两机五节点网络潮流计算.doc
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科技大学
电力系统稳态分析课程设计
题 目：
两机五节点网络潮流计算
—牛拉法
姓 名：
朱润民
学 号：
1167130230
学 院：
信息工程学院
专 业：
电气工程及其自动化
班 级：
11级电气2班
指导教师：
景霞
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... ...
目
录
目录...........................................................................
-1-
摘要
........................................................................
-2-
ABSTRACT.......................................................................
-3-
科技大学课程设计任务书
..........................................................
-3-
第一章电力系统潮流计算简述......................................................
-7-
1.1
潮流计算简介............................................................
-7-
1.2
潮流计算的意义及发展史..................................................
-7-
第二章
潮流计算的数学模型.......................................................
-9-
2.1
导纳矩阵的原理及计算方法...............................................
-9-
2.2
潮流计算的基本方程....................................................
-11-
2.2
电力系统节点分类......................................................
-11-
2.4
潮流计算的约束条件....................................................
-11-
第三章
牛顿－拉夫逊法概述......................................................
-16-
3.1
牛顿-拉夫逊法基本原理.................................................
-16-
3.2
牛顿-拉夫逊法潮流求解过程.............................................
-16-
3.3
牛顿—拉夫逊法的程序框图..............................................
-22-
第四章
关于电力系统潮流计算手工计算
...........................................
-23-
4.1.
节点导纳矩阵...........................................................
-23-
4.2
简化雅可比矩阵
.........................................................
-24-
4.3
修正、迭代............................................................
-24-
第五章
牛顿—拉夫逊法潮流具体计算.............................................
-25-
5.1
牛顿—拉夫逊直角坐标潮流计算
Matlab程序及运行结果.....................
-25-
5.1.1Matlab
程序......................................................
-25-
5.1.2Matlab
程序运行结果..............................................
-25-
5.1.3本程序的符号说明.................................................
-49-
总结及感想....................................................................
-50-
参考文献及资料；..............................................................
-51-
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摘 要
潮流计算的目的在于：
确定电力系统的运行方式；检查系统中各元件是否过电压或
过载；为电力系统继电保护的整定提供依据；为电力系统的稳定计算提供初值，为电力
系统规划和经济运行提供分析基础。
牛顿迭代法（Newton'smethod）又称为牛顿-拉夫逊方法（Newton-Raphsonmethod），
牛顿--拉夫逊法（简称牛顿法）在数学上是求解非线性代数方程式的有效方法。
其要点是
把非线性方程式的求解过程变成反复地对相应的线性方程式进行求解的过程。
MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界，主要用于矩阵
运算．采用迭代法，通过建立矩阵的修正方程来依次迭代，逐步逼近真值来计算出电力网的电压，功率分布。
采用迭代法，通过建立矩阵的修正方程来依次迭代，逐步逼近真值来计算出电力网的电压，功率分布。
本文采用牛顿-拉夫逊法解算电力稳态潮流，用手算和计算机算法对其进行设计。
关键词：
电力系统潮流计算；牛顿—拉夫逊法潮流计算；程序；
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ABSTRACT
ThePowerFlowcomputation'sgoalliesin:
Definiteelectricalpowersystem'smovementway;Incheckoutsystemvariouspartswhetherovervoltageoroverload;Providesthebasisfortheelectricalpowersystemrelayprotection'sinstallation;Providesthestartingvalueforelectricalpowersystem'sstablecomputation,istheelectricalpowersystemplanandtheeconomicalmovementprovidestheanalysisfoundation.
