电力系统潮流及短路电流计算程序教学教材.docx
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电力系统潮流及短路电流计算程序教学教材
电力系统潮流及短路电流计算程序
班级：
姓名：
学号：
1、作业要求
编写程序计算图1所示算例系统的潮流及三相短路电流。
潮流计算：
方法不限，计算系统的节点电压和相角。
短路电流：
4号母线发生金属性三相短路时（zf=0），分别按照精确算法和近似算法计算短路电流、系统中各节点电压以及网络中各支路的电流分布，并对两种情况下的计算结果进行比较。
2、电路图及参数
图13机9节点系统
表19节点系统支路参数
支路
R（p.u.）
X（p.u.）
B/2（TK）（p.u.）
1~4
0
0.0576
1.0
2~7
0
0.0625
1.0
3~9
0
0.0586
1.0
4~5
0.01
0.085
0.088
4~6
0.017
0.092
0.079
5~7
0.032
0.161
0.153
6~9
0.039
0.17
0.179
7~8
0.0085
0.072
0.0745
8~9
0.0119
0.1008
0.1045
表29节点系统发电机参数
发电机编号
节点类型
PG（p.u.）
VG（p.u.）
（p.u.）
（p.u.）
1
平衡
1.04
0.3
1.137
2
PV
1.63
1.025
0.3
1.211
3
PV
0.85
1.025
0.3
1.043
表39节点系统负荷参数
节点编号
节点类型
Pi（p.u.）
Qi（p.u.）
4
PQ
0
0
5
PQ
1.25
0.5
6
PQ
0.9
0.3
7
PQ
0
0
8
PQ
1
0.35
9
PQ
0
0
3、计算步骤
（1）进行系统正常运行状态的潮流计算，求得
（2）形成不含发电机和负荷的节点导纳矩阵YN；
（3）将发电机表示为电流源
（
）和导纳
（
）的并联组合；节点负荷用恒阻抗的接地支路表示；形成包括所有发电机支路和负荷支路的节点导纳矩阵Y，即在YN中的发电机节点和负荷节点的自导纳上分别增加发电机导纳
和负荷导纳
（
）；
（4）利用
，计算节点阻抗矩阵，从而得到阻抗矩阵中的第f列；
（5）利用公式（6-7）或（6-10）计算短路电流；
（6）利用公式（6-8）或（6-11）计算系统中各节点电压；
（7）利用公式（6-9）计算变压器支路的电流；对输电线路利用П型等值电路计算支路电流。
4、计算结果
节点导纳矩阵Yn：
Columns1through5
0-17.3611i000+17.3611i0
00-16.0000i000
000-17.0648i00
0+17.3611i003.3074-39.3089i-1.3652+11.6041i
000-1.3652+11.6041i2.5528-17.3382i
000-1.9422+10.5107i0
00+16.0000i00-1.1876+5.9751i
00000
000+17.0648i00
Columns6through9
0000
00+16.0000i00
0000+17.0648i
-1.9422+10.5107i000
0-1.1876+5.9751i00
3.2242-15.8409i00-1.2820+5.5882i
02.8047-35.4456i-1.6171+13.6980i0
0-1.6171+13.6980i2.7722-23.3032i-1.1551+9.7843i
-1.2820+5.5882i0-1.1551+9.7843i2.4371-32.1539i
电压幅值：
1.04001.02501.02501.02580.99561.01271.02581.01591.0324
电压相角：
00.16200.0814-0.0387-0.0696-0.06440.06490.01270.0343
节点有功：
0.71641.63000.85000.0000-1.2500-0.9000-0.0000-1.0000-0.0000
节点无功：
0.27050.0665-0.10860.0000-0.5000-0.3000-0.0000-0.3500-0.0000
修正后的节点导纳矩阵Y：
Columns1through5
0-20.6944i000+17.3611i0
00-19.3333i000
000-20.3982i00
0+17.3611i003.3074-39.3089i-1.3652+11.6041i
000-1.3652+11.6041i3.8716-17.6627i
000-1.9422+10.5107i0
00+16.0000i00-1.1876+5.9751i
00000
000+17.0648i00
Columns6through9
0000
00+16.0000i00
0000+17.0648i
-1.9422+10.5107i000
0-1.1876+5.9751i00
