电力系统仿真MATPOWER潮流计算

1、IEEE30节点潮流计算宁夏大学新华学院 马智潮流计算，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下， 计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是根据给定的电网 结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状 态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电 压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅 值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。它是基于配电网络特有的层次结构特性，论文提出了一种新颖的分层前推回代算 法。该算法将网络支路按层次进行分类，并分层并行计算各层次的支路功率损耗 和

2、电压损耗，因而可大幅度提高配电网潮流的计算速度。论文在MATLAB环境下， 利用其快速的复数矩阵运算功能，实现了文中所提的分层前推回代算法，并取得 了非常明显的速度效益。另外，论文还讨论发现，当变压器支路阻抗过小时，利 用n型模型会产生数值巨大的对地导纳，由此会导致潮流不收敛。为此，论文 根据理想变压器对功率和电压的变换原理，提出了一种有效的电压变换模型来处 理变压器支路，从而改善了潮流算法的收敛特性。关键词：电力系统；潮流分析；MATLAB潮流计算的目的电力系统的潮流计算最主要的目的是为了让电力系统能够安全稳定运 行的同时做到经济运行。所以考留到经及调度、电网规划、电力系统可靠 性分析。具体

3、表现在以下方面：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。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。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。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

4、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。MATLAB软件的应用MATLAB Compiler是一种编译工具，它能够将M编写的函数文件生成函数库 或者可执行文件COM组件等，以提供给其他高级语言如C+、C#等进行调用由此 扩展MATLAB的应用范围，将MATLAB的开发效率与其他

5、高级语言的运行结合起来， 取长补短，丰富程序开发的手段。目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算，潮流计算是其基本应用 软件之一。现有很多潮流计算方法。对潮流计算方法有五方面的要求：（1）计算 速度快（2）内存需要少（3）计算结果有良好的可靠性和可信性（4）适应性好， 即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其它程序配合的能力强（5） 简单。MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学 术界，主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、动 态分析、绘图等方面也具有强大的功能。MATLAB程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据

6、元素 是不需要定义的数组。它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢 量的计算。MATLAB与C语言和FORTRAN语言相比更容易被掌握。通过M语言， 可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序所需的难度并节省了时 间，从而可把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。另外，MATLAB提供了一种特殊的工具：工具箱(TOOLBOXES).这些工具箱 主要包括：信号处理(SIGNAL PROCESSING)、控制系统(CONTROL SYSTEMS)、神 经网络(NEURAL NETWORKS)、模糊逻辑(FUZZY LOGIC)、小波(WAVELETS)和模拟 (SIMULATI

7、ON)等等。不同领域、不同层次的用户通过相应工具的学习和应用， 可以方便地进行计算、分析及设计工作。MATLAB设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用 的方便性和灵活性有着直接的关系。原始数据输入格式的设计，主要应从使用的 角度出发，原则是简单明了，便于修改。图1 IEEE-30节点系统接线图function mpc = case30%CASE30 Power flow data for 30 buSj 6 generator case.%Please see CASEFORMAT for details on the case file format.%Based on

8、data from .AlsaCj 0. & Stottj B.Optimal Load Flow with Steady State Security, IEEE Transactions on Power Apparatus and SystentSj Vol. PAS 93, No. 3, 1974, pp. 745-751. with branch parameters by 100 and shunt on bus 10 Generator locationSj cost srounded to nearest 0. 013 shunt values divided moved to

9、 bus 5, load at bus 5 zeroed out.and limits and bus areas were taken from .FerrerOj R. W. 3 Shahidelipourj S. M., in deregulated power systems using Power SystemSj Vol. 12, No. 3, AugGenerator Q limits were derived fromRameshj V. C. 3 Transaction analysis game theoryj IEEE Transact ions on 1997, pp.

10、 1340-1347.Al sac & St ottj using their Pmaxcapacities. V limits and line | S | limits taken from Alsac & Stott.% MATPOWER% $Id: case30. JUj v 1. 12 2010/03/10 18:08: 13 ray Exp $% MATPOVER Case Format : Version 2 mpc. version = N;% Power Flow Data % system MVA basempc. baseMVA = 100 ;% bus databus_

11、 itypePd QdGsBs areaVmVa baseKV z oneVm：iKVminmpc.bus1=13000011013511. 050. 95;2221. 712. 700110135 11. 1 0. 95;312.4 1. 20011013511. 050. 95;417. 6 1. 60011013511. 050. 95;G.a2iiZ 10：35 1I.U50. 9G.i0ii1 0135 1L.050,35.95.S Ci 0210135 1|ni：60.95.32 CL!? i 02013S 1L.050.95.9-5 3L4 D 0210：35 1I.Q50. 9

12、G.3.5 M 3 Ci 0 ：31 0135 11 J：6D. 95.Q U D 0 j1 035 1L. L 0. BEDODD1 DJ3 1I.OSD. 9G.2-4 Q.0 D D 31 D335 1I.DED. 9E.IO. 61.9 0 d：i31.0 13511 J：Z CD. 97口 CD-20 ：IDD150d aO 0a naFtS QclaiiTLQcSrrin Qc：2.ax -3wp_aE carp. 10 T-sfiC.SO rwp.q apf2 dJ2723L300.021.53 Ci30 -2052. 5 rmpf (/ case3Lr )MATPOIVER V

