电力系统分析课程设计论文

1、信息工程学院课程设计报告书题目: 不对称短路故障分析与计算专业:电气工程及其自动化班级: 0312408班学号: 031240212学生姓名:郭雨指导教师:耿东山2015年6月20日目录摘要 (31设计背景 (52原始资料分析 (63拟分析方法 (94设计步骤 (104.1 程序流程图 (104.2 程序清单 (104.3 手算过程 (135结果分析和总结 (18参考文献 (19摘要首先简单介绍了基于在MALAB中行潮流计算的原理、意义,然后用具体的实例,简单介绍了如何利用MALAB去进行电力系统中的潮流计算。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,它根据给定的运行条件及系统接线

2、情况确定整个电力系统各部分的运行状态:各线的电压、各元件中流过的功率、系统的功率损耗等等。牛顿-拉夫逊法在电力系统潮流计算的常用算法之一,它收敛性好,迭代次数少。本文介绍了电力系统潮流计算机辅助分析的基本知识及潮流计算牛顿-拉夫逊法,最后介绍了利用MTALAB程序运行的结果。关键词:电力系统潮流计算,牛顿-拉夫逊法,MATLABThe AbstractAt first, this paper briefly introduces the theory and the meaning of the load flow calculation based on MATLAB, and then i

3、t briefly introduces how to apply MALAB to the load flow calculation of the electric system by concrete cases.A kind of calculation is the load flow of the electric system, which studies the stable operation-condition of the electric system. It confirms the operation-condition of the whole electric

4、system, such as the voltage of every line, the rate of power crossing each component, the rate of power consumption of the system, according to the given operation-condition and the connected circumstances of the system.Newton-Raphson method is commonly used in the load flow calculation of the elect

5、ric system for its good stypticity and little iteration. This paper introduces the basic knowledge about the assistant analysis of the load flow computer of electric system and the Newton-Raphson method. Finally, it introduces the results after making use of MALAB procedure.The key word:The load flo

6、w calculation of the electric system; Newton-Raphson method;MALAB1设计背景潮流计算是研究电力系统的一种最基本和最重要的计算。随着电子数字计算机的出现, 1956年Ward等人编制了实际可行的计算机潮流计算程序。这样,就为日趋复杂的大规模电力系统提供了极其有利的计算手段。潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算,是根据给定的运行的条件及系统接线情况确定整个电力系统各个部分运行的状态,如各母线的电压、各元件中流过的电流、系统的功率损耗等等。电力系统潮流计算是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。在电力系统规划设计和现有电力系统运行的

7、方式研究中,都需要利用电力系统潮流计算来定量的比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。实际电力系统的潮流技术主要采用牛顿-拉夫逊法。作为一种适用的、有竞争力的电力系统潮流计算方法,则是在应用了稀疏矩阵技巧和高斯消元法求修正方程式以后。牛顿-拉夫逊法是求解非线性代数方程有效的迭代计算,本设计就是采用牛顿-拉夫逊法计算电力系统潮流的。2原始资料分析 (1L2、L3、L4对地电容取0.5,每个T 型臂取0.25。L5对地电容取0。 (2以节点一为平衡节点计算。由于这种将平衡节点编为1号节点,不利于程序的实现。为了方便编程,故对各节点重新编号。将原来的1号节点重新编为6号节点,其余五个节点号依

8、次前移一位。即2号重新编为1号,3号重新编为2号,4号重新编为3号,5号重新编为4号,6号重新编为5号。重新编号后,相应各支路参数、各节点参数都会发生变化。 编号改后的电路图: 电路参数分析:1. n=6(节点数;2. n1=6(支路数;3. B1(由各支路参数形成的矩阵,如表1所示;4. 输入修正值;ip=0.00001;5. B2(由各节点参数形成的矩阵,如表2所示;6. A(节点对地导纳矩阵,如表3所示;表1 由各支路参数形成的矩阵 “1”表示平衡节点,“2”表示PQ节点,“3”表示PV节点。 3拟分析方法牛顿-拉夫逊法(以下简称牛顿法是数学中求解非线性方程式的典型方法,有较好的收敛性。

