电分课程设计报告

第-章课程设计概述1.1设计目的掌握电系统潮计算的基本原和电系统运方式的变化；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）；采用计算机语言对潮计算进计算机编程计算。1.2设计要求程序源代码；选定章的输入，输出文件；&序说明;选定算的程序计算过程；选定算的手算过程（至少迭代2次）（可选）。1.3设计题目高压输电网潮的计算机算法程序设计1.4设计内容根据电系统网络推导电网络数学模型，写出节点导纳矩阵；赋予各节点电压变（直角坐标系形式）初直后，求解平衡；形成雅可比矩阵；求解修正后，重新修改初值，以2开始重新循环计算；求解的电压变达到所要求的时，再计算各支功分布、功损耗和平衡节点功；上机编程调试；连调；计算分析给定系统潮分析并与手工计算结果作比较分析。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春季第17周至第18周第二章设计思采用牛一夫逊法是-种数值迭代算法，是求解大型非线性方程组的最用、最有效的方法之一。本次设计的患就是采用牛一夫逊法运用matlab编制程序完成对某一输电网算的潮计算和分析。在编程计算之前先定下几点原则。1、网络采用标幺值；2、负荷为恒定负荷；3、向母线注入的功或电取“正号，负荷向母线吸收的功或电取“负号；4、线和变压器采用n型等直电。潮计算以及编程的基本步骤:1、根据潮计算的知识确定程序程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。6、得到新直后再次迭代最终算出各节点电压。7、计算平衡节点的功、线功以及线损耗。2.1定义计算所用的系统变程序的具体实现由GeneralInfo.h和GeneralInfo.cpp完成。具体定义的系统变如下所示：内容变名称类型说明系统信息m_SystemInfoSysteminfo结构体中的变详细见GeneralInfo.h一般线信息*m_LineInfoLineInfo变压器支信息*m_TransformerInfoTransformerInfo节点信息*m_BusInfoBusInfo2.2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。程序中实现静态优化编号、半动态优化编号和动态优化编号三种优化编号方式。节点优化编号完成后，将一般支的端点号、变压器支的端点号和节点编号进调整，使原始的节点号新为新的节点编号，并且将节点信息数组按照新的节点编号大小重新排，即使其数组下标和节点编号对应，方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蛆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=1/Zt;Ym=G+jB/2;设导纳蛆阵为Y，开始设Y=0普通线(k=0，j等于0)Y(J,J)=Y(J,J)+Yt+Ym;Y(I,J)=Y(I,J)-Yt;Y(J,I)=Y(I,J)；2)对于对地支：k=0，j=0iY(I,I)=Y(I,I)+Ym;3)变压器支(K>0，非标准变比在j侧)i1:KyT/K*Y(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym;Y(J,J)=i1:KyT/K*4)变压器支(k<0，非标准变比在i侧)iyK*:1mY(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym;Y(J,J)=Y(J,J)+K*K*Yt;Y(I,J)=Y(I,J)-K*Yt;Y(J,I)=Y(I,J);形成导纳阵之后，得到导纳阵的上三角非元素，对角元素，上三角非元素的有地址和号。2.5形成修正方程程序具体实现由Jacobi.h和Jacobi.cpp完成。在程序中对修正方程式采取按节点边形成边消去的过程，在形成雅克比蛆阵元素的同时积常数顼，减少迭代过程中的运算。这个功能主要是由Jacobi类中FormJacobi()和FormFactorTable(int)函数完成的。对于雅可比蛆阵的形成一般分为两步。(1)i丰jfdNP一.°_一一一’H=^±=-UU(GsinS-BcosS)(1<i,j<n-1)ijdoijijijijijjdNP_•。、八…、N=—lU=-UU(GcosS+BsinS)(1<i<n-1,1<j<m)ijdUjijijijijij<指K=Qi=UU(GcosS+BsinS)=-N(1<i<m,1<j<n-1)ijdSijijijijijijjL=8-QlU=-UU(GsinS-BcosS)=H(1<i,j<m)ijdUjijijijijijij