13、ersion 4,14-Dec-2011 AC Power Flcnir (Nevrtcm)Neurt 01-1? s method prnirer flow converged in 3 it er at ions.Converged in LL 18 seconds| Syst em SuirunaryHniir JTL：dILy?Hcnir much?P (IB)Q (MVAr)7Total Gen Capacity335. C一95. 0 to 405. 9Generators6On-line Capacity335. C-95. 0 to 405. 9CoiruTLitt ed Ge

14、ns6Generat ion (actual)191. E100.Loads20Load189. 2107. 2Fixed20Fixed189. 2107. 2Dispatchable0Dispatchable0. C of 0.00. CShuivt s2Shuivt (inj)0. C0. 2Briches41Losses (I2 * Z)W.448.曲Trmsf ormers0B r meh Char g ing (inj)15. EInter-ties7Tot al I nt ert ie Flg33. 227. 1Areas3MiniiTLijjTLMazsimujTLVoltage

15、 Magnitude0. 961p. u. bus 81. 00C p. u.bus 1Voltage Angle-3. 96deg bus 191.48 degbus 13P Losses0. 29 Wline 26Q Losses (IA2*K)2. 10 WArline 12-1F Losses(.1-U.理 MW魄 imeQ Losses(I2*K：-2. 10 WAr line12-13|Bus DataBusVolt ageionLoad#Mag (pu)Aug(deg)P MQ (MVAr)P W) Q(MVAr)11. ooo0. OOO*25. D7-1. 002:.ooo-

16、0.4：560. 9732. 002：. 7012. 7030. 983-1. 5222.401. 2040. QSO-1.7?57. 601. 6050. 982-1. 86460. 973-2. 2677D- 967-2-65222- 80ID. 9080. 96：-2.72630. 0030. 00yu. yy：-2.997:o0. 984-3.3755. 802. 000. 98：-2.997上U- 935-! 53ru. zo7. 50：3:.ooo1.4邛3 0011. 35A0. 9广-2.3086. 201. 601。LL 980-2-3128. 202. 50：60. 977

17、-2.6443. 501. 80.70. 977-3. 3929. 005. 80180. 9G8-3.483. 200. 90：90. 965-3.9589. 503.40200. 969-3.8T12. 200. 70210. DD3-3.48817. 5011. 2022:.ooo-3.3932：. 5939. 5723:.ooo-1.58919. 207. 953. 201. 60i-i A|-| C |-| rt|-|.- -! 4i-i T ii.- T ii231. 000-1. 58919. 207. 953. 201. 60240. 989-2. 6318. 706. 702

18、50.990-1.690260.972-2. 1393. 502.30271. 000-0. 82826. 9110. 54280. 975-2. 266290. 980-2. 1282. 400. 90300.968-3.04210. 601.90Total:191. 64100.41189. 20107. 20BrarichData1:ichFroiTLToFrom Bus InjectionTo Bus Inj ect ionLoss (I 2 ：+： Z)BusBusP邮 Q(MVAr)P (W) Q| (MVAr) P (W) Q (WAr)1210.89-5.09-10.862.

19、170.0260.0821315. 084. 09-14.96-5. 570. 1270.4832416. 075. 21-15.89-6. 660. 1780. 5043412. 564. 37-12.54-4. 300. 0180. 0752513.754.51-13.58-S. 030. 1100.4462620.20F.42-19.99-8. 500.2S90.8774622. 5011. 38-22.43-11. 120.0660.2685713. 686. 21-13.56-6. 880. 1200. 299679. 273. 17-9. 24-4. 020. 0310. 0810

20、6824.8224.43-24.69-23. 920. 1280.5111695.79-3.36-5.793.460.0000. 10126103. 31-1. 92-3. 312. 000.0000.09139110. 000. 000. 000. 000.0000.00149105. 79-3.46-5. 793. 510. 0000. 0513911a. oo0. 000. 000. 000. 0000. 00149105. 79-3.46-5. 793. 510. 0000. 0515412-1. 67-2. 021. 672. 040. 0000. 02161213-sr. 00-9

21、. 2637. 0011. 350. 0002. 101712145. 390. 88-5. 35-0. 800. 0370. 081812153.4S-1. 06-9.411. 190. 0660. 121912163. 26-0. 10-9. 180. 280. 0800. 18201415-0.35-0.800.850. 300.0030. 002116175. 6S-2.00-5.652. 150.0310. 072215103. 160.76-9. or-0. 570.0970. 192318195.87-0.33-5.850. 380.0220. 05241920-3.65-3.783.663. 800.0090. 022510205.924.62-5.8S-4. 500.0520. 122610173.378.01-3.35-7. 950.0230. 06271021-2. 23-11.672. 2811. 770. 0440. 10281022-3. 75-8.