电力系统稳态分析课程设计说明书

电力系统稳态分析课程设计书主题：电力系统潮流分布计算(牛顿拉夫森直角坐标法)学生名称：高峰专业：电气工程及其自动化班级：电20091班级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主题双机五节点网络潮流计算牛拉法指导教师刘景霞时间一周一、教育要求电力系统稳态分析课程的设计，以电力系统潮流分析的设计和优化为重点，以提高学生综合能力为目标，尽量结合实际工程进行。 设计内容安排应充分考虑学校现有设备，考虑设计时间和工程实际需要，让学生初步学习运用学习的知识解决工程中的实际问题。二、设计资料和参数(一)设计生资料；1 .应设计的电气设备系统图2 .电力系统网络的各要素参数3 .电力系统电气部件的使用规范4、电力工程电气设计手册(二)设计参考资料；电力系统稳态分析，陈也，中国电力出版社，2007，第3版2，电力系统分析，韩310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、设计要求和成果1 .根据所给参数和工程的具体要求，学习收集资料进行调查的相关软件。2 .在给定的电力网络上绘制等效电路图。3 .使用计算机进行潮流计算。4 .制作设计说明书。基本要求：1 .编制潮流计算程序2 .通过电脑调试通过(？ ；3 .运行程序，计算出正确的结果(？ ；4 .编写课程设计报告(包括以下内容) (1份)(1)程序框图(2)源程序(3)符号说明表(4)计算例及计算结果5 .编制计算书(一份)。四、工作安排根据给定的参数和工程具体要求，收集资料进行调查(半天)学习软件(MATLAB和c语言等) (1天半)编程计算复杂系统潮流计算(三天)编制计算设计书(一天)五、评价标准课程设计成绩评估基于以下几点：一)工作态度(10% )；2 )基本技能的掌握度(20% )；3 )程序编制是否合理，是否有执行结果(40% )；4 )课程设计说明书制作水平(占30% )。5 )分为优、良、中、合格、不合格5个阶段。评价方式：审查设计期间教师现场检验设计报告系统配线图其中，节点1是平衡节点，节点2、3、4、5是PQ节点。首先，内蒙古科学技术大学课程设计事务书2第一章电力系统潮流分布概要6第一节潮流计算的发展趋势6第二节潮流计算的发展史6第三节潮流计算的意义8第二章设计程序8第一节潮流计算的基本步骤8第二节潮流计算设计资料和参数10第三节P-Q法潮流计算流程图10第四节潮流计算的matlab程序11第五节潮流计算程序的执行结果是16附录感想39参考39第一章电力系统潮流计算综述电力系统潮流分布计算(牛顿拉夫森直角坐标法)第一节潮流计算的意义(1)在电网规划阶段，通过潮流计算，合理规划电源容量和接入点，合理规划网络框架，选择无功补偿方案，以规划水平大小方式满足潮流交换控制、调峰调压的要求。(2)在制定年度运行方式时，在预测负荷增加和新设备发货的基础上，选择典型方式进行潮流计算，发现电网中的弱点，为计划建设部门提供日常调度管理参考，提出改善网络结构、加快建设进度的建议。(3)正常检查和特殊运行方式下的潮流计算用于日运行方式的编制，指导电厂启动方式，有效、无效调整方案和负载调整方案，满足线路、变压器的热稳定要求和电压质量要求。(4)分析事故、设备停止运行对静态安全的影响，制定预期的运行方式调整方案。电力系统运行方式和规划方案的研究需要进行潮流计算，比较运行方式和规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。 同时，为了实时监视电力系统的运行状态，也需要大量且迅速的潮流计算。 因此，潮流计算是电力系统中最广泛、最基本、最重要的电算。 在规划系统设计和系统运行方式时，采用离线潮流计算的电力系统运行状态的实时监测采用在线潮流计算。第二节潮流计算的发展史利用计算机的潮流计算从上世纪50年代中期开始。 此后，潮流计算采用了多种方法，但这些方法的发展主要是以对潮流计算的基本要求为中心进行的。 对潮流计算的要求可以归纳如下(1)算法的可靠性或收敛性(2)计算速度和存储器使用量(3)计算的便利性和灵活性电力系统潮流计算属于稳态分析的范畴，与系统要素的动态特性和过渡过程无关。 因此，其数学模型不含微分方程，是一类高阶非线性方程。 非线性代数方程的解法不可迭代，潮流计算方法首先要求可靠收敛，得出正解。 随着电力系统规模的扩大，潮流问题方程的次数越来越高，现在已经从几千层到几万层，对于这种规模的方程，任何数学方法都不能保证正确答案。 这种情况，电力系统的研究者不断寻求新的更可靠的计算方法。在数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，一般采用基于节点导纳矩阵的高斯-赛尔迭代法。 该方法的原理比较简单，所要求的数字计算机存储量也比较少，适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平，电力系统计算者转向了以阻抗矩阵为主的逐次代入法。20世纪60年代初，数字计算机发展到第二代，计算机的内存和计算速度大大飞跃，为阻抗法的采用创造了条件。 阻抗矩阵是全矩阵，阻抗法将表示系统的布线和参数的阻抗矩阵存储在计算机中。 这需要大量的内存。 另外，阻抗法需要在每次反复中依次取得阻抗矩阵中的各要素来进行计算，因此每次反复的计算量较大。