湖北民族学院电力系统课程设计

1、湖 北 民 族 学 院信息工程学院课程设计报告书 题目: 电力系统潮流计算 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 0311407 学 号： 031140713 学生姓名： 黄秀超 指导教师： 耿东山 2014年 6 月 2 日 学 号031140713 学生姓名黄秀超专业（班级）电气工程及其自动化设计题目电力系统潮流计算设计技术参数1. 线路的阻抗，无功损耗。2. 各节点的功率和电压。3. 变压器的阻抗，励磁损耗。4. 变压器及线路的功率损耗。5. 变压器及线路的电压降落。设计要求1.计算过程包括理论计算和MATLAB仿真两大部分。2.报告里面的理论分析（手工计算）过程必须要有详细推导过程，

2、再把仿真过程放到相应的部分中去。工作量共20页.工作计划第12周：对系统模型分析和资料收集，找到计算的思路，总结计算方法；第14周：对整个模型进行详细计算，并完成word文档。参考资料1何仰赞，温增银. 电力系统分析（上册）第三版M. 湖北：华中科技大学出版社，20022 何仰赞，温增银. 电力系统分析（下册）第三版M. 湖北：华中科技大学出版社，20023李清政，C语言程序设计 第2版M.北京：中国铁道出版社指导教师签字 2014年6月2日 信息工程学院课程设计成绩评定表学生姓名： 黄秀超 学号： 031140713 专业（班级）： 7 班 课程设计题目： 电力系统潮流计算 指导教师评语：

3、成绩： 指导教师： 年 月 日 摘 要电力系统稳态分析包括潮流计算和静态安全分析。本文主要运用的事潮流计算，潮流计算是电力网络设计与运行中最基本的运算，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的各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。本位就是运用潮流计算具体分析，并有MATLAB仿真。关键词： 电力系统 潮流计算 MATLAB仿真目 录摘 要- 1 -1 任务提出与方案论证- 3 -2 总体设计- 4 -2.2建立电力系统模型- 4 -2.3模型的调试与运行- 4 -3设计原理- 5 -3.1牛顿-拉夫逊原理- 5 -3.2网络节点

4、的优化- 5 -3.3 设计流程图- 6 -4程序与结果.- 7 -4.1 MATLAB程序- 7 -4.2 程序结果- 10 -5 总结- 15 -参考文献- 16 -1 任务提出与方案论证潮流计算是在给定电力系统网络结构、参数和决定系统运行状态的边界条件的情况下确定系统稳态运行状态的一种基本方法,是电力系统规划和运营中不可缺少的一个重要组成部分。可以说,它是电力系统分析中最基本、 最重要的计算,是系统安全、 经济分析和实时控制与调度的基础。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

5、电力系统稳定计算和故障分析的基础。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。是电力系统研究人员长期研究的一个课题。它既是对电力系统规划设计和运行方式的合理性、 可靠性及经济性进行定量分析的依据 ， 又是电力系统静态和暂态稳定计算的基础。潮流计算经历了一个由手工到应用数字电子计算机的发展

6、过程，现在的潮流算法都以计算机的应用为前提用计算机进行潮流计算主要步骤在于编制计算机程序，这是一项非常复杂的工作。对系统进行潮流分析，本文利用 MATLAB中的SimpowerSystems工具箱设计电力系统，在simulink 环境下，不仅可以仿真系统的动态过程，还可以对系统进行稳态潮流分析。2 总体设计SimpowerSystems使用Simulink环境，可以将该系统中的发电机、变压器，线路等模型联结起来，形成电力系统仿真模拟图。在加人测量模块，并对各元件的参数进行设置后，用measurement和sink中的仪器可以观察各元件的电压、电流、功率的大小。 2.2建立电力系统模型在Simu

7、link中按照电力系统原型选择元件进行建模。所建立的模型和建立的方法在详细设计中详述。在电力系统模型的建立工程中主要涉及到的是：元器件的选择及其参数的设置；发电机选型；变压器选择；线路的选择；负荷模型的选择；母线选择。2.3模型的调试与运行建立系统模型，并设置好参数以后，就可以在Simulink环境下进行仿真运行。运行的具体结果和分析也在详细设计中详述。3设计原理3.1牛顿-拉夫逊原理牛顿迭代法是取x0 之后，在这个基础上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而

8、且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算，一般来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率方程，由于功率方程里功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法解方程组，需要将上述功率方程改写成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导，得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为额定电压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量（未知的）构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，

9、节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。牛顿拉夫逊迭代法的一般步骤：（1）形成各节点导纳矩阵Y。（2）设个节点电压的初始值U和相角初始值e 还有迭代次数初值为0。（3）计算各个节点的功率不平衡量。（4）根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行。（5）计算雅可比矩阵中的各元素。（6）修正方程式个节点电压（7）利用新值自第（3）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环。（8）计算平衡节点输出功率和各线路功率3.2网络节点的优化）静态地按最少出线支路数编

