基于直角坐标法的电力系统潮流计算与仿真毕业论文开题报告

1、河南工程学院本科毕业设计（论文）开题报告课题名称基于直角坐标法的电力系统潮流计算与仿真课题来源科（教）研项目指导教师郭壮志职称讲师学生姓名张悦宁学号201310710148专业/班级电气工程及其自动化1341班、研究的背景、目的和意义电力系统潮流计算是对复杂电力系统正常或故障条件下稳态运行状态的计算，根据给定的网络结构及运行条件求出电网的运行状态。其中包括各母线的电压、各支路的功率分布以及功率损耗等。同时它又是研究电力系统的一项重要分析功能，是进行故障计算、继电保护鉴定、安全分析的工具。潮流计算是电力系统中一种最广泛最基本和最重要的一种电气计算，也是电力规划和运营中不可缺少的一个重要组成部分1

2、。随着电力系统的发展和不断扩大，计算机在电力系统潮流计算中得到充分的利用。而MATLAB的应用，以其强大的矩阵处理功能给电力系统的分析、计算带来极大的方便咒牛顿拉夫逊潮流计算法是采用最为广泛的潮流计算方法，牛顿拉夫逊法潮流计算主要分为极坐标形式和直角坐标形式，它有很好的收敛性，要求有合适的初值3。确定电力系统的运行方式，检查系统中的各元件是否过压或过载；为电力系统继电保护的整定提供依据；为电力系统的稳定计算提供初值；为电力系统规划和经济运行提供分析的基础。因此，基于直角坐标法的电力系统潮流计算是电力系统中一项最基本的计算，既具有一定的独立性，又是研究其他问题的基础4。二、国内外文献综述国内外的

3、研究学者对于电力系统潮流计算展开了许多有意义的研究与探讨，潮流计算从20世纪50年代中期就已经开始。此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，如直角坐标法、混合坐标法和极坐标法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的5。对直角坐标和极坐标牛顿法潮流计算的速度进行比较，其中包括求解的方程数、形成雅克比矩阵元素计算量、三角函数计算、迭代次数、系统中PV节点数等因素。发现系统中PV节点数是决定直角坐标和极坐标牛顿法潮流计算速度的关键。在不考虑元素稀疏性的情况下，如果系统中PV节点数较少，直角坐标牛顿法的潮流计算速度一般快于极坐标牛顿法；在考虑元素稀疏性的情况下，尽管极坐标牛顿法中的方程

4、数和迭代次数可能均少于直角坐标牛顿法，但无论系统中PV节点数多少，直角坐标牛顿法的潮流计算速度均快于极坐标牛顿法。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直角坐标牛顿一拉夫逊法(简称牛顿法)进行的。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，而且解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的7。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。通过几十年的发展，潮流算法日趋成熟。对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，即高斯-塞德尔法、牛顿法和快速解耦法8。牛顿法：由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次

5、线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法9。后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法10。MATLAB自1980年问世以来，以其学习简单、使用方便以及其它高级语言所无可比拟的强大的矩阵处理功能越来越受到世人的关注。目前，它已成为国际控制界最流行、使用最广泛的语言了。在处理潮流计算时，其计算机软件的速度已无法满足大电网模拟和实时控制的仿真要求，而高效的潮流问题相关软件的研究已成为大规模电力系统仿真计算的关键，使用MATLAB编程工作量将会大为减少

6、11。本课题采用的方法是基于直角坐标法的潮流算法，是电力系统中使用最为广泛的一种潮流计算方法，有较好的收敛性。在实际应用中我们发现，可根据电力系统的运行特点提出新的假设对雅可比矩阵作进一步的简化，以直角坐标形式推导常数雅克比矩阵的潮流计算形式，将迭代过程中的电压实部和虚部的增量附加给有功和无功功率不平衡量，得到常数雅克比矩阵方程，并引入高斯一塞德尔法的迭代方式使其计算速度得以提高。最后用MATLAB软件进行编程仿真，计算结果显示与传统牛顿法相比形式更加简单而且计算结果较好。三、研究的主要内容和拟采用的研究方法研究的主要内容：(1)对国内外国内外潮流计算的研究现状进行综述；(2)基于直角坐标法的

