电力系统课程设计答案.doc

word完美格式电力系统分析课程设计题 目 电力系统分析课程设计 学 院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 月 日至 月 日 共 周指导教师(签字) 院 长(签字) 摘 要潮流计算是电力系统的一项重要分析功能，是进行故障计算，继电保护整定，安全分析的必要工具。传统的潮流计算程序缺乏图形用户界面，结果显示不直观，难于与其他分析功能集成。网络原始数据输入工作量大且易于出错。随着计算机技术的飞速发展，MICROSOFT WINDOWS操作系统早已被大家所熟悉，其友好的图形用户界面已成为PC机的标准，而DOS操作系统下的应用程序因其界面不够友好，开发具有WINDOWS风格界面的电力系统分析软件已成为当前的主流趋势。另外，传统的程序设计方法是结构化程序设计方法，该方法基于功能分解，把整个软件工程看作是一个个对象的组合，由于对某个特定问题域来说，该对象组成基本不变，因此，这种基于对象分解方法设计的软件结构上比较稳定，易于维护和扩充。本文通过一个实例介绍了潮流计算的手算和计算机算法。结合电力系统的特点，软件采用 MATLAB语言运行于WINDOWS操作系统的图形化潮流计算软件. 电力系统的潮流计算是电力系统分析课程基本计算的核心部分之一。它既有自身的独立意义，又有电力系统规划设计、运行和研究的理论基础，因此课程设计的重要性自不待言。关键词：电力系统潮流计算；牛顿拉夫逊法潮流计算； MATLAB一、设计内容及要求复杂网络牛顿拉夫逊法潮流分析与计算的设计电力系统潮流计算是电力系统中一项最基本的计算，设计内容为复杂网络潮流计算的计算机算法牛顿-拉夫逊法。首先，根据给定的电力系统简图，通过手算完成计算机算法的两次迭代过程，从而加深对牛顿-拉夫逊法的理解，有助于计算机编程的应用。其次，利用计算机编程对电力系统稳态运行的各参数进行解析和计算；编程完成复杂网络的节点导纳矩阵的形成；电力系统支路改变、节点增减的程序变化；编程完成各元件的功率损耗、各段网络的电压损耗、各点电压、功率大小和方向的计算。二、设计原始资料1、给出一个六节点、环网、两电源和多引出的电力系统；2、给出一个五节点、环网、两电源和多引出的电力系统；参数给定，可以选用直角坐标表示的牛拉公式计算，也可以选用极坐标表示的牛拉公式计算。三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分设计报告和手算潮流的步骤及结果2图纸部分：电气接线图及等值电路；潮流计算的计算机算法，即程序；运算结果等以图片的形式附在设计报告中。四、进程安排第一周：第一天上午：选题，查资料，制定设计方案；第一天下午第五天：复习潮流计算的计算机算法，完成给定网络的潮流计算；第二周：第一四天：利用matlab编程完成潮流计算，并对照手算结果，分析误差第五天下午：答辩，交设计报告。五、主要参考资料电力系统分析（第三版） 于永源主编，中国电力出版社，2007年电力系统分析，何仰赞 温增银编著，华中科技大学出版社，2002年版；电力系统分析，韩桢祥主编，浙江大学出版社，2001年版；电力系统稳态分析，陈珩 编，水利电力出版社；复杂网络N-R法潮流分析与计算的设计一、 设计题目系统图的确定系统等值电路如图，利用N-R法计算系统潮流，取误差系数=10-5。该系统中，节点1为平衡节点，保持U1=1.05+j0为定值，节点6为PV节点，其他都是PQ节点。给定的注入电压、变压器阻抗、线路阻抗和线路对地电纳的一半和输出功率的标幺值与见下表。U1U2U3U4U5U6T1T2Y/21.051.001.001.001.001.05j0.03j0.015j0.25节点23456功率2+j11.8+j0.401.6+j0.83.7+j1.35 电力系统图 电力系统等值阻抗图2.各节点的初值及阻抗参数该系统中，节点为平衡节点，保持=1.05+j0为定值，节点为PV节点，其他四个节点都是PQ节点。给定的注入电压标幺值、线路阻抗标幺值、线路阻抗标幺值、输出功率标幺值和变压器变比标幺值如图2所示的注释。二、 N-R法的求解过程1、 给定个节点电压初始值2、 将以上电压初始值代入下式（1）式，求出修正方程式常数项向量、 3、 将电压初始值代入下式（2）式，求出修正方程式中系数矩阵（雅可比矩阵）的个元素（为2（n-1）阶方阵）。4、 解修正方程式，求出修正量5、修正各节点电压6、将再代入（1）式，求出7、校验是否收敛，其收敛条件为式中，为向量中大分量的绝对值。这个收敛条件比较直观，它可以直接显示出最终结果的功率误差8、如果收敛，就进一步计算各段电力线路潮流和平衡节点功率，并打印出计算结果；如果不收敛，转回3步进行下一次迭代计算，直到收敛为止。三、手算潮流计算用图中数据和等值网络形成节点导纳矩阵1节点导纳矩阵对角线上的元素为：非对角线上的元素为：所以导纳矩阵为Z=-j33.33333 j31.74603 0 0 0 0 j31.74603 1.53174-j37.41662 -0.90772+j3.78215 0 -0.62402+j3.90016 0 0 -0.90772+j3.78215 1.7376-j6.39418 -0.82988+j3.11203 0 0 0 0 -0.82988+j3.11203 1.5846-j5.25354 -0.75472+j2.64151 0 0 -0.62402+j3.90016 0 -0.75472+j2.64151 1.37874-j66.5103 j63.49206 0 0 0 0 j63.49206 -j66.66667 2.