行一次，并在消去的过程中将对常数项进行消去运算的运算因子保存下来，形成所谓因子表，这就是因子表法。
因为因子表记录了高斯消去法对常数项进行消去的全部信息，利用它便可对不同常数项进行消去，形成上三角矩阵，最后求出全部未知数。
在使用PQ分解法时，其系数矩阵是在迭代过程中保持不变的，所以为了节省内存和缩短运算时间我们采取了因子表法。
同时由于电网的节点导纳矩阵是稀疏阵和对称阵，于是我们可以采取只保存系数矩阵的上三角阵来使运算更为简化。
若线性方程组一般形式如下：
其中
称为系数矩阵，
称为未知数向量，
称为常数项向量。
将矩阵A的元素进行如下处理：
得到因子表
其中
；
再利用因子表进行前代过程，求出每次迭代后的常数项。
其前代公式是：
求得向量
再由因子表与前代得到的向量F，得到方程组
求解出此方程即可得到线性方程组的解向量
4）多次迭代最终求得V和
以及全线路功率
利用上面所介绍的方法求解修正方程组
可以求得
和
再利用
求得每次迭代后的结果。
多次迭代当其满足约束条件
时，迭代结束。
迭代结束后即可得到各节点的V和
，再根据V、
来计算PV节点的无功功率Q和平衡节点的功率以及网络中的功率分布。
PV节点及平衡节点无功功率计算公式为：
平衡节点有功功率计算公式为：
以下图所标示的正方向，输电线路功率的计算公式如下：
图2支路功率计算
对其进行实部虚部进行分解可得P、Q计算公式为：
程序及说明
1、主要变量说明
1）结构体类型说明
（1）节点功率结构体
structNodetype
{
floatP,Q;
};
其中，P为节点的有功功率，Q为无功功率。
节点功率不区分负荷功率和发电机功率，其值为本节点连接的各支路输入功率及节点所接负荷、发电机功率之和，且规定功率流入节点为正，流出为负。
详细说明参见下一章“算例及结果”的第二节“源数据格式说明”。
（2）线路参数结构体
structLinetype
floatG,B,B0,k;
其中，G、B为线路的导纳和容纳；
B0为线路的考虑变压器Π型等值电路后的对地充电容纳的一半Bc/2；
k为折算到标准变压器支路后的变压器变比。
2）变量说明
表2程序主要变量说明
主要变量
类型
含义
Node
int
系统总节点数
NP
PV+PQ节点数，即非平衡节点数
NQ
PQ节点数
Num
int*
原始节点编号与程序表示编号映射数组
No
structNodetype*
节点功率数组
V
float*
节点电压有效值数组
Dlta
节点电压相角数组
Y
structLinetype**
线路参数矩阵
BP、BQ
float**
有功、无功简化雅克比矩阵B’、B”
count
unsignedint
PQ迭代次数
eP、eQ
const
有功、无功迭代精度控制
kp、kq
有功、无功迭代结束标志
dP、dQ
有功、无功不平衡量数组
3、程序流程图
图3程序主流程图
图4迭代部分流程图
4、程序代码
/*FUNCTION:
POWERFLOW*/
/*WRITTENBY:
HUANG&
YANG&
TONG*/
/*LASTEDITED:
2008-11-24*/
#include<
stdio.h>
math.h>
/***宏定义***/
#defineeP0.00001
#defineeQ0.00001
#defineY_（i,j）（*（*（Y+i）-i+j））
#defineYij（*（Yi+j））
#defineYji（*（*（Y+j）-j+i））
#definePjiYji.G*cos（tmp）+Yji.B*sin（tmp）
#definePijYij.G*cos（tmp）+Yij.B*sin（tmp）
#defineQjiYji.G*sin（tmp）-Yji.B*cos（tmp）
#defineQijYij.G*sin（tmp）-Yij.B*cos（tmp）
/***结构体变量定义***/
structNodetype/*节点功率*/
structLinetype/*线路类型*/
/***子函数声明***/
voidin_node（）;
/*读节点功率*/
voidin_line（）;
/*读线路参数*/
voidB_Form（）;
/*生成BP、BQ矩阵*/
voidfactor（）;
/*求因子表*/
voidsolve（float**B,float*X,intN）;
/*解方程组*/
voidPrtNode（）;
/*打印节点参数*/
voidErrorMsg（intFlag）;
/*错误提示信息*/
/***全局变量声明***/
intNode;
/*节点数*/
int*Num;
/*保存原始节点序号*/
intNP,NQ=0;
/*PV+PQ、PQ节点数*/
structNodetype*No;
/*节点数据*/
structLinetype**Y;
/*线路参数*/
float**BP,**BQ;
/*有功、无功简化雅克比矩阵B*/
float*V;
/*节点电压有效值*/
float*Dlta;
/*节点电压相角值*/
unsignedintcount=0;
/*迭代计数*/
inti,j,k,m;
/*通用下标值*/
floattmp;
/*临时数据暂存*/
char*Type;
/*节点类型*/
FILE*in,*out;
/*输入、输出文件指针*/
/******************主函数******************/
/**↓****↓****↓**主函数**↓****↓****↓**/
intmain（void）
intkp=1,kq=1;
/*P、Q精度判断：
1-不满足，0-满足精度要求*/
float*dP,*dPi,*dQ,*dQi;
/*ΔP、ΔQ*/
floatDltai;
structLinetype*Yi;
structNodetype*Noi;
