电分课程设计

1、第一章课程设计概述1.1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）;3. 采用计算机语言对潮流计算进行计算机编程计算。1.2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）。1.3设计题目高压输电网潮流的计算机算法程序设计 1.4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

2、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）。1. 5设计时间2012年春季第17周至第18周第二章设计思路采用牛一拉夫逊法是一种数值迭代算法，是求解大型非线性方程组的最 常用、最有效的方法之一。本次设计的思路就是采用牛一拉夫逊法运用 mat lab编制程序完成对某一输电网算例的潮流计算和分析。在编程计算之前 先定下几点原则。1、网络采用标幺值；2、负荷为恒定

3、负荷；3、向母线注 入的功率或电流取“正”号，负荷向母线吸收的功率或电流取“负”号；4、 线路和变压器采用n型等值电路。潮流计算以及编程的基本步骤：1、根据潮流计算的知识确定程序流程2、根据需要计算的输电网参数形成数据文件。3、输电网节点的编号。4、形成节点导纳矩阵。5、形成雅可比矩阵，求解各偏差量。6、得到新值后再次迭代最终算出各节点电压。7、计算平衡节点的功率、线路功率以及线路损耗。2.1定义计算所用的系统变量程序的具体实现由generallnfo. h和general info, cpp完成。具体定义 的系统变量如下所示：内容变量名称类型说明系统信息m_systeminfosysteml

4、nfo结构体中的变景详细见generallnfo.h一般线路信息linelnfo linelnfo变压器支路信息 *m_transformcrinfotransformer info节点信息 *m_businfo buslnfo2.2读入原始数据信息程序具体实现由readdata. h和creaddata. cpp完成。其中，完成这一 功能的实体函数是creaddata类中的read (char *)函数，传递的形参为原始数据文件名。2.3节点优化编号程序具体实现由 nodeoptimize. h 和 nodeoptimize. cpp 完成。程序中实现了静态优化编号、半动态优化编号和动态优化

5、编号三种优化编号 方式。节点优化编号完成后，将一般支路的端点号、变压器支路的端点号和节 点编号进行调整，使原始的节点号更新为新的节点编号，并且将节点信息数 组按照新的节点编号大小重新排列，即使其数组下标和节点编号对应，方便在以后的计算中读取节点信息2.4形成导纳矩阵对节点导纳矩阵的形成是分为几种情况讨论的，读取原始数据，可以得到: zt=r+jx； yt=l/zt;ym=g+jb/2;设导纳矩阵为 y，开始设 y二0 苦通线路（k二0, j不等于0）y (j，j)二y(j, j) +yt+ym: y (i，j)二y(i，j)-yt; y(j，i)二y(i，j);2）对于对地支路：k = 0,

6、j = 0m3）变压器支路（k>0，非标准变比在j侧）yt!my(i, i)=y(i, i)+yt+ym; y(j, j) =y (j, j)+yt/k/k; y(i, j)=y(i, j)-yt/k; y(j, i)=y(i,j);4）变压器支路（k<0,非标准变比在i侧）y（i, i）-y（i, i）+yt+ym; y（j, j）=y（j,y （i，j）:y （i，j） -k*yt; y （j，i）二y （i，j）;形成导纳阵之后，得到了导纳阵的上三角非零元素，对角元素，上三角非零 元素的行首地址和列号。2.5形成修正方程程序具体实现由jacobi, h和jacobi, cpp

7、完成。在程序中对修正方程式采取了按节点边形成边消去的过程，在形成雅克比矩 阵元素的同吋积累常数项，减少了迭代过程中的运算量。这个功能主要是由 jacobi 类中 formjacobio 和 formfactortable （int）函数完成的。对于雅可 比矩阵的形成一般分为两步。=-(7, (g. sin s. - cos )nu= uj=uiuj(gucos sij + bijsin=ujujcos + by sin = uj=-uiuj(gjj sin. -b. cosij(1</，7<zi-1)(1 < / < n -1,1 < j < m)(i &l

8、t;i<m,< j <n-l)(l<z；7</72)(2) i=j9af/3u:=-c/7.(qcos4 +%sin4)-2(1 < z < m)_3aqcos-f-. sin4) = /v, +邮“1jj4=-b戸研对 bf-h，b,ui7=1j去(1 < / < m)(1 </<m)对于线性方程组求解，我们采用高斯选列主元消去法，在求出所有节点电压 和相角之后，可以通过课本上的公式求出所有pv节点的无功注入q和平衡 节点的有功和无功功率注入。2. 6进行潮流计算程序具体实现由powerflow. h和powerflow. c

