[工学]稳态课程设计.doc

内蒙古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两机五节点网络潮流计算牛拉法指导教师刘景霞时间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。设计内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范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，陈珩，中国电力出版社，2007，第三版2、电力系统分析，韩祯祥，浙江大学出版社，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，中国电力出版社，2007，第一版三、设计要求及成果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（包括以下内容）（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%)。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。40 内蒙古科技大学课程设计论文（电力系统稳态分析）简单网络的潮流分析和计算摘 要在电力系统运行和规划中，都需要研究电力系统稳定运行情况，确定电力系统的稳态运行状态。给定电力系统的网络结构、参数和决定电力系统运行状况的边界条件，确定电力系统运行的方法之一是朝流计算。从数学上说。朝流计算是要求解一组有潮流方程描述的非线性方程组。电力系统潮流计算是电力系统分析中最重要最基本的计算，是电力运行、规划以及安全性、可靠性分析和优化的基础，也是各种电磁暂态和机电暂态分析的基础和出发点。 潮流计算方法的发展是与人们所使用的计算工具的发展相联系的。早期，除了手动潮流外，人们用交流计算台通过物理模拟的方法来分析电力系统稳态运行状态。这种方法虽然直观，物理概念清楚，但受到系统规模等因素的影响，分析大网络的超流会遇到困难。 作为研究电力系统稳定运行情况的一种基本电气计算 ，电力系统常规潮流计算的任务是根据给定的网络结构及运行条件，求出整个网络的运行状态，其中包括各母线的电压、网络中的功率分布以及功率损耗等。 4潮流计算的结果，无论是对于现有系统运行方式的分析研究，还是对规划中供电方案的分析比较，都是必不可少的。它为判别这些运行方式计规划设计方案的合理性、安全可靠性及经济性提供了定量分析的依据。 此外，在进行电力系统静态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算的结果作为其计算的基础；一些故障分析以及优化计算也需要有相应的潮流计算作配合；潮流计算往往成为上述计算程序的一个重要组成部分。以上这些，主要是在系统规划设计及运行方式安排中的应用，属于离线计算范畴。 随着现代化的调度中心的建立，为了对电力系统进行实时安全监控，需要根据实时数据库所提供的信息 电力系统稳态分析 Steady-State Analysis of Power System关键词：潮流分布；雅可比矩阵；修正方程；迭代；导纳矩阵； Analyse and calculate network simple tidal current Abstract1In power system operation and planning, the need to study power system stability operations, set the steady-state operation of the power system state. Given the power system network structure, parameters and decisions operation of the power system boundary conditions, to determine the method of operation of the power system is one of North Korea flow calculation. From mathematical said. North Korea demands solution flow calculation is a set of equations that describe the trend of nonlinear equations. The power flow calculation system is the most important power system analysis in the most basic terms, is the power running, planning and safety, reliability analysis and optimization, is fundamental to all kinds of mechanical and electrical transient electromagnetic transient analysis and the basis and starting point.2The trend is the development of methods used by the people of the development tools associated. Early, in addition to manual trends, people of Taiwan through the exchange of physical simulation approach to the analysis of steady-state operation of the power system state. Although this method intuitive, physical concept clear, but by factors such as size of the system impact analysis of the super-large networks may encounter difficulties.3As a