基于MATLAB的电力网络潮流计算

1、精选优质文档-倾情为你奉上  编号 课程设计 题 目： 基于MATLAB的电力网络潮流计算 学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 戚树红 指导教师： 刘永科 职称： 副教授 完成日期： 2015 年 6 月 28 日二 一 五 年 五 月河西学院本科生课程设计任务书设 计 题 目基于MATLAB的电力网络潮流计算作 者 姓 名戚树红学院、专业、年级物电学院电气工程及其自动化专业12级1班指导教师姓名、职称刘永科 副教授任务下达日期2015年5月20日1.设计任务1.1设计题目多电压等级的电力网络潮流计算。如图所示110kv环形电力网络，线路型号及长度

2、、负荷功率均已标于图中。1.2原始数据 图中电源a点的运行电压为V=116KV；变电所有两台三绕组变压器，其容量为31.5MVA，额定电压为V容量比为100/100/50，空载损耗 P0=46KW,最大负载损耗 PSmax=175km，空载电流=1.0短路阻抗分别为 =10.5，=10.5，=6.5，变压器高压侧分接头位于+2.5%抽头，中压侧分接头位于+5%抽头;b、c、f点处的电压值，是指三绕组变压器T的三侧绕组的额定电压。2.设计的基本要求2.1设计及计算说明书（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。（2）计算书内容：为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证

3、和定量计算。（3）计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。2.2图纸（1）绘制分析所需的必要图纸（2）图纸要求：用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。(3)说明书后应附录MATLAB程序。3.论文(设计)进度安排阶段论文（设计）各阶段名称起止日期1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料5月20日-5月25日2查阅有关资料5月26日-5月27日3阅读设计要求必读的参考资料5月28日-5月29日4书写设计说明书5月30日-6月20日5小组答辩与质疑6月21日-6月22日6上交设计成果6月30日4.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）1: 陈珩.电力系

4、统稳态分析（第三版）M，北京，中国电力出版社，20072：何仰赞，温增银.电力系统分析第三版M，武汉,华中科技大学出版社，20023：陈悦.电气工程毕业设计指南电力系统分册M，北京，中国水利水电出版社，20084: 郭丽萍，顾秀芳. 电力系统分析课程设计指导及实例分析，水利水电出版社，20115: 华智明，张瑞林. 电力系统，重庆大学出版社，20066:刘振亚. 高低压电网M，北京，中国经济出版社，2005教 研 室 意 见 负责人签名： 年 月 日目录专心-专注-专业摘要 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

5、：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的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，电力系统的潮流计算也是计算机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重要的计算。 潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种，牛顿拉夫逊法，P-Q分解法是数学上解非线性方程组的有效方法，有较好的收敛性。关键词：电力系统潮流计算； MATLAB； P-Q分解法1 设计的基本要求1.1设计及计算说明书（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。（2）计算

6、书内容：为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算。（3）计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。1.2图纸（1）绘制分析所需的必要图纸（2）图纸要求：用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。(3)说明书后应附录MATLAB程序。2 设计题目2.1 潮流计算课题（1）设计题目多电压等级的电力网络潮流计算。如图所示110kv环形电力网络，线路型号及长度、负荷功率均已标于图中。（2）原始数据 图中电源a点的运行电压为V=116KV；变电所有两台三绕组变压器，其容量为31.5MVA，额定电压为V容量比为100/100/50，空载损耗 P0=

7、46KW,最大负载损耗 PSmax=175km，空载电流=1.0短路阻抗分别为 =10.5，=10.5，=6.5，变压器高压侧分接头位于+2.5%抽头，中压侧分接头位于+5%抽头;b、c、f点处的电压值，是指三绕组变压器T的三侧绕组的额定电压。2.2课题分析及求解思路（1）手工潮流计算 此电力系统是一个7节点的电力网络。先将系统中的电力线路和电力变压器转换为相应的等值数学模型，再通过计算发电厂和变电所的运算负荷简化数学模型，最后用前推回推法计算整个网络的潮流分布。（2）计算机潮流计算综合比较牛顿拉夫逊法、PQ分解法等的特点，最后确定采用PQ分解法，因为此方法所需解得方程组相对较少。首先写出节点

8、导纳矩阵，分析各节点的类型，找出待求量，然后确定潮流方程，用PQ分解法分析。3 电力系统手工潮流计算3.1 电力线路数学模型的建立（1）电力线路电阻计算 对于有色金属导线（铝线、刚性铝线和铜线）。它们每相单位长度的电阻可按下式计算： （31） 式中： 导线单位长度的电阻（/km）； 导线材料的电阻率（）； S导线的额定截面（）。 在电力系统计算中，导线的电阻率采用下列数值：铝为31.5，铜为18.8，它们略大于这些材料的直流电阻率。（2）电力线路阻抗计算 对于有色金属导线（铝线、刚性铝线和铜线）。它们每相单位长度的阻抗可按下式计算： （32） 式中： 导线单位长度的电抗（）； 导线的半径（mm

