电力系统分析潮流计算课程序设计及其MATLAB程序设计

1、 Jf 呀广州学院GUangZhOU COlIege Of SOUth China UniVerSity OffI eChnoIOgy电力系统分析潮流计算程序设计报告题目：13节点配电网潮流计算学 院电气工程学院专业班级学生姓名学 号班内序号指导教师房大中提交日期 2015 年05月04日一、程序设计目的1二、程序设计要求3三、13节点配网潮流计算 33.1主要流程 错误!未定义书签。3.1.1第一步的前推公式如下（1-1）-（ 1-5）： 错误!未定义书签。3.1.2第二步的回代公式如下（1-6）（ 1-9）: 错误!未定义书签。3.2配网前推后代潮流计算的原理 63.3配网前推后代潮流计算

2、迭代过程 73.3计算原理8四、计算框图流程9五、 确定前推回代支路次序 错误!未定义书签。六、前推回代计算输入文件 10主程序：10输入文件清单：11计算结果：12数据分析：12七、配电网潮流计算的要点 13八、自我总结13九、参考文献 14附录一 MATLAB的简介14、程序设计目的开式网络潮流计算：配电网的结构特点呈辐射状，在正常运行时是开环的；配电网 的潮流计算采用的方法是前推回代法，本程序利用前推回代法的基本原理、收敛性。 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，满足规划水平年的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压 的要求。(2

3、) 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。(3) 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。(4) 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。1 Q101112135 Q图1 13节点配电网结构图表1系统支路参数支路R ( )X ( )B2(T)(S)123.3673.6850.0232.3562.5

4、410.0341.1451.280.0454.5245.040.0260.8561.140.0672.7452.9650.0283.7434.2510.0892.2372.7560.03104.144.6960.03111.3281.7630.011122.4362.8660.04133.5213.9660.0表2系统负荷参数节点编号节点类型节点初始电（kV）Pi( MVA)Qi( MVA)1根节点10.4002中间节点10.00.03420.03013中间节点10.00.06930.06424中间节点10.00.08450.07635叶节点10.00.02950.02616中间节点10.00

5、.04740.04097叶节点10.00.11760.09578中间节点10.00.09460.08579叶节点10.00.09160.085910叶节点10.00.02710.022911中间节点10.00.06960.064312叶节点10.00.06760.057913叶节点10.00.02980.0242、程序设计要求1. 看懂前推回代法计算程序；2. 报告叙述计算原理及计算流程；3. 绘制计算流程框图；4. 确定前推回代支路次序(广度优先，或深度优先)并编写前推回代计算输入文 件，然后进行潮流计算；5. 整理专利计算结果；6. 总结配电网潮流计算的要点；三、设计内容1. 根据电力系统

6、网络推导电力网络数学模型，写出节点导纳矩阵；2. 赋予各节点电压变量(直角坐标系形式)初值后，求解不平衡量；3. 形成雅可比矩阵；4. 求解修正量后，重新修改初值，从 2 开始重新循环计算；5. 求解的电压变量达到所要求的精度时，再计算各支路功率分布、功率损耗和节点6. 上机编程调试；连调；7. 计算分析给定系统潮流分析并与手工计算结果作比较分析。8. 准备计算机演示答辩，书写该课程设计说明书(必须计算机打印)四、13 节点配网潮流计算4.1 牛拉法的原理及其基本方程牛顿迭代法(NeWtOn's method)又称为牛顿-拉夫逊(拉弗森)方法(NeWtOn-Raphson method

7、),它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。设 r 是 f(x) = 0 的根，选取 x0 作为 r 初始近似值，过点( x0,f(x0) )做曲线 y = f(x) 的切线 L， L 的方程为 y = f(x0) f'(x0)(x-x0) ，求出 L 与 x 轴交点的横坐标 x1 = x-f(x)f(x),称x1为r的一次近似值。过点(x1,f(x1)做曲线y = f(x)的切线，并求该切线与X轴的横坐标x2 = x1-f(x1)f(x1),称x2为r的二次近似值。重复以上过程，得r的近似值序列，其中x(n+1)=x(n) f(x(n)f(x(n),称为r的