power system stability on one of the basic operation of electrical, power systems conventional flow calculation is based on the mandate given network structure and operating conditions, obtained the entire network operations, including the bus voltage in the network power distribution and power loss, and so on.4The trend of the results, whether the existing system operation mode analysis of the power supply or the planned program of analysis and comparison, are essential. It discriminant operation mode of these planning and design program is reasonable, reliability and economic security provides the basis for quantitative analysis.5In addition, the power system in static and transient stability calculation, it is necessary to use the results of calculating the trend as its calculation is based on a number of fault analysis and optimization calculation also requires corresponding flow calculation for this purpose; flow calculation are often above calculation procedures an important component. These, mainly in the design and planning system operation mode for the application are calculated off-line areas. With the modernization of the establishment of the dispatch center, the power system in order to conduct real-time security monitoring, the need to provide real-time database informationSteady-state power system analysis Steady-State Analysis of Power System Keywords: trend distribution; Jacobian matrix; that equation; iteration; admittance matrix; 内蒙古科技大学课程设计论文（电力系统稳态分析）目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 设计说明11.1.1 硬件要求11.1.2 软件说明11.1.3 采用的数值情况21.2 基础内容2第二章 计算内容42.1 设计思路5 2.2设计流程.62.3 程序设计72.4 程序结果12 总结.34 论文.35参考文献.39内蒙古科技大学课程设计论文（电力系统稳态分析）第一章 引 言1.1 设计说明电力系统的稳定运行状况即是正常运行状况，是指电力系统再稳定运行条件下电压、功率的分布，也称为潮流分布。电力系统分析的潮流计算是电力系统分析的一个重要的部分。通过对电力系统潮流分布的分析和计算，可进一步对系统运行的安全性，经济性进行分析、评估，提出改进措施。同时潮流分布也是电力系统规划设计的一项基础工作。 随着时代的进步，计算机的广泛应用，利用计算机来进行潮流计算已开始广泛应用，所以，这就要求我们要学会使用计算机解决电力系统的各种实际的问题的求解。因此，我们要多学、多用，掌握实践操作的能力，这其中掌握计算机的程序算法是重中之重，因为只有掌握了算法，才能编出计算机程序，才能利用计算机来进行快速求解。 利用计算机解题的方法，不仅提高了解题的效率，而且提高了答案的正确性和精确性。使快速解决故障问题等成为了可能。所以,我们要掌握利用计算机求解实际复杂问题的方法,了解计算过程,并能熟练掌握一些基本的计算机算法.。1.1.1 硬件要求奔腾3,800MHZ以上处理器;128M以上内存;10G以上硬盘的硬件环境为运行1.1.2 软件说明目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算，潮流计算是其基本应用软件之一。现有很多潮流计算方法。对潮流计算方法有五方面的要求：（1）计算速度快（2）内存需要少（3）计算结果有良好的可靠性和可信性（4）适应性好，亦即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其它程序配合的能力强（5）简单。 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，同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、动态分析、绘图等方面也具有强大的功能。 MATLAB程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素是不需要定义的数组。它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。MATLAB与C语言和FORTRAN语言相比更容易被掌握。