高压输电网潮流的计算机算法程序设计课程设计

贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计报告书题目高压输电网潮流的计算机算法程序设计专业班级学号学生姓名指导教师2012年7月5日贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计2目录第一章课程设计概述311设计目的313设计题目414设计内容415设计时间4第二章潮流计算设计题目及思路521潮流计算题目522对题目的分析及设计思路5第三章电力系统潮流计算概述631电力系统概述632潮流计算的意义633牛顿拉夫逊法潮流计算基本步骤7第四章程序流程图及程序代码741程序流程图742运用MATLAB编程程序代码843例题数据代码20第五章运行结果分析2151运用MATLAB运行结果2152运用POWERWORLD软件仿真30521使用POWERWORLD仿真潮流分布30贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计3第六章总结31参考文献32第一章课程设计概述11设计目的1掌握电力系统潮流计算的基本原理和电力系统运行方式的变化；2掌握并能熟练运用一门计算机语言（MATLAB语言或C语言或C语言）；贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计43采用计算机语言对潮流计算进行计算机编程计算。12设计要求1程序源代码；2选定算例的输入，输出文件；3程序说明；4选定算例的程序计算过程；5选定算例的手算过程（至少迭代2次）（可选）。13设计题目高压输电网潮流的计算机算法程序设计（PQ分解法、牛顿拉夫逊法）或中压配电网潮流的计算机算法程序设计（前推后代法、同伦延拓法等）或电力系统短路故障的计算机算法程序设计（要求不限）14设计内容1根据电力系统网络推导电力网络数学模型，写出节点导纳矩阵；2赋予各节点电压变量（直角坐标系形式）初值后，求解不平衡量；3形成雅可比矩阵；4求解修正量后，重新修改初值，从2开始重新循环计算；5求解的电压变量达到所要求的精度时，再计算各支路功率分布、功率损耗和平衡节点功率6上机编程调试；连调；7计算分析给定系统潮流分析并与手工计算结果作比较分析。8准备计算机演示答辩，书写该课程设计说明书（必须计算机打印）。15设计时间2012年春季第17周至第18周贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计5第2章潮流计算设计题目及思路21潮流计算题目题目设计原始资料网络接线如下图所示其中已知各支路阻抗表幺值参数分别为Z12004J0025,Z13010J035,Z23008J030,ZT1J0015,ZT2J003,K105,L1、L2电纳为05。运用以极坐标表示的高斯塞德尔法、牛顿拉夫逊法、PQ分解法计算该系统的潮流分布。计算精度要求各节点电压修正量不大于。51022对题目的分析及设计思路此电力系统是一个5节点，3支路的电力网络。然后确定节点类型，由于一般无发电设备的变电所、功率固定的发电厂为PQ节点；有可调无功设备的变电所、有励磁储备的发电厂为PV节点；主调频电厂或出线多的发电厂为平衡节点。通过对此电力系统分析，我们很容易得以节点1、2、3为PQ节点，节点4为贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计6PV节点，节点5为平衡节点。综合比较牛顿拉夫逊法（直角坐标、极坐标）、PQ分解法等多种求解方法的特点，最后确定采用牛顿拉夫逊法（极坐标）。因为此方法所需解的方程组最少。第3章电力系统潮流计算概述31电力系统概述电力工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站（或称发电厂）中生产的，各发电站孤立运行。随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加，而热能资源和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区，为了解决这个矛盾，就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。同时，为了提高供电的可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线路和变电所联系起来。这种由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。32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。贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计733牛顿拉夫逊法潮流计算基本步骤牛顿拉夫逊法潮流计算的基本步骤不外乎有如下几步。1、形成节点导纳矩阵。2、设各节点电压的初始值和求出功率偏差3、根据公式算出雅可比矩阵。4、解如下线性方程组，得到依据如下公式计算修正量，并形成迭代公式这样反复迭代计算，直至所有节点|U|0变压器线路ZT和YM为折算到I侧的值,K在J侧YI,IYI,IYTYMYJ,JYJ,JYT/K/KYI,JYI,JYT/KYJ,IYI,JENDIFK0变压器线路ZT和YM为折算到I侧的值,K在J侧IIJUIUJYT/KUIYMYTK1/KIJIUJUIYT/KUJYT1K/K2ENDIFK0变压器线路ZT和YM为折算到K侧的值,K在I侧KKIIJUIUJYTKUIYMYT1KIJIUJUIYTKUJYTKK1ENDSIJUICONJIIJ求取节点注入功率SJIUJCONJIJIDELSSIJSJI求线路损耗LPQK,35SIJSJIDELS保存到LPQ矩阵END恢复节点原编号FUNCTIONRETGLOBALNLGLOBALNBGLOBALBUSGLOBALLINEGLOBALYGLOBALNODENUMGLOBALLPQFORI1NBBUS矩阵中的节点号恢复原来的编号FORJ1NB查找其原编号IFNODENUMJ,2IBREAKENDEND贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计16TEMI,BUSNODENUMJ,1,BUS矩阵中的节点号恢复原来的编号TEMI,1IENDBUSTEMFORI1NLLINE矩阵中的节点号恢复原来的编号FORJ12FORK1NBIFLPQI,JNODENUMK,1LPQI,JNODENUMK,2BREAKENDENDENDEND将计算结果输出FUNCTIONOUTPUTGLOBALNBGLOBALNLGLOBALBUSGLOBALLPQGLOBALMYFFPRINTFMYF,N牛顿拉夫逊法潮流计算结果NFPRINTFMYF,节点计算结果N输出节点计算结果到文件FPRINTFMYF,节点节点电压节点相角（角度）节点注入功率NFORI1NB,FPRINTFMYF,2D10F10F10FJ10FN,BUSI,1,BUSI,2,BUSI,3180/PI,BUSI,4,BUSI,5ENDFPRINTFMYF,N线路计算结果N输出线路计算结果到文件FPRINTFMYF,节点I节点J线路功率SI,J线路功率SJ,I线路损耗DSI,JNFORI1NL,FPRINTFMYF,2D2D10FJ10F10FJ10F10FJ10FN,LPQI,1,LPQI,2,REALLPQI,3,IMAGLPQI,3,REALLPQI,4,IMAGLPQI,4,REALLPQI,5,IMAGLPQI,5ENDFCLOSEMYF贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计1743例题数据代码BUSVOLTANGPQBUSTYPEBUS1100000160080121000002001001310000037013014105000500000251050000000003B1B2RXGBKLINE120040250002501301003500000230080300002505300000300001054200000150000105第5章运行结果分析51运用MATLAB运行结果节点导纳矩阵Y1378742J62916650624025J39001560754717J26415090000000J00000000000000J00000000624025J39001561453900J669808210829876J31120330000000J634920630000000J00000000754717J26415090829876J31120331584592J357378590000000J00000000000000J317460320000000J00000000000000J634920630000000J00000000000000J666666670000000J00000000000000J00000000000000J00000000000000J317460320000000J00000000000000J33333333第1次迭代结果贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计18第1次迭代的雅比矩阵J65416653900156264150900000001378742062402507547173900156736788563112033666666670624025145390008298762641509311203339086876000000007547170829876158459200000006666666700000006666666700000000000000000000013787420624025075471700000006041665390015626415090624025145390008298760000000390015660282786311203307547170829876158459200000002641509311203332388841第1次迭代的功率偏差DP和DQ1600000E0002000000E0003700000E0005000000E0005500000E0015698035E0002049017E000第1次迭代的节点相角和电压的偏差DX3348201E0023607046E0016900000E0024357046E0013356932E0021053820E0015881311E002第1次迭代的节点相角DELTA和电压UANG10033482ANG20360705ANG30069000ANG40435705U10966431U21105382U31058813第2次迭代结果第2次迭代的雅比矩阵J631958335908882728695000000003160082215658067580841029368130372237158147348497209846460349720贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计1906344112673847290653840790172000000008677762400372214855900000007348497200000007348497200000005521730000000028914652215658067580800000005433100359088827286950984646390267306344115521730410293682379908371581408677762400372570148600000002673847290653839340197第2次迭代的功率偏差DP和DQ3736505E0031261967E0012250225E0015217300E0013567586E0011538093E0005750124E001第2次迭代的节点相角和电压的偏差DX4313772E0024655690E0025062770E0035188733E0029447229E0022354765E0021971867E002第2次迭代的节点相角DELTA和电压UANG10076620ANG20314148ANG30074063ANG40383817U10875130U21079353U31037935第3次迭代结果第3次迭代的雅比矩阵J55793553181760239759500000000528065194822706916633630791789919833578898717822940