4.1321-16.0184i00-1.2820+5.5882i
02.8047-35.4456i-1.6171+13.6980i0
0-1.6171+13.6980i3.7323-23.6669i-1.1551+9.7843i
-1.2820+5.5882i0-1.1551+9.7843i2.4371-32.1539i
节点阻抗矩阵Z的第4列：
0.0463+0.1252i
0.0329+0.0693i
0.0316+0.0707i
0.0552+0.1493i
0.0589+0.1204i
0.0562+0.1226i
0.0397+0.0838i
0.0416+0.0814i
0.0378+0.0845i
精确计算结果：
短路电流：
模值：
6.4459
相角：
-71.9365
节点电压模值：
0.18310.56870.54270.00000.14660.15060.45370.44630.4495
支路电流：
ijIij
140.5779-3.1264i
271.3702-1.4433i
390.64294-1.4808i
45-0.77968+1.5248i
46-0.6411+1.477i
57-0.89528+1.6436i
69-0.73353+1.5487i
780.50734+0.10234i
890.062766+0.056451i
近似计算结果：
短路电流：
模值：
6.2838
相角：
-69.7198
节点电压模值：
0.16110.52140.51570.00000.18270.16750.42270.43480.4217
五、程序流程图
六、程序及输入文件
input_data.xls文件：
Sheet1
9节点系统支路参数
首节点编号i
尾节点编号j
R（p.u.）
X（p.u.）
B/2（p.u.）
1
4
0
0.0576
0
2
7
0
0.0625
0
3
9
0
0.0586
0
4
5
0.01
0.085
0.088
4
6
0.017
0.092
0.079
5
7
0.032
0.161
0.153
6
9
0.039
0.17
0.179
7
8
0.0085
0.072
0.0745
8
9
0.0119
0.1008
0.1045
Sheet2
9节点系统发电机及负荷参数
节点编号
节点类型
P（p.u.）
Q（p.u.）
U（p.u.）
Xd（p.u.）
E（p.u.）
1
平衡
1.04
0.3
1.137
2
PV
1.63
1.025
0.3
1.211
3
PV
0.85
1.025
0.3
1.043
4
PQ
0
0
5
PQ
-1.25
-0.5
6
PQ
-0.9
-0.3
7
PQ
0
0
8
PQ
-1
-0.35
9
PQ
0
0
powerflow_cal.m文件：
l=9;%支路数
n=9;%节点数
m=6;%PQ节点数
Yn=zeros（n）;%初始化节点导纳矩阵Y
DATA1=xlsread（'input_data.xls',1）;
%计算节点导纳矩阵Y
fork=1:
l
i=DATA1（k,1）;
j=DATA1（k,2）;
R=DATA1（k,3）;
X=DATA1（k,4）;
B2=DATA1（k,5）;
Yn（i,i）=Yn（i,i）+1i*B2+1/（R+1i*X）;
Yn（j,j）=Yn（j,j）+1i*B2+1/（R+1i*X）;
Yn（i,j）=Yn（i,j）-1/（R+1i*X）;
Yn（j,i）=Yn（j,i）-1/（R+1i*X）;
end
disp（'节点导纳矩阵Yn：
'）;
disp（Yn）;
G=real（Yn）;
B=imag（Yn）;
DATA2=xlsread（'input_data.xls',2）;
P=zeros（1,n）;
Q=zeros（1,n）;
U=ones（1,n）;
P（2:
n）=DATA2（2:
n,3）;
Q（4:
n）=DATA2（4:
n,4）;
U（1:
3）=DATA2（1:
3,5）;
%设置节点电压初值
e
（1）=DATA2（1,5）;
e（2:
n）=1.0;
f（1:
n）=0.0;
%设置迭代次数
t=0;
tmax=10;
whilet<=tmax
%计算f（x）
a（1:
n）=0.0;
c（1:
n）=0.0;
fori=2:
n
forj=1:
n
a（i）=a（i）+G（i,j）*e（j）-B（i,j）*f（j）;
c（i）=c（i）+G（i,j）*f（j）+B（i,j）*e（j）;
end
end
fori=2:
n
deltaP（i）=P（i）-e（i）*a（i）-f（i）*c（i）;
end
forj=4:
n
deltaQ（j）=Q（j）-f（j）*a（j）+e（j）*c（j）;
end
fork=2:
3
deltaU2（k）=U（k）*U（k）-e（k）*e（k）-f（k）*f（k）;
end
fx=[deltaP（2:
n）deltaQ（4:
n）deltaU2（2:
3）]';
