电力系统分析课程设计-复杂网络牛顿—拉夫逊法潮流分析与计算的设计.doc

山东交通学院电力分析课程设计报告书院(部)别 信息科学与电气工程学院 班 级 xxx 学 号 xxx 姓 名 xxx 指导教师 xxx 时 间 2013.11.18-2013.11.29 山东交通学院 电力系统分析课程设计课 程 设 计 任 务 书题 目 电力系统分析课程设计 学 院 信息科学与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 xxx 学生姓名 xxx 学 号 xxx 11 月 19 日至 12 月 2 日 共 2 周指导教师(签字) 院 长(签字) 年 月 日目录第一节 设计任务2一、设计内容及要求2二、设计原始资料2三、设计完成后提交的文件和图表2四、进程安排3五、主要参考资料3第二节 复杂网络牛顿-拉夫逊法潮流分析与计算的设计4一、设计题目4二、牛顿-拉夫逊法的求解过程6第三节 手算潮流计算8第四节 计算机算法潮流计算10一、计算机程序的实现10二、计算机程序的结果11总结18参考文献19附录20第一节 设计任务一、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；参数给定，利用牛顿-拉夫逊计算精度要求各节点电压的修正量不大于105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三、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；第二节 复杂网络牛顿-拉夫逊法潮流分析与计算的设计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。一、设计题目1.系统图的确定选择六节点、环网、两电源和多引出的电力系统，简化电力系统图如图1所示，等值阻抗图如图2所示。运用以直角坐标表示的牛顿-拉夫逊计算如图1所示系统中的潮流分布。计算精度要求各节点电压的误差或修正量不大于。 图1 电力系统图图画对了，计算啥的就不管了，反正也不会算图2 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。表1 各节点电压标幺值参数UUUUUU1.051.001.001.001.001.05表2 线路、变压器阻抗标幺值 数据也不一样线路T1L2L3L4L5T2阻抗j0.030.06+j0.250.04+j0.250.08+j0.300.1+j0.35j0.015表3 节点输出功率节点功率2+j11.8+j0.401.6+j0.83.7+j1.35注：各PQ节点的电压取1是为了方便计算和最后验证程序的正确性。二、牛顿-拉夫逊法的求解过程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，求出修正量方法：将雅可比矩阵化简为上三角阵或下三角阵求雅可比矩阵的逆矩阵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。用图1和图2的数据和等值网络形成节点导纳矩阵第三节 手算潮流计算 1. 节点导纳矩阵 由图1可知，该系统以串联支路的阻抗标幺值和对地并联导纳标幺值得等值电路如图2所示。以图2可得相应的节点导纳矩阵。对角线上的元素为：非对角线上的元素为：所以导纳矩阵为2.计算各节点功率的修正方程的初始值（不平衡量）根据上述牛顿-拉夫逊法的求解过程，将各节点电压的初始值代入（1）式和（2）式，进行潮流计算。设各节点电压初始值为：e1=1.05 f1=0 e2=1 f2=0 e3=1 f3=0 e4=1 f4=0 e5=1 f5=0 e6=1.05 f6=0求出修正方程式常数项向量=3、将电压初始值代入（3）式 求得雅克比矩阵各元素。雅科比矩阵JJ= 4解修正方程，求出修正量如下：=5、修正各节点电压 结果如下： =1.0500 =1.14267 =0.93619 =0.86686 =1.09717 =1.0500 =0 =-0.11248 =-0.57420 =-0.58412 =-0.07762 =0.00275第四节 计算机算法潮流计算一、计算机程序的实现图2.2 程序流程图二、计算机程序的结果总结通过这次课程设计，我对牛顿-拉夫逊法算法流程有了深刻的认识，复杂网络潮流计算的计算机算法非常实用，我们应该更好的掌握计算机算法。在课程设计的过程中，我们遇到了很多困难。同学们相互交流，共同合作，有利于解决问题。同时让我感受到了团队合作的力量。学会如何跟团队成员沟通是至关重要，我们要虚心听取他人意见，发现问题及时向团队成员反馈，这样有利于发现问题并且避免进一步的错误。在设计过程中，我通过查阅大量的有关资料，得出一个结论，资料非常多，各个版本的资料阐述牛顿-拉夫逊法方式也各不相同。所以如何学会筛选资料对于提高课程设计的效率和成功率至关重要。团队合作固然重要，但是个人的独立思考也不能忽视。善于独立思考有利于树立自己在团队合作中的自信心，也为后续课程设计增添活力。这次潮流计算的手算部分让我深深的感觉到了，粗心大意是我们最大的敌人。这也为我今后的学习和工作敲响了警钟，我们做事情要保持严谨踏实的心态。踏实认真，端正态度，积极上进，是我们的方向。在设计的过程中所学到的东西是这次毕业设计最大的收获和财富，使我终身受益！对我们的团队我要表示深深的感谢!同时，对给过我帮助的所有同学和老师再次表示忠心的感谢! 参考文献电力系统分析（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。