8、n+1次近似值,上式称为牛顿迭代公式。解非线性方程 f(x)=0 的牛顿法是把非线性方程线性 化的一种近似方 法。 把 f(x) 在 x0 点附 近展开成泰勒级 数 f(x) = f(x0)+(xx)f(x)+(x x)2*f'(x)2! + 取其线性部分，作为非线性方程 f(x) = 0 的近似方程，即泰勒展开的前两项，则有 f(x)+f(x)(x x0)=f(x)=0 设f(x) 0则其解为xx f(x)f(x)这样，得到 牛顿 法的一个 迭代序列：x(n+1)=x(n)f(x( n)f(x( n)。4.2 PQ分解法的原理及其基本方程PQ分解法的基本思想是根据电力系统实际运行特点

9、：通常网络上的电抗远大于电阻值，则系统母线电压幅值的微小变化U对母线有功功率的改变 P影响很小。同样,母线电压相角的少许改变，也不会引起母线有功功率的明显改变 Q，因此，节点0 L U /U功率方程在用极坐标形式表示时，它的修正方程式可简化为(2-1 )这就是把2 (n-1 )阶的线性方程组变成了两个n-1阶的线性方程组，将P和Q分开来进行迭代计算，因而大大地减少了计算工作量。但是H、L在迭代过程中仍然在不断的变化而且又都是不对称矩阵。对牛顿法的进步简化，即把式(2-1)中的系数矩阵简化为在迭代过程中不变的对称矩阵。在一般情况下，线路两端的电压相角 是不大的(不超过10°20

10、6;),因此,可以认为CoSGij Sinijij1Bij(2-2)此外，与系统各节点无功功率相应的导纳BLDi远小于该节点自导纳的虚部，即QiBLDi UrQUiBi因而考虑到以上关系，式(2-1 )的系数矩阵中的个元素可以表示为(2-3)Hij UiUjBij( i , j=1,2,n-1)LijUiU jBij( i , j=1,2,m)而系数矩阵H和L则可以分别写成:U 1B11U 1U 2B21U 1U1B12U 2U 2 B22U 2U1B1,n 1U n 1U 2B2,n 1U n 1U n 1Bn 1,1U1U n 1Bn1,2U2U n 1Bn 1,n 1U n 1U1U2B

11、11B21B12B22B1,n 1B2,n 1U1U2UnBn 1,1Bn 1,2. Bn 1,n 1Un1D 1 B 'U D 1(2-4)U 1B11U1U 2B21U1U 1 B12U 2U 2 B22U 2U1 B1mU mU2 B2mUmUmBm1U1U mBm2U2UmBmmUmU1U2B11B21B12B22B1mB2mU1U2UmBm2BmmUmD2B"UD2(2-5)将式2-4)和2-5)代人式UiYijGijjBijUD1B' UD1UD2B" U1UD1 和U D111PUiej iUi (cos ijsini ) 中，得到1UD2 分

12、别左乘以上两式，B' UD1便得(2-6)1UD2 Q B" U这就是简化了的修正方程式，它们也可以展开写成PUIBIIB12B1,n 1U11巳B21B22B2,n 1U22U2Pn 1Bn 1,1Bn 1,2Bn 1,n 1U n 1 n 1UnI(2-8)Q1U1BIIB12B1,mU1Q2B21B22B2,mU2U2QmBm,1Bm,2Bm, mUmUm(2-9)在这两个修正方程式中系数矩阵元素就是系统导纳矩阵的虚部，因而系数矩阵是对称矩阵，且在迭代过程中保持不变。这就大大减少了计算工作量。用极坐标表示的节点功率增量为nRRSUiUj(GijCoSij BSinij)

13、 0j 1nQi QiS UiUj(Gij cos ij BSin ij) 0j 1 (2-10)式(2-8 )、( 2-9)和(2-10)构成了 PQ分解法迭代过程的基本方程式。4.3配网前推后代潮流计算的原理前推回代法在配电网潮流计算中简单实用，所有的数据都是以矢量形式存储，因此节省了大量的计算机内存，对于任何种类的配电网只要有合理的R/X值，此方法均可保证收敛。算法的稳定性也是评价配电网潮流算法的重要指标。一般情况下，算法的收 敛阶数越高，算法的稳定性越差，前推回代法的收敛阶数为一阶，因此它也具有较好的 稳定性。比较而言，前推回代法充分利用了网络呈辐射状的结构特点，数据处理简单， 计算效