TheNewtoniterationmethod（Newton'smethod）iscalledNewton-Roughtoabdicatethemethod（Newton-Roughmethod）,Newton--Roughabdicatesthelaw（i.e.Newtonlaw）issolvesthemisalignmentalgebraicequationinmathematicstheefficaciousdevice.Itsmainpointisturnsthemisalignmentequationsolutionprocesscarriesonrepeatedlytothecorrespondinglinearequationthesolutiontheprocess.MATLABisonekindinteractive,theobject-orientedprogramminglanguage,widelyappliesintheindustrialworldandtheacademiccircle,mainlyusesinthematrixoperation.Usestherepetitiveprocess,iteratesinturnthroughtheestablishmentmatrix'smodifiedequation,approachesthetruevaluetocalculateelectricpowernetwork'svoltagegradually,thepowerdistribution.
keyword：
Electricalpowerflowcomputation；Newton-Roughabdicatesthelawtidalcurrentcomputation；Procedure
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科技大学课程设计任务书
课程名称 电力系统稳态分析课程设计
设计题目 基于Matlab的两机五节点网络潮流仿真计算—牛拉法
指导教师 景霞 时间 1周
一、教学要求
电力系统稳态分析课程设计以设计和优化电力系统的潮流分析为重点，提高学生综合能力为目标，尽可能结合实际工程进行。
设计容的安排要充分考虑学校现有的设备，设计时间及工程实际需要，并使学生初步学会运用所学知识解决工程中的实际问题。
二、设计资料及参数
（一）设计原始资料
1、待设计电气设备系统图
2、电力系统网络各元件参数
3、电力系统电气元件的使用规
4、电力工程电气设计手册
（二）设计参考资料
1、《电力系统稳态分析》，珩，中国电力，2007，第三版
2、《电力系统分析》，祯祥，大学，2005，第三版
3、《电力系统分析课程实际设计与综合实验》 ，祝书萍，中国电力， 2007，第一版
三、设计要求及成果
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1.根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选） 。
2.在给定的电力网络上画出等值电路图。
3.运用计算机进行潮流计算。
4.编写设计说明书。
基本要求：
1.编写潮流计算程序；
2.在计算机上调试通过（？
）；
3.运行程序并计算出正确结果（？
）；
4.写出课程设计报告（包括以下容）（1份）
（1）程序框图；
（2）源程序；（3）符号说明表；（4）算例及计算结果
5.编写计算说明书（1份）。
四、进度安排
根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（半天）
学习软件（MATLAB或C语言等）（一天半）
编程计算复杂系统潮流计算（三天）
编写计算设计书（一天）
五、评分标准
课程设计成绩评定依据包括以下几点：
1） 工作态度（占10%）；
2） 基本技能的掌握程度（占 20%）；
3） 程序编写是否合理是否有运行结果 （40%）；
4） 课程设计说明书编写水平 （占30%）。
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5） 分为优、良、中、合格、不合格五个等级。
考核方式：
设计期间教师现场检查；评阅设计报告
0.45+j0.15 0.4+j0.05
G
1
3
4
6
0.08+j0.24
0.01+j0.03
0
.
4
0
8
j
j0.18
2
+
6+j
0
.1
+
.
0
2
0.06
0
0
j
0.
+
.
0
8
0
.