9、或cm）； 几何均距（mm或cm）。（3）电力线路电纳计算 对于有色金属导线（铝线、刚性铝线和铜线）。它们每相单位长度的电纳可按下式计算： （33） 式中： 导线单位长度的电纳（s/km） 导线的半径（mm或cm）； 几何均距（mm或cm）。（4）变压器的阻抗 （34） （35） 式中：变压器的额定电压（KV）； 变压器最大短路损耗功率(KW)； 变压器的额定容量（MVA）。 （36） （37） 式中： 变压器的额定电压（KV）； 变压器的额定容量（MVA）； 、变压器各绕组两两之间的短路电压（KV）； 、变压器各绕组的短路电压（KV）。（5）变压器导纳 （38） 式中： 变压器的额定电压（K

10、V）； 变压器空载损耗（KW）。 （39） 式中： 电压器的空载电流百分值； 变压器的额定容量（MVA）； 变压器的额定电压（KV）。3.2 电力线路及变压器参数的计算（1）电力线路LGJ150参数如表3-1所示。 表3-1电力线路LGJ150参数表参数r（）x（）b( S / KM )电力线路参数如下 电力线路L1、L2：型号LGJ150，电阻： 电抗： 电纳： 电力线路L3：型号LGJ150，电阻： 电抗： 电纳： （2）电力线路LGJ95参数如表3-2所示。表3-2电力线路LGJ95参数表参数r（）x（）b( S / KM )LGJ950.3320.429电力线路参数如下：电力线路L4：

11、型号LGJ95，电阻： 电抗： 电纳： 整理可得电力线路的参数如表3-3所示。表3-3电力线路参数表线路L1、L2L3L4电阻14.71.051.328电抗29.122.081.716电纳（3）变压器的参数如下：三绕组变压器T，其容量为31.5 MVA，额定电压为容量比为100/100/50(以高压侧110KV计算)。计算参数：变压器高压侧分接头位于+2.5%抽头，中压侧分接头位于+5%抽头。电阻：电抗： 导纳：系统数学模型图如下： 变压器变比如下：线路L3，L4折算到110KV的电阻、电抗、电纳如下：线路等值电路图如下：4 系统的简化4.1 变压器、运算功率及运算负荷节点A：节点B:节点D：

12、节点E：节点F： 4.2 系统简化图5 基于MATLAB的P-Q潮流计算5.1 P-Q潮流计算方法 潮流计算的修正方程式 以极坐标表示的一种修正方程式为： （51） 或简写为： （52）或展开为： （53）一般线路两端电压的相角差是不大的，通常不超过10-20度，因此可以认为 （54）另外，与系统各节点无功功率相应的导纳必定远远小于该节点自导纳的虚部，即 （55） 因此就有 （56） 考虑到以上关系后，系数矩阵中的元素表达式可以化简为 （57）系数矩阵可表示为 （58）还可以把他们表示为以下矩阵的乘积 （59）将它带入，并利用乘法结合律，我们可以把修正方程式变为 （510）及 （511）将以上

13、两式的左右两侧用以下矩阵左乘 （512）可以得到 （513）及 （514） 以上两式就是PQ分解法达到修正方程式，其中系数矩阵只不过是系统导纳矩阵的虚部，因而是对称矩阵，而且在迭代过程中维持不变，它们与功率误差方程式 （515）构成了PQ分解法迭代过程中基本的计算公式，其迭代步骤大致是：（1）根据求得的Y矩阵形成有功迭代和无功迭代的简化雅克比矩阵；（2）给定各节点电压相角初值和各节点电压初值；（3）根据(15)计算各节点有功功率误差，并求出；（4）解修正方程式(13)，并进而计算各节点电压向量角度的修正量；（5）修正各节点电压向量角度；（6）根据式(16)计算各节点无功功率误差，计算时电压相角

14、用最新的修正值，并求出；（7）解修正方程式(14)，求出各节点电压幅值的修正量；（8）修正各节点电压幅值；（9）返回(2)进行迭代，直到各节点功率误差及电压误差都满足收敛条件。 5.2 PQ潮流计算 PQ分解法潮流法计算流程图： 系统导纳矩阵Y： 以表幺值表示的导纳矩阵Y： 系数矩阵： 表5-1 系统初设置节点电压数值1.05454111111节点功率因数角数值0000000表5-2 迭代过程中各节点电压的变化迭代次数11.11111121.1.1.1.1.1.1.31.1.1.1.1.1.1.41.1.1.1.1.1.1.51.1.1.1.1.1.1.61.1.1.1.1.1.1.71.1.