阻抗法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法解决的系统潮流计算，当时得到了广泛应用，为我国电力系统的设计、运行和研究作出了巨大贡献。 但是，阻抗法的主要缺点是计算机的存储大，每次反复的计算量多。 随着系统的扩大，这些缺点更加明显。 为克服阻抗法的存储器和速度缺点，发展了基于阻抗矩阵的块阻抗法。 该方法将一个大系统划分为几个小区域系统，只需将各区域系统的阻抗矩阵及其之间的联络线阻抗存储在计算机内，就能大幅节约存储容量，同时还提高了计算速度。克服阻抗法缺点的另一种方法是采用牛顿拉夫森法(以下简称牛顿法)。 牛顿法是数学中求解非线性方程的典型方法，具有较好的收敛性。 解决电力系统潮流计算问题是基于导纳矩阵的，因此在迭代过程中只要尽量维持方程系数矩阵的疏散性，就能大幅提高牛顿潮流程序的计算效率。 自20世纪60年代中期采用最佳顺序消去法以来，牛顿法在收敛性、存储要求、计算速度方面超越了阻抗法，成为迄今为止广泛采用的方法。基于牛顿法，根据电力系统的特点，抓住了主要矛盾，改造了纯数学牛顿法，得到了P-Q分解法。 P-Q分解法计算速度显着提高，迅速推广。牛顿法的特点是对非线性方程进行线性化。 70年代后期，提议采用更准确的模式。 包括泰勒级数的上位项目，为了提高算法的性能，产生了保持非线性的潮流算法。 另外，为了解决病态潮流计算，出现了将潮流计算表现为没有制约的非线性规划问题的模型，即非线性规划潮流算法。近20年来潮流算法研究仍很活跃，但许多研究围绕牛顿法和P-Q分解法的改进。 随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络和模糊算法也被引入潮流计算中。 但是，迄今为止这些新的模型和算法并不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。 随着电力系统规模的扩大，对计算速度的要求日益提高，计算机并行计算技术也广泛应用于潮流计算，成为重要的研究领域。第三节潮流计算的发展趋势经过几十年的发展，潮流算法越来越成熟。 近年来潮流算法的研究仍在改进传统潮流算法、高斯-塞德尔法、牛顿法和快速解耦法。 牛顿法在求解非线性潮流方程式时采用了逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，还考虑了泰勒级数的高次项和非线性项，认为产生了二次潮流算法。 此后，以直角坐标形式的潮流方程是二次代数方程的特征，提出了采用直角坐标的非线性快速潮流算法。对于一些病态系统，应用非线性潮流计算方法往往导致计算过程的振荡和不收敛，在数学上，非线性潮流计算方程原本就没有解。 这样，将潮流方程式构筑为一个函数，将求该函数的最小值的问题称为非线性规划潮流的计算方法。 具有原理上保证计算过程从不发散的优点。 数学规划原理与牛顿潮流算法有机结合是最佳乘法。 另外，为了优化系统的运行，从以上可执行的潮流解中选择满足一定指标要求的最佳方案是最佳潮流问题。 最佳潮流是同时考虑经济性和安全性的电力网络分析的最佳化问题。 OPF在电力系统安全运行、经济调度、可靠性分析、能源管理及电价等方面得到广泛应用。第二章编程第一节潮流计算的基本步骤1 .形成节点导纳矩阵YB从上图可以得到相应的节点导纳矩阵y= 6.25-18.75 I-5 15i-1.25 3.75 I 00；- 515 I 10.834-32.5 I-1.667 I-1.667 I-2.5.5 I；-1. 253.75 I-1.667 I 12.917-38.75 I-10i 0；0-1.667 I-1030 I 12.917-38.75 I-1.253.75 I；0-2.5.7 i0-1.253.75 I 3.75-11.25 I 由于节点1是平衡节点，因此其它节点具有相同的PQ节点、系数矩阵和阶数。 另外，对应于该等值网络，不可能去除有效功率和电压相位、无效功率和电压大小关系小的要素，这两个矩阵完全相同。 他们由导纳矩阵虚部的除第1行第1列以外的各要素构成2计算各节点有效功率不平衡量=1.06、=1.0；=0计算各节点有效功率不平衡量=-各节点电压的相位角(弧度)从行列式-()=3计算各节点无功功率不平衡量用下式计算各节点无功功率不平衡量=-根据矩阵式计算各节点电压的大小-=计算四平衡节点功率和线路功率=()第二节潮流计算设计资料和参数主题： (1)如设计生物资料网络布线图所示，各分支指南以标准或值在图中表示。 节点注入电力分别为：连接节点1的实际上是相当于规定电力的发电站。 保持节点5的电压恒定。 用极坐标表示的高斯塞德尔法、牛顿拉夫森法、pq分解法，对该系统的潮流分布进行了计算。 计算精度要求各节点的电压校正量不大。第3节P-Q分解法的流程图：第四节计算P-Q设计主题潮流分布的完整MATLAB程序clccleardisp (节点总数：N=5disp (平衡节点：1disp(PQ节点：JD= 2，3，4，5 y= 6.25-18.75 I-5 15i-1.25 3.75 I 00；- 515 I 10.834-32.5 I-1.667 I-1.667 I-2.5.5 I；-1. 253.75 I-1.667 I 12.917-38.75 I-10i 0；0-1.667 I-1030 I 12.917-38.75 I-1.253.75 I；0-2.5.7 i0-1.253.75 I 3