0
2
0.04+j0.12
5
G
-（0.2+j0.2）
0.6+j0.1
系统接线图
其中节点1为平衡节点，节点 2、3、4、5为PQ节点。
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第一章电力系统潮流计算简述
1.1 潮流计算简介
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地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。
电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。
对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：
（1）计算方法的可靠性或收敛性；
（2）对计算机存量的要求；
（3）计算速度；
（4）计算的方便性和灵活性。
电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程式求解问题，其解法都离不开迭代。
因此，对潮流计算方法，首先要求它能可靠地收敛，并给出正确答案。
由于电
力系统结构及参数的一些特点，并且随着电力系统不断扩大，潮流计算的方程式阶数也越来越高，对这样的方程式并不是任何数学方法都能保证给出正确答案的。
这种情况成为促使电力系统计算人员不断寻求新的更可靠方法的重要因素。
1.2潮流计算的意义及发展史
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。
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
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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。
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。
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。
因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。
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。
利用电子计算机进行潮流计算从20世纪50年代中期就已经开始。
此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。
对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：
（1）算法的可靠性或收敛性
（2）计算速度和存占用量
（3）计算的方便性和灵活性
电力系统潮流计算属于稳态分析畴，不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。
因此其数学模型不包含微分方程，是一组高阶非线性方程。
非线性代数方程组的解法离不开迭代，因此，潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛，并给出正确答案。
随着电力系统规模的不断扩大，潮流问题的方程式阶数越来越高，目前已达到几千阶甚至上万阶，对
这样规模的方程式并不是采用任何数学方法都能保证给出正确答案的。
这种情况促使电力系统的研究人员不断寻求新的更可靠的计算方法。
在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法。
这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法。
阻抗法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我国电力系统设计、运行和研究作出了很
大的贡献。
但是，阻抗法的主要缺点就是占用计算机的存很大，每次迭代的计算量很大。
当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。
为了克服阻抗法在存和速度方面的缺点，后
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来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。
这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机只需存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了存容量，同时也提高了计算速度。
克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿
-拉夫逊法（以下简称牛顿法）。
牛顿
法是数学中求解非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。
解决电力系统潮流计算问
题是以导纳矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏
性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计算效率。
自从
20世纪60年代中期采用了最佳顺
序消去法以后，牛顿法在收敛性、存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目
前仍被广泛采用的方法。
在牛顿法的基础上，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，
对纯数学的牛顿法进行了改造，得到了P-Q分解法。
P-Q分解法在计算速度方面有显著
的提高，迅速得到了推广，
牛顿法的特点是将非线性方程线性化。
第二章 潮流计算的数学模型
2.1 导纳矩阵的原理及计算方法
2.1.1自导纳和互导纳的确定方法
电力网络的节点电压方程：
IB YBUB （2-1）
IB为节点注入电流列向量，注入电流有正有负，注入网络的电流为正，流出网络的电流为负。
根据这一规定，电源节点的注入电流为正，负荷节点为负。
既无电源又无负荷的联络节点为零，带有地方负荷的电源节点为二者代数之和。
UB为节点电压列向量，由于节点电压是对称于参考节点而言的，因而需先选定参考节点。
在电力系统中一般以地为参考节点。
如整个网络无接地支路，则需要选定某一
节点为参考。
设网络中节点数为（不含参考节点） ，则IB，UB均为 n*n列向量。
YB为
n*n阶节点导纳矩阵。
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... ...
节电导纳矩阵的节点电压方程：
IB YBUB
I1
Y11
Y12
Y13
Y1n
U1
I2
Y21
Y22
Y23
Y2n
U2
I3
Y31
Y32
Y33
Y3n
U3
（2-2）
展开为：
In
Yn1
Yn2
Yn3
Ynn
Un
YB是一个n*n阶节点导纳矩阵，其阶数就等于网络中除参考节点外的节点数。
节
点导纳矩阵的对角元素Yii（i=1
，2，
n）成为自导纳。
自导纳数Yii值上就等于在
i节
点施加单位电压，其他节点全部接地时，经节点i注入网络的电流，因此，它可以定义为：
YiiIi/Ui（Uj0,ji）
（2-3）
节点i的自导纳Yii数值上就等于与节点直接连接的所有支路导纳的总和。
节点导纳矩阵的非对角元素 Yij（j=1，2，，n;i=1，2，，n;j≠i）称互导纳，
由
此可得互导纳Yij数值上就等于在节点i施加单位电压，其他节点全部接地时，经节点j注入网络的电流，因此可定义为：
Yji Iji/Ui（Uj 0,j i） （2-4）
节点j，i之间的互导纳Yij数值上就等于连接节点 j，i支路到导纳的负值。
显然，
恒Yij等于Yji。
互导纳的这些性质决定了节点导纳矩阵是一个对称稀疏矩阵。
而
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