15、1.1.1.1.1.81.1.1.1.1.1.382731.91.1.1.1.1.1.1.101.1.1.1.1.1.1.111.1.1.1.1.1.1.表5-3 各点功率因数角迭代次数10000000200.0.0.0.0.0.300.0.0.0.0.0.400.0.0.0.0.0.500.0.0.0.0.0.600.0.0.0.0.0.700.0.0.0.0.0.800.0.0.0.0.0.900.0.0.0.0.0.1000.0.0.0.0.0.表5-4 各点功率的差值迭代次数10.0.0.0.0.0.2-0.0.-0.-0.-0.-0.30.-0.-0.-0.0.0.4-0.0.0.0

16、.-0.-0.50.-0.-0.-0.0.0.6-0.0.0.0.-0.-0.70.-0.-0.-0.0.0.8-0.-0.0.0.-0.-0.90.0.-0.-0.0.0.10-0.-0.0.0.-0.-0.迭代次数10.-0.0.0.0.0.2-0.0.0.0.-0.-0.30.0.-0.-0.0.0.4-0.-0.0.0.-0.-0.50.0.-0.-0.0.0.6-0.-0.0.0.-0.-0.70.0.-0.-0.0.0.8-0.-0.0.0.-0.-0.90.0.-0.-0.0.0.10-0.0.0.0.-0.-0. 表5-5 潮流计算结果各节点 电压电压/KV116114.444

17、.5645.0144.8712.15 计算平衡节点功率和线路功率迭代收敛后，就可计算平衡节点功率和线路功率，计算结果如下： =（1.+j0）(3.3396+j6.6187)(1.-j0)+(-3.3396-j6.61 87)(1.+j0.)+j2.581=2.25132+j1.57346 表5-6 各线路功率： jiABDEFGA0+j01.05858+j4.310860+j00+j00+j00+j0B1.05858+j4.310860+j00+j00+j00+j00+j0D0+j00+j00+j0-0.64723+j0.916150+j00+j0E0+j00+j0-0.64723+j0.91

18、6150+j0-0.86852+j0.825880+j0F0+j00+j00+j0-0.86852+j0.0+j00+j0G0+j00+j00+j00+j00+j00+j06 总结 从本次电力系统潮流计算课程设计中，通过计算在不同的负荷下各支路节点潮流分布的变化，分析负荷变动时，对电压，功率的影响，我们掌握了常用的调整电压的措施，锻炼了自己实际操作分析能力。使我在潮流计算、MATLAB的使用方面均有所提高，但也暴露出了一些问题；理论知识的储备还是不足，对MATLAB的性能和特点还不能有一个全面的把握，对MATLAB的使用不够熟悉，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。 此次课

19、程设计，让我充分了解了解到精准的潮流计算不仅可以节省能源并充分发挥能源的作用，还可以使电网处于稳定且平稳的状态，这对电网的完全运行起到关键性的作用。附录 MATLAB程序 主函数： clc format long Y=0.0276-0.0547i,-0.0276+0.0547i,0,0,0,0,0;-0.0276+0.0547i,0.03035-0.1264i,-0.00275+0.0717I,0,0,0,0;0,0.00275+0.0717i,0.04295-0.i,-0.0136+0.151i,0,0,-0.0266+0.15566i;0,0,-0.0136+0.151i,0.03824-

20、0.2002i,-0.02482+0.0492i,0,0,0,0,0,-0.02482+0.0492i,0.06105-0.09601i,-0.03623+0.04681i,0;0,0,0,0,-0.03623+0.04681i,0.03623-0.04681i,0;0,0,-0.0266=0.15566i,0,0,0,0.0266-0.15566i;YB=100/1102*ones(7,7);Y=Y./YBFor m=1:6 For n=1:6 B（m,n）=imag(Y(m+1,n+1); endendBu=0. 1 1 1 1 1 1;ul=1 1 1 1 1 1;q=0 0 0 0 0

21、 0 0;p=0.00092 0 0.12 0.03 0.05 0.2;q=-0.01692 0 0.08989 0.01981 0.02992 0.15;dp=p;dp=q;B=inv(B); For 1=1:10 dp=p; dp=q; for m=1:6 for n=1:7dp=(m)=dp(m)-u(m+1)*u(n)*real(Y(m+1,n)*cos(g(m+1)-g(n)+imag(Y(m+1,n)*sin(g(m+1)-g(n);end end for m=1:6for n=1:7dp=(m)=dp(m)-u(m+1)*u(n)*real(Y(m+1,n)*sin(g(m+1)-g(n)-imag(Y(m+1),n)*cos(g(m+1)-g(n); end end