9、解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的,因此,只要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潮流程序的计算效率。自从20世纪60年代中期采用了最佳顺序消去法以后,牛顿法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法,成为直到目前仍被广泛采用的方法。在牛顿法的基础上,根据电力系统的特点,抓住主要矛盾,对纯数学的牛顿法进行了改造,得到了P-Q分解法。P-Q分解法在计算速度方面有显著的提高,迅速得到了推广。牛顿法的特点是将非线性方程线性化。20世纪70年代后期,有人提出采用更精确的模型,即将泰勒级数的高阶项也包括进来,希望以此提高算法的性能,这便产生了保留非线性的潮流算法

10、。另外,为了解决病态潮流计算,出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模型,即非线性规划潮流算法。近20多年来,潮流算法的研究仍然非常活跃,但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外,随着人工智能理论的发展,遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是,到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q 分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大,对计算速度的要求不断提高,计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用,成为重要的研究领域。综上分析,本题采用牛顿-拉夫逊法。4设计步骤4.1 程序流程图输入原始数据形成节点导纳矩阵给定节点电压初值e i(

11、0,f i(0k0用公式(11-49和(11-50p i(k,Q i(k,V i2(kMax|p i(k,Q i(k,V i2(k|<?否按公式(11-49和(11-50计算雅可比矩阵各元素解修正方程式(11-48求e i(k,f i(ke i(k+1=e i(k+e i(k,f i(k+1=f i(k+f i(kK+1k计算平衡节点功率及全部线路功率输出注:按教材P61牛顿拉夫逊法潮流计算程序框图计算4.2 程序清单调用.xlsk表格中的数据如下: 第一段程序(输出:x=xlsread('kcsj2.xlsx','A3:A3'y=xlsread('

12、;kcsj2.xlsx','B3:B3'z=xlsread('kcsj2.xlsx','C3:C3'pr=xlsread('kcsj2.xlsx','B4:B4' branch=xlsread('kcsj2.xlsx','E4:K100' point=xlsread('kcsj2.xlsx','M4:V100' ground=xlsread('kcsj2.xlsx','X4:Y100' n=x;n1=y;ph=z

13、;B1=branch;B2=point;A=ground;T1=zeros(n,2;T2=zeros(n1,3;i=sqrt(-1;for j=1:nT1(j,1=B1(j,3+B1(j,4*i;T1(j,2=B1(j,5*i;endfor j=1:n1T2(j,1=B2(j,2+B2(j,3*i;T2(j,2=B2(j,4+B2(j,5*i;T2(j,3=B2(j,6+B2(j,7*i;endB1=zeros(n,6;B2=zeros(n1,6;for j=1:nB1(j,1=branch(j,1;B1(j,2=branch(j,2;B1(j,3=T1(j,1;B1(j,4=T1(j,2;B

14、1(j,5=branch(j,6;B1(j,6=branch(j,7;endfor j=1:n1B2(j,1=T2(j,1;B2(j,2=T2(j,2;B2(j,3=T2(j,3;B2(j,4=point(j,8;B2(j,5=point(j,9;B2(j,6=point(j,10;End第二段程序(输出:fid=fopen('jisuanjieguo2.txt','wt'fprintf(fid,'*电力系统课程设计2*n'fprintf(fid,'*潮流计算输出结果*n'fprintf(fid,'迭代次数k为: %dn&

15、#39;,k;fprintf(fid,'=n'fprintf(fid,'各节点的实际电压标么值U为(节点号从小到大排列: n'for m=1:nfprintf(fid,'第%d个实际电压标么值U:%f+i*(%fn',m,real(U(m, imag(U(m' ;endfprintf(fid,'=n'fprintf(fid,'各节点的电压大小V为(节点号从小到大排列: n'for m=1:nfprintf(fid,'第%d个节点的电压大小V为(节点号从小到大排列: %fn',m,V(m;en

16、dfprintf(fid,'=n'fprintf(fid,'各节点的电压相角shita为(节点号从小到大排列: n'for m=1:nfprintf(fid,'第%d个节点的电压相角时shita为(节点号从小到大排列: %fn',m,shita(m; endfprintf(fid,'=n'fprintf(fid,'各节点的功率S为(节点号从小到大排列: n'for m=1:nfprintf(fid,'第%d个的复功率: %f+i*(%fn',m,real(S(m,imag(S(m'endfp

17、rintf(fid,'=n'fprintf(fid,'节点有功功率P为: n'for m=1:nfprintf(fid,'第%d个节点有功功率: %fn',m,real(S(m;endfprintf(fid,'=n'fprintf(fid,'节点无功功率Q为: n'for m=1:nfprintf(fid,'第%d个节点无功功率Q: %fn',m,imag(S(m;endfprintf(fid,'=n'fprintf(fid,'各条支路的功率损耗DS为: n'n1=6