10、号这种方法由称为静态优化法。在编号以前。首先统计电力网络个节点的出线支路数，然后，按出线支路数有少到多的节点顺序编号。当由n 个节点的出线支路相同时，则可以按任意次序对这n 个节点进行编号。这种编号方法的根据是导纳矩阵中，出线支路数最少的节点所对应的行中非零元素也）动态地按增加出线支路数最少编号在上述的方法中，各节点的出线支路数是按原始网络统计出来的，在编号过程中认为固定不变的，事实上，在节点消去过程中，每消去一个节点以后，与该节点相连的各节点的出线支路数将发生变化(增加，减少或保持不变)。因此，如果每消去一个节点后，立即修正尚未编号节点的出线支路数，然后选其中支路数最少的一个节点进行编号，就

11、可以预期得到更好的效果，动态按最少出线支路数编号方法的特点就是按出线最少原则编号时考虑了消去过程中各节点出线支路数目的变动情况。形成节点导纳矩阵设非平衡节点电压初值、e输入原始数据启动3.3 设计流程图对PQ节点计算(对PV节点计算) 计算雅可比矩阵各元素Hij(k)、Nij(k)、Jij(k)、Lij(k)解修正方程，由及雅可比矩阵用牛顿-拉夫逊法求各节点的ei（k）、Ui(k)/Ui计算节点的新电压增加迭代次数count=count+1令迭代次数count=0计算平衡节点的功率及线路功率输出是否4程序与结果.4.1 MATLAB程序clear;clc%重新编号，把原题中的节点1,2,3,4

12、,5重新依次编号为5,1,2,3,4，其中1-4号为PQ节点，5号为平衡节点y=0;%输入原始数据，求节点导纳矩阵y (1,2)=1/(0.06+0.18i); y (1,3)=1/(0.06+0.18i); y (1,4)=1/(0.04+0.12i);y(1,5)=1/(0.02+0.06i);y(2,3)=1/(0.01+0.03i);y(2,5)=1/(0.08+0.24i);y(3,4)=1/(0.08+0.24i);y(4,5)=0;for i=1:5for j=i:5y(j,i)=y(i,j);endendY=0;%求互导纳for i=1:5for j=1:5if i=jY(i,

13、j)=-y(i,j);endendend%求自导纳for i=1:5Y(i,i)=sum(y(i,:);endY %Y 为导纳矩阵G=real(Y);B=imag(Y);%原始节点功率S(1)=0.2+0.2i;S(2)=-0.45-0.15i;S(3)=-0.4-0.05i;S(4)=-0.6-0.1i;S(5)=0;P=real(S);Q=imag(S);%赋初值U=ones(1,5);U(5)=1.06;e=zeros(1,5);ox=ones(8,1);fx=ones(8,1);count=0 %计算迭代次数while max(fx)>1e-5for i=1:4 for j=1:

14、4 H(i,j)=0;N(i,j)=0;M(i,j)=0;L(i,j)=0;oP(i)=0;oQ(i)=0; endendfor i=1:4for j=1:5 oP(i)=oP(i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);oQ(i)=oQ(i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);endoP(i)=oP(i)+P(i); oQ(i)=oQ(i)+Q(i);endfx=oP,oQ'%求雅克比矩阵%当i=j时候求H,N,M,L 如下：for i=1:4f

15、or j=1:4if i=j H(i,j)=-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);N(i,j)=-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);L(i,j)=H(i,j);M(i,j)=-N(i,j);endendendH,N,M,L%当i=j 时H,N,M,L如下：for i=1:4for j=1:5if i=jH(i,i)=H(i,i)+U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i, j)*cos (e(i)-e(j); N(i,i)=

16、N(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i, j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);M(i,i)=M(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j); L(i,i)=L(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);endendN(i,i)=N(i,i)-2*(U(i)2*G(i,i);L(i,i)=L(i,i)+2*(U(i)2*B(i,i);endJ=H,N;M,L %J 为雅克比矩阵ox=-(inv(J)*fx);

17、for i=1:4oe(i)=ox(i); oU(i)=ox(i+4)*U(i);endfor i=1:4e(i)=e(i)+oe(i); U(i)=U(i)+oU(i);endcount=count+1;endox,U,e,count%求节点注入的净功率i=5;for j=1:5P(i)=U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j)+P(i);Q(i)=U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j)+Q(i);endS(5)=P(5)+Q(5)*sqrt(-1);S%求节点注入电流I=Y*U'MATLAB程序4.2程序结果Y值：迭代过程：电压值：平衡节点注入功率及电流：5 总结通过本次课程设计让我有复习了一次潮流计算的相关知识，跟家清晰了什么事潮流计算以及潮流计算的在电力系统的重要性。电力系统的稳定运行状况即是正常运行状况，是指电力系统在稳定运行条件下电压、功率的分布，也称为潮流分布。电力系统分析的潮流计算是电力系统分析的一个重要的部分。通过对电力系统潮流分布的分析和计算，可