9、pp实现。powerflow类的getdeltav()函数对修正方程就行回代运算，得到了各节点 电压的修正量。然后，powerflow类的pflowo函数根据个节点功率误差的 情况和最大的迭代次数，进行迭代，最终计算出各节点的电压幅值和相角。 2.7打印输出结果程序具体实现由powerflow. h和powerflow. cpp实现。利用计算出得节点电压幅值和相角进行节点相关数据计算和支路相关数据 计算，并且将结果输出到输出文件中。这个功能由powerflow类的outputresult ()函数实现。第三章电力系统潮流计算概述3. 1电力系统叙述电力工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站

10、（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。现代电力系统提出了 “灵活交流输电和新型直流输电”的概念。灵活交 流输电技术是指运用固态电子器件与现代自动控制技术对交流电网的电压、

11、 相位角、阻抗、功率以及电路的通断进行实时闭环控制，从而提高高压输电 线路的诉讼能力和电力系统的稳态水平。新型直流输电技术是指应用现电力 电子技术的最新成果，改善和简化变流站的造价等。运营方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点：在规划领域， 需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提 供了电网在预想操作预想下的电网的潮流分布以及校验运行的可靠性。在电 力系统调度运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。潮流是确定电力网咯运 行状态的基本因素，潮流问题是研宄电力系统稳态问题的基础和前提。3.2潮流计算简介电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的

12、运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态：各母线 的电压。各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。在电力系统规划的设 计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量的分析比 较供电方案或运行方式的合理性。可靠性和经济性。此外，电力系统的潮流 计算也是计算机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 系统的一种和重要和基础的计算。电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，前者主要用于系统 规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实 时控制。利用电子数字计算机进行潮流计算从50年代中期就已经开始了。在这 20年内，潮流计算曾采用了各种

13、不同的方法，这些方法的发展主要围绕着对 潮流计算的一些基本要求进行的，对潮流计算的要求可以归纳为以下几点： 计算方法的可靠性或收敛性；对计算机内存量的要求；计算速度；计算的方便性和灵活性。3. 3潮流计算的意义及其发展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。对现有的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稳态分析都是以潮流计算为基础

14、。潮流计算结果可 用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有 直接影响。实际电力系统的潮流技术那主要采用牛顿一拉夫逊法。运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点；在规划领域， 需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提 供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以及校验运行可靠性。在电力系 统调度运行的多个领域问题是研宄电力系统稳态问题的基础和前提。在用数字见算计算机解电力系统潮流问题的开始阶段，普遍采取以节点 导纳矩阵为基础的逐次代入法。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算 机内存量比较差下，适应50年代电子计算机制造水平和当时电力系统

15、理论 水平，但它的收敛性较差，当系统规模变大时，迭代次数急剧上升，在计算 中往往出现迭代不收敛的情况。这就迫使电力系统的计算人员转向以阻抗矩 阵为基础的逐次代入法。阻抗法改善了系统潮流计算问题的收敛性，解决了 导纳无法求解的一些系统的潮流计算，在60年代获得了广泛的应用，阻抗 法德主要缺点是占用计算机内存大，每次迭代的计算景大。当系统不断扩大 时，这些缺点就更加突出，为了克服这些缺点，60年代中期发展了以阻抗矩 阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统， 在计算机内只需要存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间联络的阻抗，这 样不仅大幅度的节省了内存容量，同时也提高了计算速

16、度。克服阻抗法缺点是另一个途径是采用牛顿-拉夫逊法。这是数学中解决 非线性方程式的典型方法，存较好的收敛性。在解决电力系统潮流计算问题 时，是以导纳矩阵为基础的，因此，只要我们能在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿法潮流程序的效率。自从60 年代中期，牛顿法中利用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性。内存要 求。速度方面都超过了阻抗法，成为了 60年代末期以后广泛采用的优秀方 法。第四章程序流程图及程序代码程序流程图如(4-1)所示:现在以某一具体算例来进行我们的课程设计。以中国电力出版社出版的 电力系统稳态分析（第三版）例题3-6为例，进行潮流计算。例题3-6:网

17、络接线如图所示，各支路阻抗和各节点功率均已以标么值标于 图中。其中节点4连接的实际是发给定功率的发电厂。设节点5电压保持力 u=1.06定值，试计算其中的潮流分布。其节点编号见图3-23。其线路参数 和节点注入功率将在数据文件中展示并应用于潮流计算。5«<上0.015 +jo- 15o< 4 + j o- 053-32 网络结线图求解修正方程式，得ae,a），开始输入原始数据形成节点导纳矩阵丨 图（4-1）设节点电压，广>罝迭代次数按式4-38计算尸0 pv节点的0k，戶v节点的增加迭代次数计算各节点电 压的新值： e（a+l）=）+<matlab潮流计算机算