设各节点电压初始值为：U=e+fe1=1.05 f1=0e2=1f2=0e3=1f3=0e4=1f4=0e5=1f5=0e6=1.05f6=03.用公式对PQ和PV节点求取，得 -2 2.59948 -1.8 0.1 -1.6 -0.3 -3.70 5.39558 5 04求取雅可比矩阵 a= -1.53176 -41.01564 0.90772 3.78215 0 0 0.6240 3.90016 0 0-33.81760 1.53174 3.78215 -0.90772 0 0 3.90016 -0.62402 0 00.90772 3.78215 -1.7376 -6.89418 0.82988 3.11203 0 0 0 03.78215 -0.90772 -5.89418 1.7376 3.11203 -0.82988 0 0 0 00 0 0.82988 3.11203 -1.5846 -5.75354 0.75472 2.64151 0 00 0 3.11203 -0.82988 -4.75354 1.5846 2.64151 -0.75472 0 00.6240 3.90016 0 0 0.75472 2.64151 -1.37874 -73.20831 0 63.492063.90016 -0.6240 0 0 2.64151 -0.75472 -59.81227 1.37874 63.49206 00 0 0 0 0 0 0 66.66667 0 -63.492060 0 0 0 0 0 0 0 -2.1 05求修正量矩阵x = -0.0947033803125 0.12300032640518 0.06118167496944 0.60440539310278 0.13158685693705 0.63776570871014 -0.0962479998280 0.15856921825151 0.00000000000000 0.08774769231509 6计算修正各节点电压=1.0500 =1.0947033803125 = 0.93881832503056 = 0.86841314306295 = 1.096247999828 =1.050000000000 =0 =-0.12300032640518 =-0.60440539310278 =-0.63776570871014 =-0.15856921825151 =-0.08774769231509四、计算机算法潮流计算牛顿拉夫逊法的程序框图结果显示：Y = 0 -33.3333i 0 +31.7460i 0 0 0 0 0 +31.7460i 1.5317 -37.4166i -0.9077 + 3.7822i 0 -0.6240 + 3.9002i 0 0 -0.9077 + 3.7822i 1.7376 - 6.3942i -0.8299 + 3.1120i 0 0 0 0 -0.8299 + 3.1120i 1.5846 - 5.2535i -0.7547 + 2.6415i 0 0 -0.6240 + 3.9002i 0 -0.7547 + 2.6415i 1.3787 -66.5103i 0 +63.4921i 0 0 0 0 0 +63.4921i 0 -66.6667i次数time= 1雅可比矩阵JJ= 0.0312 29.5393 -1.5317 -37.4166 0.9077 3.7822 0 0 0.6240 3.9002 33.9528 0.0312 -37.4166 1.5317 3.7822 -0.9077 0 0 3.9002 -0.6240 0 0 0.9077 3.2822 -1.7376 -6.3942 0.8299 3.1120 0 0 0 0 4.2821 -0.9077 -6.3942 1.7376 3.1120 -0.8299 0 0 0 0 0 0 0.8676 2.4800 -1.5846 -5.2535 0.7547 2.6415 0 0 0 0 3.7441 -0.7921 -5.2535 1.5846 2.6415 -0.7547 0 0 0.6240 3.9002 0 0 0.6858 -0.7310 -1.3787 -66.5103 0 0 3.9002 -0.6240 0 0 6.0140 -0.8237 -66.5103 1.3787 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.1000 0E = 0.8137 0.8366 0.6713 0.6636 1.0500 1.0500F = -0.1896 -0.2825 -0.7053 -0.6191 -0.0714 0U = 0.8137 - 0.1896i 0.8366 - 0.2825i 0.6713 - 0.7053i 0.6636 - 0.6191i 1.0500 - 0.0714i 1.0500 dU = 0.1863 0.1896 0.1634 0.2825 0.3287 0.7053 0.3364 0.6191 0 0.0714PQ = -1.9688 1.2067 -1.8000 0.1000 -1.5623 -0.1679 -3.7689 2.0725 5.0000 0precision = 5次数time= 2雅可比矩阵JJ= 7.6062 24.4159 -8.3403 -30.1569 1.4557 2.9056 0 0 1.2472 3.0554 27.2498 -4.4313 -30.1569 8.3403 2.9056 -1.4557 0 0 3.0554 -1.2472 0 0 3.4865 2.4260 -3.2599 -4.8584 1.5734 2.3690 0 0 0 0 3.3894 -0.1690 -4.8584 3.2599 2.3690 -1.5734 0 0 0 0 0 0 3.9187 0.4693 -4.7692 -2.4089 2.3697 1.2409 0 0 0 0 2.5381 -1.5855 -2.4089 4.7692 1.2409 -2.3697 0 0 2.8286 2.2020 0 0 3.7251 -1.1059 -42.0899 -43.2856 0 0 2.2020 -2.8286 0 0 3.6775 -0.5472 -43.2856 42.0899 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.1000 -0.1429E = 1.1261 1.1333 0.8698 0.7324 1.0476 1.0500F = -0.1055 -0.2062 -0.5336 -0.4376 -0.0714 0U = 1.1261 - 0.1055i 1.1333 - 0.2062i 0.8698 - 0.5336i 0.7324 - 0.4376i 1.0476 - 0.0714i 1.0500 dU = -0.3124 -0.0841 -0.2967 -0.0762 -0.1985 -0.1717 -0.0688 -0.1815 0.0024 0PQ = -0.4396 -0.1479 -0.2762 -0.4656 -0.0873 -0.9285 -1.1649 -0.6965 0 -0.0051precision = 1.1649次数time= 3雅可比矩阵JJ= 5.1274 34.8149 -5.6738 -41.9740 1.4214 4.1634 0 0 1.1143 4.3262 36.6848 -1.5735 -41.9740 5.6738 4.1634 -1.4214 0 0 4.3262 -1.1143 0 0 3.2041 3.4717 -3.2879 -6.8880 1.5823 3.3556 0 0 0 0 4.7263 -0.4133 -6.8880 3.2879 3.3556 -1.5823 0 0 0 0 0 0 3.1837 0.8345 -4.1815 -3.7238 2.0659 1.8948 0 0 0 0 3.6933 -1.5811 -3.7238 4.1815 1.8948 -2.0659 0 0 2.1636 2.5835 0 0 4.3148 -2.1031 -30.1120 -48.1109 0 0 2.5835 -2.1636 0 0 5.3120 0.8976 -48.1109 30.1120 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.0951 -0.1429E = 1.1221 1.1336 0.8716 0.7159 1.0476 1.0500F = -0.0117 -0.1248 -0.5167 -0.4513 -0.0714 0U = 1.1221 - 0.0117i 1.1336 - 0.1248i 0.8716 - 0.5167i 0.7159 - 0.4513i 1.0476 - 0.0714i 1.0500 dU = 0.0040 -0.0939 -0.0004 -0.0814 -0.0019 -0.0169 0.0165 0.0137 0.0000 -0.0000PQ = 0.0997 -0.1346 -0.0892 0.0231 -0.1403 0.0157 -0.1689 0.2752 -0.0000 -0.0000precision = 0.2752次数time= 4雅可比矩阵JJ= 2.1458 34.7123 -2.1557 -41.9669 1.0627 4.2333 0 0 0.7458 4.3690 36.5315 1.4043 -41.9669 2.1557 4.2333 -1.0627 0 0 4.3690 -0.7458 0 0 3.0372 3.6423 -2.7679 -7.0318 1.3292 3.4243 0 0 0 0 4.7064 0.0350 -7.0318 2.7679 3.4243 -1.3292 0 0 0 0 0 0 3.2852 0.7975 -4.0959 -3.7604 2.0228 1.9125 0 0 0 0 3.7700 -1.3777 -3.7604 4.0959 1.9125 -2.0228 0 0 2.2069 2.5105 0 0 4.6076 -2.0746 -31.0036 -46.9932 0 0 2.5105 -2.2069 0 0 5.1756 