(1)电气08-1班稳态设计.doc

内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书内蒙古科技大学本科生课程设计说明书题 目：两机五节点网络潮流计算牛拉法学生姓名：李永清学 号：0867130116专 业：电气工程及其自动化班 级：电气20081班指导教师：杨培宏，刘景霞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，保持=1.06+j0为定值：节点2、3、4、5为PQ节点，给定的注入功率如图。36内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书两机五节点网络潮流计算牛拉法摘 要潮流计算是电力网络设计及运行中最基本的计算，对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。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。结合电力系统的特点，对于复杂电力系统，根据定条件，应用牛顿-拉夫逊法进行计算，在手工计算中，由于涉及大量变量、微分方程、矩阵计算，求解很繁琐，计算不同系统时需要重新计算。运用 MATLAB软件进行仿真潮流计算，图形界面直观，运行稳定，计算准确，提高了计算速度，各个类的有效封装又使程序具有很好的模块性.可维护性和可重用性。关键词：电力系统潮流分析；牛顿-拉夫逊法潮流分析；Matlab仿真；内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书两机五节点网络潮流计算牛拉法AbstractFlow calculation is the electric power network design and operation of the most basic calculation. For power network of all sorts of design scheme and various operation flow calculation method. Can get different grid of each node voltage. And get network trends and network of each element of power consumption. And getting electricity consumption. The traditional flow calculation program lack of graphical user interface. Results showed that dont intuitive, difficult to with other analysis function integration, network raw data input big workload and easy to go wrong. Combined with the characteristics of electric power system, for complex electric power systems, according to fixed conditions, application Newton - rafer Johnson method in calculating, manual calculation, because it involves a large variables, ordinary differential equations, calculation, solving very tedious, calculating different system needs to be calculated. Using software MATLAB simulation flow calculation, graphic interface intuitive, stable operation, computational accuracy, improves the calculation speed, each kind of effective encapsulation and makes the program has very good modularity. Maintainability and reusability.Key words: Electric power system flow caculation; Newton - Raphson power flow calculation; Matlab simulation内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书目 录摘 要IAbstractII第一章 前言11.1 潮流计算11.1.1潮流计算概述11.1.2潮流计算的要求21.1.3 潮流计算的优势31.2 MATLAB简介31.2.1 MATLAB概述31.2.2 MATLAB语言4第二章 牛顿-拉夫逊法概述32.1 牛顿-拉夫逊基本原理92.2 直角牛顿-拉夫逊法潮流计算求解过程12第三章 设计过程173.1设计资料及参数173.2牛顿拉夫逊法程序流程图223.3设计程序及运行结果23参考文献27致谢36内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书第一章 前言1.1 潮流计算1.1.1 潮流计算概述潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。具体表现在以下方面：(1)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,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。(2)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。总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。此外，电力系统潮流计算也是计算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很重要和基础的计算。1.1.2潮流计算的要求电力系统运行必须满足一定技术和经济上的要求。这些要求够成了潮流问题中某些变量的约束条件，常用的约束条件如下：1. 节点电压应满足 式(1-1) 从保证电能质量和供电安全的要求来看，电力系统的所有电气设备都必须运行在额定电压附近。