附录y11=1/0.03j;y12=-1/(1.05*0.03j);y13=0;y14=0;y15=0;y16=0;y21=y12;y22=0.5j+1/(0.06+0.025j)+1/(0.04+0.25j)+1/(1.052)*0.03j);y23=-1/(0.06+0.025j);y24=0;y25=-1/(0.04+0.25j);y26=0;y31=y13;y32=y23;y33=0.5j+1/(0.06+0.025j)+1/(0.08+0.3j);y34=-1/(0.08+0.3j);y35=0; y36=0;y41=y14;y42=y24;y43=y34;y44=0.5j+1/(0.08+0.3j)+1/(0.1+0.35j);y45=-1/(0.1+0.35j);y46=0;y51=y15;y52=y25;y53=y35;y54=y45;y55=0.5j+1/(0.1+0.35j)+1/(0.04+0.25j)+1/(1.052)*0.015j);y56=-1/(1.05*0.015j);y61=0;y62=0;y63=0;y64=0;y65=y56;y66=1/0.015j;%输入导纳参数YB=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 y66%形成导纳矩阵%*牛顿拉夫逊法潮流计算* E(2)=1.00;E(3)=1.00;E(4)=1.00;E(5)=1.00;E(6)=1.1;F(2)=0;F(3)=0;F(4)=0;F(5)=0; F(6)=0; %设定电压初始值G=real(YB);B=imag(YB); %提取导纳实部,虚部分别为G,BS(2)=-2-1j;S(3)=-1.8-0.4j;S(4)=-1.6-0.8j;S(5)=-3.7-1.3j; S(6)=5;%设定注入功率初始值P=real(S);Q=imag(S); %提取注入功率实部,虚部分别为P,Qk=0;precision=0.1; %设定参数k为迭代次数初值为0及精度大于0.00001N1=5;%设定除平衡节点外节点数之和while precision 0.00001 E(1)=1.1;F(1)=0;%输入平衡节点电压实部,虚部e,f for m=2:N1+1 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);%以设定值计算的注入功率 end dP(m)=P(m)-sum(Pt); dQ(m)=Q(m)-sum(Qt); %计算功率误差endfor m=2:N1+1 for n=1:N1+1 Ai(n)=G(m,n)*E(n)-B(m,n)*F(n); Bi(n)=G(m,n)*F(n)+B(m,n)*E(n); end N(m,m)=sum(Ai)+G(m,m)*E(m)+B(m,m)*F(m);%计算dP/de H(m,m)=sum(Bi)-B(m,m)*E(m)+G(m,m)*F(m);%计算dP/df L(m,m)= -sum(Bi)-B(m,m)*E(m)+G(m,m)*F(m);%计算dQ/de J(m,m)= sum(Ai)-G(m,m)*E(m)-B(m,m)*F(m);%计算dQ/df endfor m=2:N1+1 JJ(2*m-3,2*m-3)=N (m,m); JJ(2*m-3,2*m-2)=H(m,m); JJ(2*m-2,2*m-3)=L(m,m); JJ(2*m-2,2*m-2)=J(m,m); end %给雅可比矩阵的对角元素赋值for m=2:N1+1 for n=2:N1+1 if m=n else N(m,n)=G(m,n)*E(m)+B(m,n)*F(m); %计算dP/de H(m,n)=-B(m,n)*E(m)+G(m,n)*F(m); %计算dP/df L(m,n)=-B(m,n)*E(m)+G(m,n)*F(m); %计算dQ/de J(m,n)=-B(m,n)*F(m)-G(m,n)*E(m);%计算dQ/df%*给雅可比矩阵的非对角元素赋值* JJ(2*m-3,2*n-3)=N(m,n); JJ(2*m-3,2*n-2)=H(m,n); JJ(2*m-2,2*n-3)=L(m,n); JJ(2*m-2,2*n-2)=J(m,n); end end endfor i=1:8JJ(10,i)=0;%修正雅可比矩阵第十行1,到8元素为0endJJ(10,9)=2*E(6); %修正雅可比矩阵第十行9元素为2eJJ(10,10)=2*F(6);%修正雅可比矩阵第十行10元素为2f for m=1:N1 PQ(2*m-1)=dP(m+1); PQ(2*m)=dQ(m+1);end%写PQ矩阵，奇数行为dP，偶数行为dQPQ(10)=1.12-(E(6)2+F(6)2);%修正PQ矩阵第十个元素为du2 dU=inv(JJ)*PQ;%求dU为JJ的逆矩阵乘以PQ precision=max(abs(PQ); %取精度为PQ的绝对值的最大值 for n=1:N1 E(n+1)=E(n+1)+dU(2*n-1); F(n+1)=F(n+1)+dU(2*n); %修正各节点电压 end for n=1:N1+1 U(n)=E(n)+(F(n)*j;%把电压写成e+jf的形式 endk=k+1;%迭代次数加1 time=k,JJ, E ,F, U , dU,PQ %输出k,JJ, E,F,U,du,dsend%*功率及功率损耗的计算*for m=1:N1+1 I(m)=YB(1,m)*U(m);%计算平衡节点电流endS1=U(1)*sum(conj(I); %计算平衡节点功率 y10=0.05/(1.05*0.03j);y20=-0.05/(1.052)*0.03j)+0.5j;y30=0.5j;y40=0.5j;y50=0.