通过M语言，可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序所需的难度并节省了时间，从而可把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。 另外，MATLAB提供了一种特殊的工具：工具箱（TOOLBOXES）.这些工具箱主要包括：信号处理（SIGNAL PROCESSING）、控制系统（CONTROL SYSTEMS）、神经网络（NEURAL NETWORKS）、模糊逻辑(FUZZY LOGIC)、小波(WAVELETS)和模拟（SIMULATION）等等。不同领域、不同层次的用户通过相应工具的学习和应用，可以方便地进行计算、分析及设计工作。 MATLAB设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原则是简单明了，便于修改。 1.1.3 采用的数值情况本设计内容中所用到的数值完全采用有名值。1.2 基础内容电力系统潮流计算是研究电力系统稳定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电力系统各部分的运行状态。电力系统潮流计算分为在线计算和离线计算两种，本文主要介绍前者。用计算机进行潮流计算的主要步骤是：建立数学模型；确定计算方法；制定框图并编制程序；上机计算并对计算结果进行分析等四步。本文主要介绍前三部分。运用计算机研究潮流计算问题，对数学模型的建立和解题方法的确定又必须解决好收敛性、计算速度和内存量等方面的要求。本文讲述的三种潮流算法，即高斯-赛德尔算法、牛顿-拉夫逊算法和P-Q分解法，正是围绕这着几个方面不断改进、发展、力求完善而形成的。根据电力系统的特点，对极坐标形式的牛顿-拉夫逊的修正方程加以改进和简化发展形成了P-Q分解法。这种方法提高了计算速度、节省了计算机内存，是目前潮流计算方法中应用最广泛的算法。本设计以牛顿拉夫逊直角坐标法利用计算机求解简单网络的潮流分布为主其主要步骤如下【2】：1 形成节点导纳矩阵Y。2 设各节点电压的初值e(0),f(0).3 将各节点的电压初值代入公式4-38a；4-38c;4-45c;4-45b, 求修正方程中的不平衡量pt,qt。4 将各节点的电压初值代入公式4-41a；4-41b；4-49a；4-49c求修正方程的系数矩阵雅可比矩阵的各个元熟H（0）、N（0）、J（0）、L（0）以及R（0）、S（0）。5 解修正方程式，求各节点的电压变化量，即修正量uu,包含实部和虚部。6 计算各节点的电压新值U（i）.7 运用各节点电压的新值自地三步开始进入下一次跌代。8 计算平衡节点功率和，其中平衡节点的功率为。第二章 计算内容2.1设计思路解：形成节点导纳矩阵YB由上图可得相应的节点导纳矩阵Y=6.25-18.75i -5+15i -1.25+3.75i 0 0; -5+15i 10.834-32.5i -1.667+5i -1.667+5i -2.5+7.5i; -1.25+3.75i -1.667+5i 12.917-38.75i -10+30i 0; 0 -1.667+5i -10+30i 12.917-38.75i -1.25+3.75i;0 -2.5+7.5i 0 -1.25+3.75i 3.75-11.25i由于节点1为平衡节点，其他的节点均为PQ节点，系数矩阵，阶数相同。又应对该等值网络，不存在除去与有功功率和电压相位或无功功率和电压大小关系较小的因素的可能性，这两个矩阵，完全相同。他们就由导纳矩阵的虚部部分中除第一行第一列外的各个元素所组成计算各节点有功功率不平衡量取=1.06，=0；=1.0;= =0,计算各节点有功功率不平衡量 =-各节点电压的相位角(弧度)由矩阵方程式 -()=计算各节点无功功率不平衡量按下式计算各节点无功功率不平衡量 =- 由矩阵方程式计算各节点电压大小 -=计算平衡节点功率和线路功率 =()2.2设计流程 PQ分解法潮流计算流程图 2.3、程序设计clccleardisp(节点总数为：);N=5disp(平衡节点为：);1disp(PQ节点为：);JD=2,3,4,5Y=6.25-18.75i -5+15i -1.25+3.75i 0 0; -5+15i 10.834-32.5i -1.667+5i -1.667+5i -2.5+7.5i; -1.25+3.75i -1.667+5i 12.917-38.75i -10+30i 0; 0 -1.667+5i -10+30i 12.917-38.75i -1.25+3.75i;0 -2.5+7.5i 0 -1.25+3.75i 3.75-11.25iG=real(Y);B=imag(Y);B1=B(2:5, 2:5);B2=B1; b1=inv(B1);b2=inv(B2);dt(2)=0; dt(3)=0; dt(4)=0;dt(5)=0;u(2)=1.0;u(3)=1.0;u(4)=1.0;u(5)=1.0;p(2)=0.20;p(3)=-0.45;p(4)=-0.40;p(5)=-0.60;q(2)=0.20;q(3)=-0.15;q(4)=-0.05;q(5)=-0.10;k=0;wucha=1;N1=4;while wucha(1)0.00001; dt(1)=0;u(1)=1.06; for m=2:5 for n=1:5 pt(n)=u(m)*u(n)*(G(m,n)*cos(dt(m)-dt(n)+B(m,n)*sin(dt(m)-dt(n); end disp(各节点有功率不平衡量为：) dp(m)=p(m)-sum(pt) end for m=2:5 u1=diag(u); u2=inv(u1(2:5,2:5); u3=flipud(rot90(u(2:5); u4=u3(1:4,:); dp1=flipud(rot90(dp(2:5); dp2=dp1(1:4,:); dtt=(-b1*dp2/u4)*u2; dtt=dtt(:,1:1); dtt=flipud(rot90(dtt) disp(各节点电压的相位角dt为：) dt(m)=dt(m)+dtt(m-1) end for m=2:5 for n=1:5 qt(n)=u(m)*u(n)*(G(m,n)*sin(dt(m)-dt(n)-B(m,n)*cos(dt(m)-dt(n); end disp(各节点无功率不平衡量为：) qq(m)=q(m)-sum(qt) end for m=2:5 