%计算雅克比矩阵J
fori=2:
n
forj=2:
n
ifi~=j
H（i,j）=-（G（i,j）*e（i）+B（i,j）*f（i））;
N（i,j）=B（i,j）*e（i）-G（i,j）*f（i）;
else
H（i,j）=-a（i）-（G（i,i）*e（i）+B（i,i）*f（i））;
N（i,j）=-c（i）+（B（i,i）*e（i）-G（i,i）*f（i））;
end
end
end
fori=4:
n
forj=2:
n
ifi~=j
M（i,j）=B（i,j）*e（i）-G（i,j）*f（i）;
L（i,j）=G（i,j）*e（i）+B（i,j）*f（i）;
else
M（i,j）=c（i）+（B（i,i）*e（i）-G（i,i）*f（i））;
L（i,j）=-a（i）+（G（i,i）*e（i）+B（i,i）*f（i））;
end
end
end
fori=2:
3
forj=2:
n
ifi~=j
R（i,j）=0;
S（i,j）=0;
else
R（i,j）=-2*e（i）;
S（i,j）=-2*f（i）;
end
end
end
J=[H（2:
n,2:
n）N（2:
n,2:
n）;M（4:
n,2:
n）L（4:
n,2:
n）;R（2:
3,2:
n）S（2:
3,2:
n）];
ifmax（abs（fx））<0.0001
%输出结果
break;
else
%求解修正方程获得dx
dx=-J^（-1）*fx;
dx=dx';
e（2:
n）=e（2:
n）+dx（1:
n-1）;
f（2:
n）=f（2:
n）+dx（n:
2*（n-1））;
t=t+1;
end
end
ift>tmax
str='潮流计算不收敛';
disp（str）;
else
a（1:
n）=0.0;
c（1:
n）=0.0;
fori=1:
n
forj=1:
n
a（i）=a（i）+G（i,j）*e（j）-B（i,j）*f（j）;
c（i）=c（i）+G（i,j）*f（j）+B（i,j）*e（j）;
end
end
fori=1:
n
U（i）=e（i）+1i*f（i）;
amp（i）=abs（U（i））;
arg（i）=angle（U（i））;
P（i）=e（i）*a（i）+f（i）*c（i）;
Q（i）=f（i）*a（i）-e（i）*c（i）;
end
disp（'电压幅值：
'）;
disp（amp）;
disp（'电压相角：
'）;
disp（arg）;
disp（'节点有功：
'）;
disp（P）;
disp（'节点无功：
'）;
disp（Q）;
end
%计算短路电流
f=4;
zf=0.0;
%修正节点导纳矩阵
Xd=DATA2（1:
3,6）;
E=DATA2（1:
3,7）;
fori=1:
3
Ii（i）=E（i）/（1i*Xd（i））;
end
Y=Yn;
fori=1:
3
Y（i,i）=Y（i,i）+1/（1i*Xd（i））;
end
forj=4:
n
Y（j,j）=Y（j,j）+（-P（j）+1i*Q（j））/（U（j）*U（j））;
end
disp（'修正后的节点导纳矩阵Y：
'）;
disp（Y）;
Z=Y^（-1）;
disp（'节点阻抗矩阵Z的第4列：
'）;
disp（Z（:
4））;
%精确计算
disp（'精确计算结果：
'）;
U0=U;
If=U0（f）/（Z（f,f）+zf）;
amp=abs（If）;
arg=atand（imag（If）/real（If））;
disp（'短路电流：
'）;
disp（'模值：
'）;
disp（amp）;
disp（'相角：
'）;
disp（arg）;
fori=1:
n
U（i）=U0（i）-Z（i,f）*If;
amp=abs（U）;
end
disp（'节点电压模值：
'）;
disp（amp）;
disp（'支路电流：
'）;
str=['i''j''Iij'];
disp（str）;
fork=1:
l
i=DATA1（k,1）;
j=DATA1（k,2）;
r=DATA1（k,3）;
x=DATA1（k,4）;
z=r+1i*x;
I=（U（i）-U（j））/z;
str=[num2str（i）''num2str（j）''num2str（I）];
disp（str）;
end
%近似计算
disp（'近似计算结果：
'）;
U0（1:
n）=1.0;
If=U0（f）/（Z（f,f）+zf）;
amp=abs（If）;
arg=atand（imag（If）/real（If））;
disp（'短路电流：
'）;
disp（'模值：
'）;
disp（amp）;
disp（'相角：
'）;
disp（arg）;
fori=1:
n
U（i）=U0（i）-Z（i,f）*If;
amp=abs（U）;
end
disp（'节点电压模值：
'）;
disp（amp）;
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