14、率高，具有较好的收敛性， 被公认是求解辐射状配电网潮流问题的最佳算法之一。4.4 配网前推后代潮流计算迭代过程配网潮流前推回代潮流算法第n+1步的迭代公式如下：节点i的前推计算公式为由图 1 可知节点 i+1 的注入有功功率和无功功率分别为：NB NB-1P(i+1)=PL+(j)LP(j)Q(i+1)= QL(+j)LQ(j)其中：i=1, 2,。NB-1，NB为节点数，PL(i)为第i节点所带负荷有功功率；QL(i) 为第i节点所带负荷无功功率；LP(i)为第i条线段上的有功功率损耗；LQ(i)为第i条线 段上的无功功率损耗。收敛条件以前后两次迭代的电压偏差作为迭代收敛条件,(8)式表明节

15、点电压幅值最大偏差小于设定阈值,即认为迭代收敛,则迭代过程结束。max|Vk(i)-Vk-1(i)|< .(8)在开始计算的时候先把各节点上的LP(i)、LQ(i)分别设为零，利用式(1)计算出P(i+1)、Q(i+1),分别代入式(6)计算各节点电压幅值，作为初始化的节点电压值然后把 此电压值代入公式(2)来修正线路的损耗LP(i)、LQ(i),用经过修正的线路损耗求新的节 点注入功率，再根据节点注入功率求新的节点电压，根据前后两次迭代的电压偏差是否 小于设定阈值判断是否收敛， 如果满足， 则输出结果， 如果不满足 ,必须重复上述过程直 到满足收敛条件为止。4.5 计算原理第一步，从与

16、叶节点联系的支路开始，该支路的末端功率即等于叶节点功率，利用这 个功率和对应的节点电压计算支路功率损耗，求得支路的首端功率。当以某节点为始节 点的各支路都计算完毕后，便想象将这些支路都拆去，是的该节点成为新的叶节点，其 节点功率等于原有的负荷功率与该节点为始节点的各支路首端功率之和。 于是计算便可 延续下去，直到全部支路计算完毕。第二步，利用第一步所得的支路首端功率和本步骤刚算出的本支路始节点的电压（对电源点为已知电压） ，从电源点开始逐条支路进行计算，求得各支路终节点的电压。在迭代计算开始之前，要先处理好支路的计算顺序问题。介绍两种确定之路计算顺 序的方法。第一种方法是，按与叶节点联接的之路

17、顺序，并将已排序的之路拆除，在此过程中 将不断出现新的叶节点，而与其联接的支路又加入排序行列。这样就可以全部排列好从 叶节点向电源点计算功率损耗的支路顺序。其逆序就是进行电压计算的支路顺序。 第二种是逐条追加支路的方法。首先从根节点（电源点）开始接出第一条支路，引出一 个新节点，以后每次追加的支路都必须从已出现的节点接出遵循这个原则逐条追加支 路，直到全部支路追加完毕。所得到的支路追加顺序即是进行电压计算的支路顺序，其 逆序便是功率损耗计算的支路顺序。五、计算框图流程六、是计算线路功率及平衡节点功率（输出六、前推回代计算输入文件主程序：PQ,FT,RX=case115();NN=size(PQ

18、,1);NB=size(FT,1);V=PQ(:,1); maxd=1 k=0; while maxd>0.0001PQ2=PQ;PL=0.0;for i=1:NB kf=FT(i,1); kt=FT(i,2);%调用数据文件%节点数%支路数数%V 初始电压相量%每一次迭代各节点的注入有功和无功相同%前推始节点号% 前推终节点号x=(PQ2(kf,2)2+PQ2(kf,3)2)(V(kf)2); % PQ1(i,1)= RX(i,1)*x+PQ2(kf,2);PQ1(i,2)= RX(i,2)*x+PQ2(kf,3);PQ2(kt,2)= PQ2(kt,2)+PQ1(i,1);PQ2(k

19、t,3)= PQ2(kt,3)+PQ1(i,2); PL=PL+RX(i,1)*x;end angle(1)=0.0; for i=NB:-1:1计算沿线电流平方 A%计算支路首端有功 /MW RX(i,1)R %计算沿支路的无功损耗 /Mvar RX(i,2)X %用 PQ1 去修正支路末端节点的有功 %用 PQ1 去修正支路末端节点的有功%累积计算整个网络的功率损耗P 单位 MWQ 单位Mvar%回代始节点号 %回代终节点号kf=FT(i,2);kt=FT(i,1);dv1=(PQ1(i,1)*RX(i,1)+PQ1(i,2)*RX(i,2)V(kf);dv2=(PQ1(i,1)*RX(i