qq1=flipud(rot90(qq(2:5); qq2=qq1(1:4,:);ut=-b2*qq2/u4;disp( 各节点电压的修正量：) ut disp( 各节点电压的大小为：) u(m)=u(m)+ut(m-1) end for n=1:5 U(n)=u(n)*(cos(dt(n)+j*sin(dt(n);endfor n=1:5 I(n)=Y(1,n)*U(n);enddisp(各节点功率s为：)S1=U(1)*sum(conj(I)for m=1:5 for n=1:5 S(m,n)=U(m)*(conj(U(m)-conj(U(n)*conj(-Y(m,n); endenddisp(各节点功率sij为：)Swucha=max(abs(ut)k=k+1end2.4、设计结果：节点总数为：N = 5平衡节点为：ans = 1PQ节点为： JD = 2 3 4 5Y =6.2500 -18.7500i -5.0000 +15.0000i -1.2500 + 3.7500i 0 0 -5.0000 +15.0000i 10.8340 -32.5000i -1.6670 + 5.0000i -1.6670 + 5.0000i -2.5000 + 7.5000i -1.2500 + 3.7500i -1.6670 + 5.0000i 12.9170 -38.7500i -10.0000 +30.0000i 0 0 -1.6670 + 5.0000i -10.0000 +30.0000i 12.9170 -38.7500i -1.2500 + 3.7500i 0 -2.5000 + 7.5000i 0 -1.2500 + 3.7500i 3.7500 -11.2500i各节点有功率不平衡量为：dp =0 0.5000各节点有功率不平衡量为：dp = 0 0.5000 -0.3750各节点有功率不平衡量为：dp = 0 0.5000 -0.3750 -0.4000各节点有功率不平衡量为：dp = 0 0.5000 -0.3750 -0.4000 -0.6000dtt =-0.0370 -0.0855 -0.0918 -0.1086各节点电压的相位角dt为：dt =0 -0.0370 0 0 0dtt =-0.0370 -0.0855 -0.0918 -0.1086各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0370 -0.0855 0 0dtt =-0.0370 -0.0855 -0.0918 -0.1086各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0370 -0.0855 -0.0918 0dtt =-0.0370 -0.0855 -0.0918 -0.1086各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0370 -0.0855 -0.0918 -0.1086各节点无功率不平衡量为：qq = 0 1.2119各节点无功率不平衡量为：qq = 0 1.2119 -0.0773各节点无功率不平衡量为：qq = 0 1.2119 -0.0773 -0.1919各节点无功率不平衡量为：qq =0 1.2119 -0.0773 -0.1919 -0.3196各节点电压的修正量：ut = 0.0395 0 0 0 0.0081 0 0 0 0.0064 0 0 0 0.0001 0 0 0各节点电压的大小为：u =1.0600 1.0395 1.0000 1.0000 1.0000各节点电压的修正量：ut = 0.0395 0 0 0 0.0081 0 0 0 0.0064 0 0 0 0.0001 0 0 0各节点电压的大小为：u = 1.0600 1.0395 1.0081 1.0000 1.0000各节点电压的修正量：ut =0.0395 0 0 0 0.0081 0 0 0 0.0064 0 0 0 0.0001 0 0 0各节点电压的大小为：u = 1.0600 1.0395 1.0081 1.0064 1.0000各节点电压的修正量：ut =0.0395 0 0 0 0.0081 0 0 0 0.0064 0 0 0 0.0001 0 0 0各节点电压的大小为：u =1.0600 1.0395 1.0081 1.0064 1.0001各节点功率s为：S1 = 1.1389 + 0.2403i各节点功率sij为：S = 0 0.7229 + 0.1332i 0.4160 + 0.1071i 0 0 -0.7133 - 0.1044i 0 0.3110 + 0.0850i 0.3469 + 0.0845i 0.6671 + 0.1416i -0.4029 - 0.0676i -0.3052 - 0.0677i 0 0.2083 - 0.0128i 0 0 -0.3398 - 0.0633i -0.2078 + 0.0141i 0 0.0714 + 0.0033i 0 -0.6499 - 0.0900i 0 -0.0710 - 0.0021i 0 k = 1各节点有功率不平衡量为：dp = 0 -0.4117 -0.3750 -0.4000 -0.6000各节点有功率不平衡量为：dp =0 -0.4117 0.0498 -0.4000 -0.6000各节点有功率不平衡量为：dp = 0 -0.4117 0.0498 0.0762 -0.6000各节点有功率不平衡量为：dp = 0 -0.4117 0.0498 0.0762 0.1209dtt = -0.0105 0.0012 0.0017 0.0035各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0474 -0.0855 -0.0918 -0.1086dtt = -0.0105 0.0012 0.0017 0.0035各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0474 -0.0843 -0.0918 -0.1086dtt = -0.0105 0.0012 0.0017 0.0035各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0474 -0.0843 -0.0901 -0.1086dtt =-0.0105 0.0012 0.0017 0.0035各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0474 -0.0843 -0.0901 -0.1050各节点无功率不平衡量为：qq = 0 -0.1367 -0.0773 -0.1919 -0.3196各节点无功率不平衡量为：qq = 0 -0.1367 0.0175 -0.1919 -0.3196各节点无功率不平衡量为：qq = 0 -0.1367 0.0175 0.0237 -0.3196各节点无功率不平衡量为：qq =0 -0.1367 0.0175 0.0237 0.0378各节点电压的修正量：ut = -0.0038 0 0 0 0.0002 0 0 0 0.0004 0 0 0 0.0009 0 0 0各节点电压的大小为：u = 1.0600 1.0358 1.0081 1.0064 1.0001各节点电压的修正量：ut =-0.0038 0 0 0 0.0002 0 0 0 0.0004 0 0 0 0.0009 0 0 0各节点电压的大小为：u =1.0600 1.0358 1.0083 1.0064 1.0001各节点电压的修正量：ut = -0.0038 0 0 0 0.0002 0 0 0 0.0004 0 0 0 0.0009 0 0 0各节点电压的大小为：u = 1.0600 1.0358 1.0083 1.0068 1.0001各节点电压的修正量：ut =-0.0038 0 0 0 0.0002 0 0 0 0.0004 0 0 0 0.0009 0 0 0各节点电压的大小为：u =1.0600 1.0358 1.0083 1.0068 1.0009各节点功率s为：S1 =1.3260 + 0.2508i各节点功率sij为：S = 0 0.9151 + 0.1435i 0.4109 + 0.1072i 0 0 -0.8998 - 0.0977i 0 0.2415 + 0.0816i 0.2741 + 0.0809i 0.5423 + 0.1344i -0.3981 - 0.0687i -0.2378 - 0.0707i 0 0.1903 - 0.0114i 0 0 -0.2695 - 0.0672i -0.1899 + 0.0125i 0 0.0639 + 0.0036i 0 -0.5306 - 0.0995i 0 -0.0636 - 0.0026i 0 k =2各节点有功率不平衡量为：dp = 0 0.0419 0.0498 0.0762 0.1209各节点有功率不平衡量为：dp = 0 0.0419 -0.0044 0.0762 0.1209各节点有功率不平衡量为：dp = 0 0.0419 -0.0044 -0.0044 0.1209各节点有功率不平衡量为：dp = 0 0.0419 -0.0044 -0.0044 -0.0058dtt =0.0016 0.0006 0.0006 0.0008各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0459 -0.0843 -0.0901 -0.1050dtt =0.0016 0.0006 0.0006 0.0008各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0459 -0.0838 -0.0901 -0.1050dtt =0.0016 0.0006 0.0006 0.0008各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0459 -0.0838 -0.0895 -0.1050dtt =0.0016 0.0006 0.0006 0.0008各节点电压的相位角dt为：dt = 0 -0.0459 -0.0838 -0.0895 -0.1043各节点无功率不平衡量为：qq = 0 0.0153 0.0175 0.0237 0.0378各节点无功率不平衡量为：qq = 0 0.0153 -0.0005 0.0237 0.0378各节点无功率不平衡量为：qq = 0 0.0153 -0.0005 -0.0006 0.0378各节点无功率不平衡量为：qq = 0 0.0153 -0.0005 -0.0006 -0.0001各节点电压的修正量：ut = 1.0e-003 * 0.7776 0 0 0 0.5118 0 0 0 0.5491 0 0 0 0.6921 0 0 0各节点电压的大小为：u = 1.0600 1.0366 1.0083 1.0068 1.0009各节点电压的修正量：ut =1.0e-003 * 0.7776 0 0 0 0.5118 0 0 0 0.5491 0 0 0 0.6921 0 0 0各节点电压的大小为：u = 1.0600 1.0366 1.0088 1.0068 1.0009各节点电压的修正量：ut = 1.0e-003 * 0.7776 0 0 0 0.5118 0 0 0 0.5491 0 0 0 0.6921 0 0 0各节点电压的大小为：u = 1.0600 1.0366 1.0088 1.0073 1.0009各节点电压的修正量：ut = 1.0e-003 * 0.7776 0 0 0 0.5118 0 0 0 0.5491 0 0 0 0.6921 0 0 0各节点电压的大小为：u = 1.0600 1.0366 1.0088 1.0073 1.0016各节点功率s为：S1 =1.2936 + 0.2441i各节点功率sij为：S = 0 0.8855 + 0.1383i 0.4081 + 0.1057i 0 0 -0.8712 - 0.0955i 0 0.2475 + 0.0815i 0.2799 + 0.0806i 0.5495 + 0.1333i -0.3954 - 0.0678i -0.2437 - 0.0701i 0 0.1889 - 0.0122i 0 0 -0.2751 - 0.0664i -0.1885 + 0.0132i 0 0.0632 + 0.0033i 0 -0.5376 - 0.0976i 0 -0.0629 - 0.0