floattP,tQ;
if（（in=fopen（"
Data.txt"
"
r"
））==NULL）ErrorMsg
（1）;
if（（out=fopen（"
out.txt"
w"
））==NULL）ErrorMsg
（2）;
in_node（）;
/*读取节点参数并统计PQ、PV节点数*/
in_line（）;
/*读取线路参数并形成Y矩阵*/
B_Form（）;
/*形成B（BP&
BQ）矩阵*/
factor（）;
/*求B因子式（仍保存于BP&
BQ）*/
for（i=0;
i<
NQ;
i++）*（V+i）=1;
/*对PQ节点电压V赋初值*/
dP=（float*）malloc（sizeof（float）*NP）;
/*ΔP*/
dQ=dP;
/*ΔQ*//*ΔP、ΔQ不同时存在，故而可共用空间*/
loop:
/****开始迭代****/
if（kp==0&
&
kq==0）gotoloopEnd;
count++;
/*迭代次数加一*/
if（count==65535）ErrorMsg（99）;
/*不收敛，退出*/
kp=0;
NP;
i++）
{
dPi=dP+i;
Yi=*（Y+i）-i;
Dltai=*（Dlta+i）;
*dPi=0;
for（j=0;
j<
Node;
j++）
tmp=Dltai-*（Dlta+j）;
/*tmp即δij*/
if（i>
j）*dPi+=*（V+j）*（Pji）;
else*dPi+=*（V+j）*（Pij）;
}/*注意到Y矩阵为上三角矩阵，i>
j时要交换下标*/
*dPi*=*（V+i）;
*dPi=（*（No+i））.P-*dPi;
/*求得ΔPi*/
if（fabs（*dPi）>
0x8fffffff）ErrorMsg（99）;
eP）kp=1;
/*有不满足精度的ΔP即令kp=1*/
*dPi/=*（V+i）;
/*求得常数项ΔPi/Vi*/
}
if（kp==0）gotoloopQ;
solve（BP,dP,NP）;
i++）*（Dlta+i）+=（*（dP+i）/（*（V+i）））;
/*修正相角δ+=Δδ*/
loopQ:
kq=0;
dQi=dQ+i;
*dQi=0;
j）*dQi+=*（V+j）*（Qji）;
else*dQi+=*（V+j）*（Qij）;
*dQi*=*（V+i）;
*dQi=（*（No+i））.Q-*dQi;
/*求得ΔQi*/
if（fabs（*dQi）>
eQ）kq=1;
/*有不满足精度的ΔQ即令kq=1*/
*dQi/=*（V+i）;
/*求得常数项ΔQi/Vi*/
if（kq==0）gotoloop;
solve（BQ,dQ,NQ）;
i++）*（V+i）+=*（dQ+i）;
/*修正PQ节点电压V+=ΔV*/
gotoloop;
/*无功迭代，则必定需要下一轮回迭代判断*/
loopEnd:
/****迭代结束****/
free（dP）;
/*释放内存空间*/
/****计算PV节点和平衡节点的无功功率Q****/
for（i=NQ;
Noi=No+i;
j）（*Noi）.Q+=*（V+j）*（Qji）;
else（*Noi）.Q+=*（V+j）*（Qij）;
（*Noi）.Q*=*（V+i）;
/****计算平衡节点的有功功率P****/
i=NP;
（*Noi）.P+=*（V+j）*（Pji）;
（*Noi）.P*=*（V+i）;
/****输出最终结果****/
fprintf（out,"
\n\n【潮流计算结果（节点）】（迭代次数k=%3d）\n"
count-1）;
PrtNode（）;
/****计算全部线路功率****/
\n\n【潮流计算结果（线路）】\n"
）;
线路PQ\n"
for（k=0;
k<
k++）
i=*（Num+k）;
for（m=0;
m<
m++）
j=*（Num+m）;
if（j==i）continue;
if（j<
i）
if（Yji.B==0）continue;
/*若Bij=0，则节点i、j无直接联系*/
tP=*（V+j）*（Pji）;
tP=*（V+i）*Yji.G-tP;
tP*=*（V+i）;
tQ=-*（V+j）*（Qji）;
tQ-=*（V+i）*（Yji.B-Yji.B0/Yji.k）;
tQ*=*（V+i）;
else
if（Yij.B==0）continue;
tP=*（V+j）*（Pij）;
tP=*（V+i）*Yij.G-tP;
tQ=-*（V+j）*（Qij）;
tQ-=*（V+i）*（Yij.B-Yij.B0）;
fprintf（out,"
S[%d,%d]=（%10.6f,%10.6f）\n"
k+1,m+1,-tP,-tQ）;
fclose（out）;
system（"
cmd/cstartout.txt"
return（0）;
}
/**↑****↑****↑**主函数**↑****↑****↑**/
/****************子函数：
读节点数据****************/
voidin_node（）
/*临时变量*/
fscanf（in,"
%d%d"
&
Node,&
k）;
/*读取节点数Node*/
NP=Node-1;
/*PV+PQ节点数，即非平衡节点数目*/
Num=（int*）malloc（sizeof（int）*Node）;
/*开Node个空间，每节点一个*/
V=（float*）malloc（sizeof（float）*Node）;
/*电压*/
Dlta=（float*）malloc（sizeof（float）*Node）;
/*电压相角*/
No=（structNodetype*）malloc（sizeof（structNodetype）*Node）;
/*节点功率*/
j=1;
while（k!