18、法的源程序设计如下clc;clear al1%平衡节点，pq节点，pv %节点个数 %支路数 %bus:节点数据 %line:支路数据 %y:节点导纳矩阵 %节点编号对应表 %线路损耗矩阵 %输出文件句柄format long; global nsw npq npv; global nb; global nl;global bus; global line; global y; global nodcnum; global 1pq;global myf;dfile, pathname=uigetfile(，m，, * select data file); if pathname = 0erro

19、ryou must, select a valid data file) else1file =length(dfile);% strip off . m eval(dfile(l:lfile-2);endnl, ml=size(line);nb, mb=size (bus); outfile= ； for 1=1:length(dfile)if dfile(l)= ， break;endoutfile=strcat(outfile，dfile(i);endoutfile=strcat(outfile, . txt)； my f=f open (out file, w)；nsw = 0; np

20、v = 0; nl)q = 0;for i = 1:nb , type= bus (i, 6); if type = 3,nsw = nsw + 1:sw(nsw, :)=bus(i,;olseif type = 2, npv = npv 十1;pv (npv, :)=bus(i,:);elsenpq = npq + 1; pq(npq, :)=bus(i,:);endendbus=pq;pv;sw;newbus=l:nb ；nodenum=newbus bus (:,1);bus(:，l)=newbus; for 1=1:nlfor j=l:2for k=l:nbif lined, j) =

21、nodenum(k, 2) lined, j)=nodenum(k, 1); breakendendendendy=zeros (nb, nb); for k=l:nli=line(k, 1);j=line(k, 2);zt=l ine(k, 3) + j* i ne (k, 4);if r=oyt=l/zt;endym=line(k, 5) +j*line(k, 6);k=line(k, 7); if (k=0)&(.广=0)y(i, i)=y(i, i)+yt+ym;y(j, j)=y(j, j)+yt+ym;y(i, j)=y(i, j)-yt;y(j, i)=y(i,j);en

22、dif (k=0)&(j=0)y(i，i)=y(i，i)+ym;endif k0y(i, i)=y(i, i)+yt+ym;y(j, j)=y(j, j)+yt/k/k;y(i, j)=y(i, j)-yt/k;y(j, i)=y(i,j);endif k0y(i, i)=y(i, i)+yt十ym;y(j, j)=y(j, j) +k*k*yt;y(t, j)=y(t, j)+k*yt;y(j，i)=y(i，j);endendmaxl=100; epsl=l. 0e-10; eps2=l. oe-lo;fprintf (myf, 节点导纳矩阵yn)；for 1=1:nbfor j=1

23、:nbfprintf (myf, 10f+j*(%10f) ，real (y (i，j)，imag(y(i，j); endfprintf (my f, n)；endfor i=l:maxiangl (:, l)=bus(l :nb-l, 3); u(:, l)=bus(l:npq, 2);x=angl;u;jac=form jac (bus, y); del=dpq(y, bus); dx=jacdel;fprintf (myf, 第%(次迭代结果n，i);fprintf (myf, 第%(1次选代的雅比矩阵jn , i);for 1=1:nb+npq-lfor j=1:nb+npq-1fpr

24、intf (myf, 10f，jac (i, j);endfprintf (myf, n)；endfprintf (myf, 第%3次迭代的功率偏差dp和dqn，ifor 1=1:nb+npq-1fprintf(myf, 10e，del (i,1);fprintf (myf, n)；endfprintf (myf, j次迭代的节点相角和电压的偏差dxn , ifor 1=1:nb+npq-1fprintf (myf, 10e，dx(i, 1);fprintf (myf, n)；endfor i=nb:nb+npq-1dx(i, l)=dx(i, l)*x(i, 1); endx=x-dx;fp

25、rintf (myf, 次迭代的节点相角delta和也压unangl=x (1:nb-1，1); u=x(nb:nb+npq-l,l);for 1=1:nb-1bus (i, 3)=angl (i, 1);fprintf (myf, ang%d %10f n，, t, angl (i, 1);endforl=l:npqbus (i, 2)=u(i, 1); fprintf (myf, u%d %10f n，i, u(i, 1); endif (max(abs(dx)<epsl)&(max(abs(dpq(y, bus)<eps2) breakendendif i=inaxl

26、error (超过最大迭代次数，不收敛停机！ )；endf()ri:npq十 1 :nbif bus (i, 6) =3sum二0; for j=1:nbang=bus(i, 3) -bus (j, 3);aureal (y(i, j)*cos(ang) +imag(y(i, j)*sin(ang); sum=sum+bus (1,2) *bus (j, 2) * (a);endbus(i, 4)=sum;sum=0;for j二l:nbang=bus(i, 3) -bus (j, 3);b=real (y (i, j) *sin (ang)-imag (y (i, j) *cos (ang)