1.1428 -46.9932 31.0036 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.0951 -0.1429E = 1.1201 1.1321 0.8731 0.7174 1.0476 1.0500F = -0.0113 -0.1244 -0.5167 -0.4519 -0.0714 0U = 1.1201 - 0.0113i 1.1321 - 0.1244i 0.8731 - 0.5167i 0.7174 - 0.4519i 1.0476 - 0.0714i 1.0500 dU = 0.0020 -0.0004 0.0016 -0.0004 -0.0014 -0.0001 -0.0015 0.0006 0.0000 0.0000PQ = 0.0024 -0.0001 0.0078 0.0114 -0.0007 0.0027 -0.0056 -0.0023 0.0000 -0.0000precision = 0.0114次数time= 5雅可比矩阵JJ= 2.1354 34.6468 -2.1387 -41.8916 1.0595 4.2260 0 0 0.7430 4.3614 36.4683 1.4174 -41.8916 2.1387 4.2260 -1.0595 0 0 4.3614 -0.7430 0 0 3.0309 3.6468 -2.7627 -7.0223 1.3267 3.4197 0 0 0 0 4.6905 0.0345 -7.0223 2.7627 3.4197 -1.3267 0 0 0 0 0 0 3.2881 0.8064 -4.0978 -3.7680 2.0237 1.9163 0 0 0 0 3.7701 -1.3767 -3.7680 4.0978 1.9163 -2.0237 0 0 2.2100 2.5161 0 0 4.6104 -2.0690 -31.0428 -47.0929 0 0 2.5161 -2.2100 0 0 5.1771 1.1403 -47.0929 31.0428 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.0951 -0.1429E = 1.1201 1.1320 0.8731 0.7174 1.0476 1.0500F = -0.0113 -0.1244 -0.5167 -0.4519 -0.0714 0U = 1.1201 - 0.0113i 1.1320 - 0.1244i 0.8731 - 0.5167i 0.7174 - 0.4519i 1.0476 - 0.0714i 1.0500 dU = 1.0e-005 * 0.1966 -0.0481 0.1552 -0.0453 -0.1877 -0.1040 -0.1272 -0.1305 -0.0000 0PQ = 1.0e-004 * -0.0319 -0.0180 0.0939 0.1495 0.0312 -0.0620 -0.0088 -0.0317 0 0.0000precision = 1.4954e-005次数time= 6雅可比矩阵JJ= 2.1354 34.6467 -2.1387 -41.8915 1.0595 4.2260 0 0 0.7430 4.3614 36.4682 1.4175 -41.8915 2.1387 4.2260 -1.0595 0 0 4.3614 -0.7430 0 0 3.0309 3.6468 -2.7627 -7.0223 1.3267 3.4197 0 0 0 0 4.6904 0.0345 -7.0223 2.7627 3.4197 -1.3267 0 0 0 0 0 0 3.2881 0.8064 -4.0978 -3.7681 2.0237 1.9163 0 0 0 0 3.7701 -1.3767 -3.7681 4.0978 1.9163 -2.0237 0 0 2.2100 2.5161 0 0 4.6104 -2.0690 -31.0427 -47.0930 0 0 2.5161 -2.2100 0 0 5.1771 1.1403 -47.0930 31.0427 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.0951 -0.1429E = 1.1201 1.1320 0.8731 0.7174 1.0476 1.0500F = -0.0113 -0.1244 -0.5167 -0.4519 -0.0714 0U = 1.1201 - 0.0113i 1.1320 - 0.1244i 0.8731 - 0.5167i 0.7174 - 0.4519i 1.0476 - 0.0714i 1.0500 dU = 1.0e-011 * 0.1748 0.3054 0.1691 0.2967 -0.0946 0.1358 0.0568 0.0980 -0.0000 0PQ = 1.0e-010 * -0.1365 -0.0187 0.1313 0.1907 -0.0803 -0.0356 0.1180 0.0176 0 0.0000precision = 1.9074e-011S = -19.5876 +27.9344i线路流动功率S12 = -0.0000 + 2.5240iS25 = -0.0000 + 2.5240iS23 = 4.7133 + 1.7798iS34 = 3.4698 + 1.3835iS45 = 0.3937 + 1.3666iS56 = -28.1644 +18.3564i功率损耗S = -19.5876 +27.9344i附件计算机算法程序：y11=-33.33333j;y12=31.74603j;y13=0;y14=0;y15=0;y16=0;y21=31.74603j;y22=1.53174-37.41662j;y23=-0.90772+3.78215j;y24=0;y25=-0.62402+3.90016j;y26=0;y31=0;y32=-0.90772+3.78215j;y33=1.7376-6.39418j;y34=-0.8299+3.11203j;y35=0; y36=0;y41=0;y42=0;y43=-0.82988+3.11203j;y44=1.5846-5.25354j;y45=-0.75472+2.64151j;y46=0;y51=0;y52=-0.62402+3.90016j;y53=0;y54=-0.75472+2.64151j;y55=1.37874-66.5103j;y56=63.49206j;y61=0;y62=0;y63=0;y64=0;y65=63.4921j;y66=-66.66667j;Y=y11 y12 y13 y14 y15 y16; y21 y22 y23 y24 y25 y26;y31 y32 y33 y34 y35 y36; y41 y42 y43 y44 y45 y46;y51 y52 y53 y54 y55 y56;y61 y62 y63 y64 y65 y66W=zeros(6); for i=1:6 %导纳矩阵第一行放到最后一行，方便下面程序执行。W(1,i)=Y(1,i);endfor i=1:6Y(1,i)=Y(2,i);Y(2,i)=Y(3,i);Y(3,i)=Y(4,i);Y(4,i)=Y(5,i);Y(5,i)=Y(6,i);Y(6,i)=W(1,i);endE(1)=1.00;E(2)=1.00;E(3)=1.00; E(4)=1.00; E(5)=1.05; %为方便程序计算，以下程序节点1放到最后当做6点，F(1)=0;F(2)=0;F(3)=0;F(4)=0;F(5)=0;G=real(Y);B=imag(Y);S(1)=-2-1j;S(2)=-1.8-0.4j;S(3)=-1.6-0.8j;S(4)=-3.7-1.3j;S(5)=5;P=real(S);Q=imag(S);k=0;precision=1;N1=5;while precision0.00001 E(6)=1.05;F(6)=0; for m=1:N1 for n=1:N1+1 Pt(n)=(E(m)*(G(m,n)*E(n)-B(m,n)*F(n)+F(m)*(G(m,n)*F(n)+B(m,n)*E(n); Qt(n)=(F(m)*(G(m,n)*E(n)-B(m,n)*F(n)-E(m)*(G(m,n)*F(n)+B(m,n)*E(n); end dP(m)=P(m)-sum(Pt); dQ(m)=Q(m)-sum(Qt); end for m=1:N1 for n=1:N1+1 Bi(n)=G(m,n)*F(n)+B(m,n)*E(n); Ai(n)=G(m,n)*E(n)-B(m,n)*F(n); end H(m,m)=-sum(Bi)+B(m,m)*E(m)-G(m,m)*F(m); N(m,m)=-sum(Ai)-G(m,m)*E(m)-B(m,m)*F(m); J(m,m)=-sum(Ai)+G(m,m)*E(m)+B(m,m)*F(m); L(m,m)=sum(Bi)+B(m,m)*E(m)-G(m,m)*F(m); endfor m=1:N1 JJ(2*m-1,2*m-1)=N (m,m); JJ(2*m-1,2*m)=H(m,m); JJ(2*m,2*m-1)=L(m,m); JJ(2*m,2*m)=J(m,m); endfor m=1:N1 for n=1:N1 if m=n else H(m,n)=B(m,n)*E(m)-G(m,n)*F(m); N(m,n)=-B(m,n)*F(m)-G(m,n)*E(m); J(m,n)=B(m,n)*F(m)+G(m,n)*E(m); L(m,n)=B(m,n)*E(m)-G(m,n)*F(m); JJ(2*m-1,2*n)=H(m,n);JJ(2*m-1,2*n-1)=N(m,n); JJ(2*m,2*n)=J(m,n); JJ(2*m,2*n-1)=L(m,n); end end endfor i=1:8JJ(10,i)=0;endJJ(10,9)=-2*E(5);JJ(10,10)=2*F(5); for m=1:N1 PQ(2*m-1)=dP(m); PQ(2*m)=dQ(m);endPQ(10)=1.05*1.05-(E(5)2+F(5)2); dU=inv(JJ)*PQ; precision=max(abs(PQ); for n=1:N1 F(n)=F(n)-dU(2*n); E(n)=E(n)-dU(2*n-1); end for n=1:N1+1 U(n)=E(n)+(F(n)*j;