=0）/*若k=0，表明节点数据读取完毕*/
switch（k）
case1:
k=NQ;
NQ++;
break;
/*NQ统计PQ节点个数*/
case2:
k=NP-j;
j++;
/*从NP-1个空间倒着保存PV节点*/
case3:
k=NP;
/*平衡节点*/
default:
ErrorMsg（3）;
Noi=No+k;
%d%f%f%f%f"
i,&
（*Noi）.P,&
（*Noi）.Q,V+k,Dlta+k）;
i--;
/*节点编号减一，以和程序表达方式兼容*/
*（Num+i）=k;
/*第i个Num元素中存放i节点在No中的下标*/
%d"
/*读取节点类型*/
if（NQ+j!
=Node）ErrorMsg（4）;
/*检验节点数据个数是否够Node个*/
【节点参数表】\n"
总节点：
%d\nPQ节点：
%d\nPV节点：
%d\n"
Node,NQ,NP-NQ）;
/************子函数：
读线路数据，并形成节点导纳矩阵Y************/
voidin_line（）
floatR,X,k,B;
m=sizeof（structLinetype）;
Y=（structLinetype**）malloc（m*Node）;
/*先开Node行,每一个节点一行*/
i++）/*再在第i行上面开辟Node-i列*/
{/*即以上三角存储Y矩阵*/
*（Y+i）=（structLinetype*）malloc（m*（Node-i））;
for（j=i;
j++）{Yij.G=Yij.B=Yij.B0=Yij.k=0;
}/*初始化*/
while（feof（in）==0）/*文件指针到文件末*/
%d%d%f%f%f%f"
j,&
R,&
X,&
k,&
B）;
j--;
i=*（Num+i）;
/*转换节点号为该节点在程序中的储存编号*/
j=*（Num+j）;
（*（*（Y+i）））.B+=B;
/*将对地充电导纳累加到自导纳*/
（*（*（Y+j）））.B+=B;
if（k!
=1.0）
X*=k;
R=0;
tmp=（1-k）/X;
（*（*（Y+i）））.B+=tmp;
/*将变压器的对地充电容纳累加到自导纳*/
（*（*（Y+j）））.B+=-（tmp/k）;
B=tmp;
k=-k;
j）{tmp=i;
i=j;
j=tmp;
k=1/k;
B*=k;
/*以Yi代替*（Y+i）-i，简化表达式并避免重复计算*/
Yij.B0=B;
/*保存ij0、ji0对地充电电容到Bij0*/
Yij.k=k;
/*且有B0ji=B0ij/k*/
tmp=R*R+X*X;
R/=tmp;
X/=tmp;
Yij.G=-R;
/*生成互导纳*/
Yij.B=X;
（*（*（Y+i）））.G+=R;
/*将线路互导纳累加到自导纳*/
（*（*（Y+i）））.B+=-X;
（*（*（Y+j）））.G+=R;
（*（*（Y+j）））.B+=-X;
fclose（in）;
\n【节点导纳矩阵Y】\n"
for（k=0;
i=k;
/*查取第i节点在程序中存储序号*/
k;
j++）fprintf（out,"
\t\t\t"
for（m=k;
/*查取第j节点在程序中存储序号*/
if（i<
j）fprintf（out,"
（%10.6f,%10.6f）"
Y_（i,j）.G,Y_（i,j）.B）;
elsefprintf（out,"
Y_（j,i）.G,Y_（j,i）.B）;
\n"
生成BP、BQ矩阵****************/
voidB_Form（）
f
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