858219030414304591922401101287504939779127000000006793932180244200551600000007178229400000007178229400000005009149贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计20000000026398901948227069166300000004057616318176023975950858219369173804591925009149363079177073677357889806793932180244541970600000002401101287504937222270第3次迭代的功率偏差DP和DQ1602219E0022059526E0031261084E0029148976E0033913038E0024084703E0022157107E002第3次迭代的节点相角和电压的偏差DX6609114E0032536113E0036573685E0042572042E0031449459E0021311586E0031442366E003第3次迭代的节点相角DELTA和电压UANG10083229ANG20311612ANG30074720ANG40381245U10862445U21077937U31036438第4次迭代结果第4次迭代的雅比矩阵J54790353123693235534200000000573846193020906946853570001788282293569903716883250859218031084804512222366822287121639689562000000006545052168853199803400000007168832500000007168832500000005000003000000026248941930209069468500000003880592312369323553420859218368956404512225000003357000176828313贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计21356990306545052168853540238200000002366822287121637089866第4次迭代的功率偏差DP和DQ6301314E0042060917E0042082331E0043379411E0067786429E0044184410E0051520436E004第4次迭代的节点相角和电压的偏差DX1717864E0048750993E0061363147E0057434522E0063414817E0041955100E0052584622E005第4次迭代的节点相角DELTA和电压UANG10083401ANG20311603ANG30074734ANG40381238U10862151U21077916U31036411第5次迭代结果第5次迭代的雅比矩阵J54766183122251235436700000000575176193002106948023568572788252283569739716869170859490031070904512192366056287107539687730000000006538902168769199791400000007168691700000007168691700000005000000000000026248231930021069480200000003876618312225123543670859490368929204512195000000356857276825228356973906538902168769540208600000002366056287107537087730第5次迭代的功率偏差DP和DQ贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计224555910E0072138848E0071220115E0071849473E0094210443E0078417516E0107276325E008第5次迭代的节点相角和电压的偏差DX1123167E0073033619E0098149074E0093866386E0092032650E0071156980E0081520923E008第5次迭代的节点相角DELTA和电压UANG10083401ANG20311603ANG30074734ANG40381238U10862150U21077916U31036411第6次迭代结果第6次迭代的雅比矩阵J54766163122250235436600000000575176193002106948023568571788252263569739716869160859490031070804512192366056287107539687729000000006538902168769199791400000007168691600000007168691600000005000000000000026248241930021069480200000003876616312225023543660859490368929204512195000000356857176825226356973906538902168769540208600000002366056287107537087729第6次迭代的功率偏差DP和DQ1834088E0139148238E0144707346E0141776357E015贵州大学电气工程学院电力系统分析课程设计231481038E0130000000E0002420286E014第6次迭代的节点相角和电压的偏差DX4386549E0141836943E0153048944E0152162240E0157511824E0144308637E0155556517E015第6次迭代的节点相角DELTA和电压UANG10083401ANG20311603ANG30074734ANG40381238U10862150U21077916U31036411牛顿拉夫逊法潮流计算结果节点计算结果节点节点电压节点相角（角度）节点注入功率1086215047785111