7、潮流计算建模原理及电力元件的等值建模方法；(3)采用MATLAB进行建模和仿真。拟采用的研究方法为：首先选定区域电网，已知同一端的功率和电压，求另一端功率和电压。方法为从已知功率、电压端，齐头并进逐段求解功率和电压，求解方法总结为“一来、二去”共两步来逼近需求解的网络功率和电压分布。一来即：设所有未知电压节点的电压为线路额定电压，从已知功率端开始逐段求功率，直到推得已知电压点得功率；二去即：从已知电压点开始，用推得的功率和已知电压点的电压，往回逐段向未知电压点求电压12。但当一次计算完毕后此电压与初始假设电压相差较大时，可再一次假设未知电压节点的电压值为刚刚计算得到的节点电压值，继续进行“来、

8、去”计算，直到前后两次同一点的电压值相差不大13然后重点介绍牛顿拉夫逊法（直角坐标）的计算过程，包括牛顿法的推导过程、原理和意义，给出修正方程式、形成雅克比矩阵，再介绍牛顿法的计算步骤。接下来对潮流计算的算法必须满足的约束条件加以介绍，在论文的计算过程中，得出结果之后用约束条件进行校验，如果不能满足要求，则要修改程序或者修改某些变量的给定值14。最后使用MATLAB软件，掌握仿真工具Simulink及PowerSystem工具，学习并掌握常用的NR法计算机算法的原理框图和程序的编写，上机运用MATLAB编写潮流计算软件，程序编好后输入系统的状态初值和手算的结果加以比较。如果出入较大，再根据结果

9、对程序进行修改，直到误差缩小在一定的范围内15。对编好的程序用MATLAB进行仿真，并对程序进行调试。并对结果加以分析并验证程序的可行性，针对某一N节点电力系统网络进行验证。技术路线如下图所示：电力系统潮流计算的目的、意义<J通过比较选择直角坐标系法求解功率和电压一w基于直角坐标法的潮流计算建模原理及方法牛顿拉夫逊法（直角坐标）的计算过程不满足要求运用MATLAB编写潮流计算的程序并进行仿真、调试分析验证程序的可行性，针对某一电力系统网络进行验证四、研究进度安排2016年12月26日2017年1月1日2017年2月27日2017年3月5日2017年3月6日2017年4月16日2017年4

10、月17日2017年5月21日阅2017年5月22日2017年6月4日阅2017年6月5日2017年6月11日评阅教师审阅；论文答辩近、主要参考文献1何仰赞，温增银.电力系统分析(上、下)下达任务书组织开题答辩，上交开题报告中期检查，填写中期检查表完成毕业设计(论文)初稿，呈指导教师审完成毕业设计(论文)终稿，呈指导教师审装订毕业设计(论文)终稿，呈指导教师和M.华中理工大学出版社,2002.2刘军，刘学军.MATLAB在电力系统分析中的应用J.电力系统及其自动化学报,J.中国信息报,2000.4,12(2):23-253王锡凡等.电力系统计算M.水利电力出版社，1978.4谢威,彭志炜，张朝纲

11、，马春生.一种基于牛顿一拉夫逊的潮流就算方法J.许昌学院学报.2006.3,25(2):27-305苏津,基于矢量化运算模式的电力系统潮流计算M.北京：中国电力出版社,2007.6邵尉哲，王宇俊，万新儒，宫嘉炜，陈恳J.南昌大学学报(工科版)»,2016,38(1):98-1027陈衍.电力系统稳态分析M.北京：中国电力出版社,2007.8李维波.MATLAB在电气工程中的应用M.北京：中国电力出版社,2007.9ElgredOI.ElectricEnergySystemTheory-AnIntroduction.McGraw-HillBookCo.2010,(12):27-3010耿光超，电力系统稳定约束最优潮流模型算法与并行化M.北京：中国电力出版社，2008.11李家坤，刘姣姣.MATLAB仿真技术在电力电子教学中的应用J.长江工程职业技术学院学报,2009.3,26(1):75-7712杨旭英.含分布式发电的配网潮流方t算与相关分析J.江西电力职业技术学院学报,2005.12,18(4):10-1113谷源.基于MPI的电力系统潮流并行计算实现M.华中理工大学出版社,2009.14张宁，江红梅张渭.基于MATLAB的电力系统潮流计算J.西北农林科技大学学报(自然科学版),2004.12,32(12):124-12615NagrathIJ