27、; sum=sum+bus(i, 2)*bus(j, 2)*b;endbus (i,5)=sum;endfor k=l:nli=line(k, 1);j=line(k, 2); lpq(k, 1)=1; lpq(k, 2)=j;if j=0zt=line(k, 3)+j*line(k, 4);yt-l/zt;endym=l ine (k, 5)+j*l ine(k, 6);k=line(k, 7);ui=bus(i, 2)*(cos(bus(i, 3)+j*sin(bus(i, 3); if j=0uj=bus(j, 2) * (cos (bus (j, 3)+j*sin(bus(j, 3);

28、 endif (k=0)&(r=0)iij=ui*(yt+ym)-uj*yt;iji=uj*(yt+ym)-ui*yt;endif (k=0)&(j=0)iij=ui*ym;iji-0;endif k0iij=(ui-uj)*yt/k+ui*(ym+yt*(k-l)/k); iji=(uj-ui)*yt/k+uj*y t *(1-k)/k"2;endif k0k=-k;iij=(ui-uj)*yt*k+ui*(ym+yt*(1-k);ij i=(uj-ui)*yt*k+uj*yt*k*(k-l);endsij=ui*conj(tij);sji=uj*conj(iji)

29、;dels=sij+sji;lpq(k,3:5) = sij sji dels;endfor 1=1:nbfor j=l:nbif nodenum(j, 2)=i break;endend:)=bus(nodenum(j, 1),:); tem(i, 1)=1;endbus=tem;for 1=1:nl for j=l:2for k=l:nb if 1pq(i, j)=nodenum(k, 1)1pq(i, j)=nodenum(k, 2); breakendendendendfprintf (myf, n牛顿一拉夫逊法潮流计算结果n );fprintf(myf,节点计算结果：n)；fprin

30、tf (myf, 节点节点电压节点相角(角度) 节点注入功率n)；for 1=1:nb,fprintf (myf, %2d%10f%10f%10f+j%10fn，bus (i, 1), bus (i, 2), bus (i, 3)*180/pi, bus (i, 4), bus (i, 5);endfprintf (myf, n 线路计算结果：n)；fprintf (myf, 节点i节点j线路功率s(i,j)线路功率s(j,i)线路损耗ds(i, j)n); for 1=1:nl,fprintf (inyf,%2d%2d%10f+j%10f%10f+j%10f%10f+j%10fn,1pq(i

31、, 1),1pq(i，2),real(lpq(i,3), imag(lpq(i, 3), real (1pq(i, 4), imag(lpq(i, 4), real (1pq(i, 5), imag(lpq(i, 5);endfclose(myf);第五章运行结果分析对于课本例3-6这一具体算例，我选取节点5为平衡节点，节点4为 pv节点，生成数据文件后，调试程序，最终得到了较为理想的潮流计算结果。 我分别计算了两种情况：(1)正常运行方式结果分析假设节点4为pv节点，并给定初值u=l. 035.节点5为平衡节点。其他 节点为pq节点。以上为计算机所得数据。把手算所得数据和计算机所得数据比较并

32、画出潮流分布。其中红色数据是计算机所得数据。（2）非正常运行方式结果分析a:假设4号节点（pv）发电减半，网络潮流的情况为 由于篇幅有限，此处省略迭代过程。直接给出结果。从中可以得出各pq节 点的节点电压都有所下降。并且线路功率有功部分有所增加，无功部分有 所下降。线路损耗呈上升趋势。数据文件如下:节点节点电压节点相角11.000127-6.24949121.005995-5.36006731.007551-5.01796641.035000-2.91595951. 0600000.000000节点计算结果:(角度) 节点注入功率-0.600000+j -0.100000 -0. 400000

33、+j -0.050000 -0.450000+j -0.150000 0.100000+j 0.2082391.401685+j0.246817%(bus#)(volt)(ang)（p）(q)(bus type)bus=1 1.000.00-0. 60-0. 101;2 1.000.00-0. 40-0.051;31.000.00-0.45-0. 151;41.0350. 000. 200.002;51.060. 000.000.003;% b#l b#2 ( r)(x )(b )( k )line =4 50.020. 060.000.000;5 30.080.240. 000. 000;4

34、 30.060. 180.000.000;3 20.010. 030.000.000;4 20.060. 180.000.000;4 10.040. 120.000.000;12 0.080.240. 000. 000;牛顿一拉夫逊法潮流计算结果线路计算结果：节点i节点j线路功率s(i,j)线路功率s(j,i)线路损耗ds(i,j)45-0.959433+j-0.0877640.976763+j0.1397540.017330+j0.051990530.424922+j0. 107063-0. 411251+j-0.0660470.013672+j0. 041016430.239764+j0.081807-0.236169+j-0.0710230.003595+j0. 010784320. 197420+j-0.012930-0.197034+j0.0140870.000386+j0.001157420.273622+j0.