PU节点电压幅值必须按上述条件给定。因此，这一约束条件对PQ节点而言。2. 节点的有功功率和无功功率应满足 式(1-2) PQ节点的有功功率和无功功率，以及PU节点的有功功率，在给定是就必须满足上述条件，因此，对平衡节点的P和Q以及PU节点的Q应按上述条件进行检验。3. 节点之间电压的相位差应满足 式(1-3) 为了保证系统运行的稳定性，要求某些输电线路两端的电压相位不超过一定的数值。这一约束的主要意义就在于此。 因此，潮流计算可以归结为求解一组非线性方程组，并使其解答满足一定的约束条件。常用的方法是迭代法和牛顿法，在计算过程中，或得出结果之后用约束条件进行检验。如果不能满足要求，则应修改某些变量的给定值，甚至修改系统的运行方式，重新进行计算。1.1.3潮流计算的优势电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算。即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷。各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用于电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等，实际电力系统的潮流计算主要采用牛顿-拉夫逊法。借由MATLAB可以轻松实现计算复杂的电力系统潮流分布。1.2 MATLAB简介1.2.1 MATLAB概述MATLAB的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory），是美国MathWork公司于1982推出的一套高性能的数值计算可视化软件，包括MATLAB主程序、SIMULINK 动态系统仿真包和各种专业工具箱它集数值分析，矩阵计算，信号处理和图形显示于一体，构成一个方便的，界面友好的用户环境，具有极强大的计算功能和极高的编程效率，特别适合于科学计算、数值分析、系统仿真和信号处理等任务。MATLAB程学设计语言结构完整，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。它可以高效率的解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。通过MATLAB语言，可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序需要的难度别难并节省了时间，从而可把主要的经历集中在算法的构思而不是编程上。学习运用MATLAB计算电力系统潮流分布是本次课程设计的重点，可以说，作为工科学生，会运用MATLAB来解决工程问题已成为必须。到目前为止，MATLAB已发展成为国际上最优秀的科技应用软件之一。它的功能十分强大，不仅仅可以实现计算潮流分布，还可以模拟仿真各式各样的数值系统，工程。这里将借助MATLAB来完成用直角牛顿-拉夫逊法计算电力系统潮流分布。1.2.2 MATLAB语言1、MATLAB语言相关指令表1-1管理命令和函数help在线帮助文件doc装入超文本说明whatM、MAT、MEX文件的目录列表type列出M文件lookfor通过help条目搜索关键字which定位函数和文件Demo运行演示程序Path控制MATLAB的搜索路径管理变量和工作空间Who列出当前变量Whos列出当前变量（长表）Load从磁盘文件中恢复变量Save保存工作空间变量Clear从内存中清除变量和函数Pack整理工作空间内存Size矩阵的尺寸Length向量的长度disp显示矩阵或与文件和操作系统有关的命令cd改变当前工作目录Dir目录列表Delete删除文件Getenv获取环境变量值!执行DOS操作系统命令Unix执行UNIX操作系统命令并返回结果Diary保存MATLAB任务控制命令窗口Cedit设置命令行编辑Clc清命令窗口Home光标置左上角Format设置输出格式Echo底稿文件内使用的回显命令more在命令窗口中控制分页输出启动和退出MATLABQuit退出MATLABStartup引用MATLAB时所执行的M文件Matlabrc主启动M文件一般信息InfoMATLAB系统信息及Mathworks公司信息Subscribe成为MATLAB的订购用户hostidMATLAB主服务程序的识别代号Whatsnew在说明书中未包含的新信息Ver版本信息操作符和特殊字符+加减*矩阵乘法.*数组乘法矩阵幂.数组幂左除或反斜杠/右除或斜杠./数组除KronKronecker张量积:冒号( )圆括号 方括号.小数点.父目录继续,逗号;分号%注释!感叹号转置或引用=赋值= =相等关系操作符&逻辑与|逻辑或逻辑非xor逻辑异或逻辑函数Exist检查变量或函数是否存在Any向量的任一元为真，则其值为真All向量的所有元为真，则其值为真Find找出非零元素的索引号三角函数Sin正弦Sinh双曲正弦Asin反正弦Asinh0.00001 for m=1:N if m=isb pp=0;qq=0; for n=1:N pp=pp+ei(m)*(G(m,n)*ei(n)-B(m,n)*fi(n)+fi(m)*(G(m,n)*fi(n)+B(m,n)*ei(n); qq=qq+fi(m)*(G(m,n)*ei(n)-B(m,n)*fi(n)-ei(m)*(G(m,n)*fi(n)+B(m,n)*ei(n); end DP(m)=P(m)-pp; %有功功率的不平衡量 DQ(m)=Q(m)-qq; %无功功率的不平衡量 I(m)= (P(m)-Q(m)/conj(ei(m)+fi(m)*i); H(m,m)=-B(m,m)*ei(m)+G(m,m)*fi(m)+imag(I(m); N(m,m)=G(m,m)*ei(m)+B(m,m)*fi(m)+real(I(m); J(m,m)=-G(m,m)*ei(m)-B(m,m)*fi(m)+real(I(m); L(m,m)=-B(m,m)*ei(m)+G(m,m)*fi(m)-imag(I(m); JJ(2*m-3,2*m-3)=H(m,m);JJ(2*m-3,2*m-2)=N(m,m);JJ(2*m-2,2*m-3)=J(m,m);JJ(2*m-2,2*m-2)=L(m,m); end end for m=1:N if m=isb for n=1:N if n=isb if n=m else H(m,n)=-B(m,n)*ei(m)+G(m,n)*fi(m); N(m,n)=G(m,n)*ei(m)+B(m,n)*fi(m); J(m,n)=-B(m,n)*fi(m)-G(m,n)*ei(m); L(m,n)=G(m,n)*fi(m)-B(m,n)*ei(m); JJ(2*m-3,2*n-3)=H(m,n);JJ(2*m-3,2*n-2)=N(m,n);JJ(2*m-2,2*n-3)=J(m,n);JJ(2*m-2,2*n-2)=L(m,n); end