20、,2)-PQ1(i,2)*RX(i,1)V(kf);V2(kt)=sqrt(V(kf)-dv1)2+(dv2)2); angle(kt)= atand(dv2(V(kf)-dv1)+angle(kf);end%计算支路电压损耗的纵分量%计算支路电压损耗的横分量%计算支路末端电压 /kV%计算支路电压相角(单位度)dv1dv2maxd=abs(V2(2)-V(2);V2(1)=V(1);for i=3:1:NNif abs(V2(i)-V(i)>maxd;maxd=abs(V2(i)-V(i); endend maxd k=k+1 PQ1V=V2%潮流分布 即支路首端潮流%节点电压模计算结

21、果 kVMVAanglePL end clear%节点电压角度计算结果单位度%网损单位 MW输入文件清单：function PQ,FT,RX=case115()PQ=%节点电压 有功 无功10.40010.00.03420.030110.00.06930.064210.00.08450.076310.00.02950.026110.00.04740.040910.00.11760.095710.00.09460.085710.00.09160.085910.00.02710.022910.00.06960.064310.00.06760.057910.00.02980.0242;FT=%首端

22、末端5 413 412 114 310 311 37 69 83 26 28 22 1;RX=% R X4.524 5.043.521 3.9660.02620.02430.05810.12730.02300.12310.09640.08640.34450.13790.17500.72782.4362.8661.1451.284.144.6961.3281.7632.7452.9652.2372.7562.3562.5410.8561.143.7434.2513.3673.685;计算结果：k =8PQ1 =0.02960.02990.06780.14440.02720.13790.11830

23、.09200.38520.16610.18910.8116V =10.4000 9.87959.69919.66529.63779.84929.78729.6870 9.6764 9.65789.62359.64449.73260.4266angle = 0 0.3011 0.4011 0.4250 0.4438 0.3431 0.3942 0.38990.4209 0.4498 0.4823 0.4452PL =0.0488数据分析：经过 8 次迭代，各节点的电压误差均在 0.0001kv 以内，计算到此结束。七、配电网潮流计算的要点1. 需要注意系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内。2

24、. 系统中各种元件 （ 线路、变压器等 ）是否会出现过负荷。3. 在进行电压和功率分布计算以前，先要对网络等值电路作些简化处理。4. 确立前推回代的计算次序。5. 在开始编写程序之前，要了解 matlab 仿真软件，包括其程序的编写，程序的运 行，我们都要清楚的知道6. 为了提高计算精度，重复计算，给出一个容许误差作为计算的收敛的判据。八、自我总结此次课程设计首先让我明白了要使电力系统运行的稳定， 必须经过精密的设计和计 算。在进行课题设计的过程中，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。在此次程序设计中，我在 MATLA编程，13节点配电网潮流计算

25、，WoR文档的编辑 方面均有所提高，之前学过的潮流计算仅限于书本，通过完成这个作业使我对这块知识 了解得更加全面，但也暴露出了一些问题：理论知识还是不足，基本知识不充足，做起 这个大作业难度还是很大的，对 MATLAB勺性能和特点还不能有一个全面的把握，相信 通过以后的学习能弥补这些不足，从而达到一个新的层次。在过程设计中我发现了一些要点，要求得支路的首端功率，从与叶节点联接的支路 开始，该支路的末端功率即等于叶节点功率，利用这个功率和对应的节点电压计算支路 功率损耗，才能求首段功率。 还有在迭代计算开始之前， 先要确定支路的计算顺序问题， 即确定好是深度优先还是广度优先。 要求得各支路终结点

26、的电压的话利用上述所得的支 路首端功率和本步骤刚算出的本支路始节点的电压，从电源点开始逐条支路进行计算。而且在此次课程设计中，我发现了自己的基础知识有很多的不足。这些基础的缺乏 给我的设计计划造成了不小的障碍。在这个过程中，我明白了，只要用心去做，认直去 做，持之以恒，就会有新的发现，有意外的收获。虽然很多错误被克服了，但是系统中难免还有很多不足之处，有些地方感觉做的不 是很正确，希望在以后的学习中能够在同学们的帮助和老师的指导下做得更好九、参考文献1 何仰赞 温增银 . 电力系统分析 . 华中科技大学出版社， 20022蔡旭晖、刘卫国、蔡立燕.MATLAB基础与应用教程D.北京：人民邮电出版社2009附录一 MATLAB 的简介MA