18、;for m=1:n1fprintf(fid,'各条支路的功率损耗为:%f+i*(%fn',real(DS(m,imag(DS (m;endfclose(fid; %关闭文件,程序结束4.3 手算过程等值电路图: 3.7+j1.3按已知网络参数形成节点导纳矩阵如下:14.8252-j39.5516 -14.2012+j5.9172 0 -0.6240+j3.9001 0 j31.7460 -14.2012+j5.9172 15.0311-j8.5292 -0.8299+j3.1120 0 0 00 0.8299+j3.1120 1.5846-j5.5035 -0.7547+j2

19、.6415 0 0-0.6240+j3.9001 0 -0.7547+j2.6415 1.3748-j66.7603 j63.4921 00 0 0 j63.4921 -j66.6667 0j31.7460 0 0 0 0 j33.3333按教材所示步骤计算:=+-=-=+-=-=n j nj j ij j ij i j ij j ij i is i is i n j nj j ij j ij i j ij j ij i is i is i e B f G e f B e G f Q Q Q Q e B f G f f B e G e P P P 11110(0(P ,2,1(m i = 46

20、11(-=+-=-=+-=-=0(0(22222211i i is i is i n j nj j ij j ij i j ij j ij i is i is i f e V V V V e B f G f f B e G e P P P P1,2,1(-+=n m m i 4711(-V J W -= 4811(-=-=+-=-=0(22j i j i i ij i ij ji j i i ij i ij j ij i f V e V f G e B e Q f P f B e G f Q e P 4911(- -=+-=-+=-+-=-=i i iiii i ii n k i ii k i

21、k k ik i in k i ii i ii k ik k ik i in k i ii i ii k ik k ik i in k i ii i ii k ik k ik i i f f V e e V f B e G f B e G f Q f G e B e B f G e Q f G e B e B f G f P f B e G f B e G e P 22(2211115011(-MATPOWER 演算:function mpc=case2 mpc.version='2' mpc.baseMVA=100;mpc.bus=1 1 200 100 0 0 1 1 0

22、100 1 1.1 0.94;2 1 180 40 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94;3 1 160 80 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94;4 1 370 130 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94;5 2 0 0 0 0 1 1.05 0 100 1 1.1 0.94;6 3 0 0 0 0 1 1.05 0 100 1 1.1 0.94;mpc.gen=5 500 0 99990 -9999 1.05 100 1 600 0;6 0 0 99990 -9999 1.05 100 1 600 0;mpc.branch=2 3 0.08 0.30

23、 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360;2 1 0.06 0.025 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360;3 4 0.10 0.35 0 0 0 0 0 0 1 -360 360;1 4 0.04 0.25 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360;1 6 0 0.03 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360;4 5 0 0.015 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360; ;return;MATPOWER演算结果:runpf('case2'Ybus =(1,1 14.8252 -39.5516i(2,1 -14.201

24、2 + 5.9172i(4,1 -0.6240 + 3.9002i(6,1 0 +31.7460i(1,2 -14.2012 + 5.9172i(2,2 15.0311 - 8.5292i(3,2 -0.8299 + 3.1120i(2,3 -0.8299 + 3.1120i(3,3 1.5846 - 5.5035i(4,3 -0.7547 + 2.6415i(1,4 -0.6240 + 3.9002i(3,4 -0.7547 + 2.6415i(4,4 1.3787 -66.7603i(5,4 0 +63.4921i(4,5 0 +63.4921i(5,5 0 -66.6667i(1,6 0

25、 +31.7460i(6,6 Yf = (2,1 (4,1 (5,1 (1,2 (2,2 (1,3 (3,3 (3,4 (4,4 (6,4 (6,5 (5,6 Yt = (2,1 (4,1 (5,1 (1,2 (2,2 (1,3 (3,3 (3,4 (4,4 (6,4 (6,5 (5,6 0 -33.3333i -14.2012 + 5.9172i 0.6240 - 3.6502i 0 -30.2343i 0.8299 - 2.8620i 14.2012 - 5.6672i -0.8299 + 3.1120i 0.7547 - 2.6415i -0.7547 + 2.6415i -0.6240 + 3.9002i 0 -60.4686i 0 +63.