end end end end disp(雅克比矩阵JJ:); disp(JJ); for m=1:N if m=isb DW(2*m-3)=DP(m);DW(2*m-2)=DQ(m); %形成不平衡量的矩阵 end end DY=JJDW; %解修正方程式 pr=max(abs(DY); disp(第M次修正方程的解DY:); disp(DY); for n=1:N if n=isb fi(n)=fi(n) +DY(2*n-3); ei(n)=ei(n) +DY(2*n-2); end %计算新值 end u=ei+fi*i; disp(节点电压的第C(k)次近似值:); disp(u); disp(各点的电压实部di(单位:V)为(节点号从小到大排列):); disp(ei); disp(各点的电压虚部fi(单位:V)为(节点号从小到大排列):); disp(fi); k=k+1; disp(迭代次数:); disp(k);end for m=1:N I(m)=Y(1,m)*u(m);enddisp(平衡节点的功率);S1=u(1)*sum(conj(I)%计算平衡节点的功率for m=1:N for n=1:N S(m,n)=u(m)*(conj(u(m)-conj(u(n)*conj(-Y(m,n);%计算各支路功率 endenddisp(各支路功率);disp(S) %结束运行结果导纳矩阵为:Y= 6.2500 -18.7500i -5.0000 +15.0000i -1.2500 + 3.7500i 0 0 -5.0000 +15.0000i 10.8333 -32.5000i -1.6667 + 5.0000i -1.6667 + 5.0000i -2.5000 + 7.5000i -1.2500 + 3.7500i -1.6667 + 5.0000i 12.9167 -38.7500i -10.0000 +30.0000i 0 0 -1.6667 + 5.0000i -10.0000 +30.0000i 12.9167 -38.7500i -1.2500 + 3.7500i 0 -2.5000 + 7.5000i 0 -1.2500 + 3.7500i 3.7500 -11.2500i雅克比矩阵JJ: 32.5000 10.8333 -5.0000 -1.6667 -5.0000 -1.6667 -7.5000 -2.5000 -10.8333 32.5000 1.6667 -5.0000 1.6667 -5.0000 2.5000 -7.5000 -5.0000 -1.6667 38.7500 13.2167 -30.0000 -10.0000 0 0 1.6667 -5.0000 -12.6167 38.7500 10.0000 -30.0000 0 0 -5.0000 -1.6667 -30.0000 -10.0000 38.7500 13.2667 -3.7500 -1.2500 1.6667 -5.0000 10.0000 -30.0000 -12.5667 38.7500 1.2500 -3.7500 -7.5000 -2.5000 0 0 -3.7500 -1.2500 11.2500 4.2500 2.5000 -7.5000 0 0 1.2500 -3.7500 -3.2500 11.2500第M次修正方程的解DY: 0.0473 0.0731 0.0847 0.0965 0.0901 0.0971 0.1043 0.0996节点电压的第C(k)次近似值: 1.0600 1.4038 1.6891 1.7277 1.8295各点的电压实部di(单位:V)为(节点号从小到大排列): 1.0600 1.0731 1.0965 1.0971 1.0996各点的电压虚部fi(单位:V)为(节点号从小到大排列): 0 0.0473 0.0847 0.0901 0.1043迭代次数: 1雅克比矩阵JJ: 35.3867 10.0891 -5.4441 -1.5522 -5.4441 -1.5522 -8.1662 -2.3283 -10.0891 35.3867 1.5522 -5.4441 1.5522 -5.4441 2.3283 -8.1662 -5.6238 -1.4043 43.5841 11.0607 -33.7425 -8.4256 0 0 1.4043 -5.6238 -10.7055 43.5841 8.4256 -33.7425 0 0 -5.6355 -1.3780 -33.8127 -8.2680 43.6748 10.8821 -4.2266 -1.0335 1.3780 -5.6355 8.2680 -33.8127 -10.4769 43.6748 1.0335 -4.2266 -8.5074 -1.9669 0 0 -4.2537 -0.9834 12.7612 3.2236 1.9669 -8.5074 0 0 0.9834 -4.2537 -2.6770 12.7612第M次修正方程的解DY: 0.0003 -0.0001 0.0006 -0.0017 0.0005 -0.0015 0.0005 -0.0013节点电压的第C(k)次近似值: 1.0600 1.4055 1.6913 1.7299 1.8320各点的电压实部di(单位:V)为(节点号从小到大排列): 1.0600 1.0729 1.0949 1.0955 1.0982各点的电压虚部fi(单位:V)为(节点号从小到大排列): 0 0.0475 0.0852 0.0906 0.1048迭代次数: 2雅克比矩阵JJ: 35.3849 10.0795 -5.4438 -1.5507 -5.4438 -1.5507 -8.1658 -2.3260 -10.0795 35.3849 1.5507 -5.4438 1.5507 -5.4438 2.3260 -8.1658 -5.6163 -1.3987 43.5261 11.0173 -33.6976 -8.3922 0 0 1.3987 -5.6163 -10.6626 43.5261 8.3922 -33.6976 0 0 -5.6288 -1.3728 -33.7725 -8.2366 43.6228 10.8412 -4.2216 -1.0296 1.3728 -5.6288 8.2366 -33.7725 -10.4366 43.6228 1.0296 -4.2216 -8.4987 -1.9594 0 0 -4.2494 -0.9797 12.7481 3.2120 1.9594 -8.