⑵i=j(1<i<n-1)(1<i<m)(1<i<m)(1<i(1<i<n-1)(1<i<m)(1<i<m)(1<i<m)iicSijijijijjij=lj石N=竺"=-UZu(GcosS+BsinS)一WGiicUiijijijijijiiijK==^L=-UZU(GcosS+BsinS)=N+2U2GiicSijijijijijiiiiiij=lj石L=C-Q^U=-UZU(GsinS一BcosS)+2U2B=-H+2U2BiicUiijijijijijiiiiiiiiij=l对于线性方程组求解，我们采用高斯选主元消去法，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注入。2.6进潮计算程序具体实现由PowerFlow.h和PowerFlow.cpp实现。PowerFlow类的GetDeltaV()函数Q寸修正方程就回代运算，得到各节点电压的修正。然后，PowerFlow类的PFlow()函数根据个节点功误差的情况和最大的迭代次数，进迭代，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。用计算出得节点电压幅值和相角进节点相关数据计算和支相关数据计算，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。第三章电系统潮计算概述3.1电系统叙述电工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站（或称发电厂）中生产的，各发电站孤运。随着工农业生产和城市的发展，电能的需要迅速增加，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，为解决这个矛盾，就需要在动资源丰富的地区建大型发电站，然后将电能远距离输送给电用户。同时，为提高供电的可靠性以及资源用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线和变电所联系起来。这种由发电机、力压和压变电所，送电线以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电系统。现代电系统提出“灵活交输电和新型直输电的概。灵活交输电技术是并运用固态电子器件与现代自动控制技术对交电网的电压、相位角、阻抗、功以及电的通断进实时闭环控制，从而提高高压输电线的诉讼能和电系统的稳态水平。新型直输电技术是并应用现电电子技术的最新成果，改善和简化变站的造价等。运营方式管中，潮是5确定电网运方式的基本出发点：在规划领域，需要进潮分析验正规划方案的合性；在实时运环境，调员潮提供电网在预想操作预想下的电网的潮分布以及校验运的可靠性。在电系统调运的多个领域涉及到电网潮计章。潮是5定电网咯运状态的基本因素，潮问题是研究电系统稳态问题的基础和前提。3.2潮计章简介电系统潮计章是研究电系统稳态运情况的一种计章，它根据给

定的运条件及系统接线情况确定整个电系统各部分的运状态：各母线的电压。各元件中过的功，系统的功损耗等等。在电系统规划的设计和现有电系统运方式的研究中，需要用潮计算夹定的分析比较供电方案或运方式的合性。可靠性和经济性。此外，电系统的潮计算也是计算机系统动态稳定和静态稳定的基础，所以潮计算是研究电系统的一种和重要和基础的计算。电系统潮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方式，后者则用于正在运系统的经常监视及实时控制。用电子数字计算机进潮计算以20内，潮计算曾采用各种同的方法，用电子数字计算机进潮计算以20内，潮计算曾采用各种同的方法，50代中期就已经开始。在这这些方法的发展主要围绕着对潮计算的一些基本要求进的，夕寸潮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；对计算机七内存的要求；计算速；计算的方性和灵活性。3.3潮计算的意义及其发展电系统潮计算是电系统分析中的一种最基本的计算，是x寸复杂电系统正常和故障条件下稳态运状态的计算。潮计算的目标是求取电系统在给定运状态的计算，即节点电压和功分布，用以检查系统各元件是否过负荷。各点电压是否满足要求，功的分布和分配是否合以及功损耗等。对现有的电系统的运和扩建，对新的电系统进规划设计以及对电系统进静态和稳志分析是以潮计算为基础。潮计算结果可用如电系统稳态研究，安全估计或最优潮等对潮计算的模型和方法有直接影响。实际电系统的潮技术那主要采用牛顿一夫逊法。运方式管中，潮是确定电网运方式的基本出发点；在规划领域，需要进潮分析验正规划方案的合性；在实时运环境，调员潮提供多个在预想操作情况下电网的潮分布以及校验运可靠性。在电系统调运的多个领域问题是研究电系统稳态问题的基础和前提。在用数字见算计算机解电系统潮问题的开始阶段，普遍采取以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法。这个方法的原比较简单,要求的数字计算机内存比较差下，适应50代电子计算机制造水平和当时电系统论水平，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收敛的情况。这就迫使电系统的计算人员转向以阻抗危阵为基础的逐次代入法。阻抗法改善系统潮计算问题的收敛性，解决导纳无法求解的一些系统的潮计算，在60代获得广泛的应用，阻抗法德主要缺点是占用计算机七内存大，每次迭代的计算大。当系统断扩大时，这些缺点就加突出，为克服这些缺点，60代中期发展以阻抗危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，这样仅大幅的节内存容，同时也提高计算速。克服阻抗法缺点是另一个途径是采用牛顿-夫逊法。这是数学中解决非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。在解决电系统潮计算问题时，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蛆阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿法潮程序的效。自以60代中期，牛顿法中用最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性。内存要求。速方面超过阻抗法，成为60代末期以后广泛采用的优秀方法。第四章程启程图及程度代码程序程图如图（4-1）所示：现在以某一具体算来进我们的课程设计。以中国电出版社出版的电系统稳态分析（第三版）题3-6为，进潮计算。题3-6：网络接线如图所示，各支阻抗抗和各节点功均已以标幺直标于图中。其中节点4连接的实际是发给定功的发电厂。设节点5电压保持为U=1.06定值，试计算其中的潮分布。其节点编号见图3-23。其线参数和节点注入功将在数据文件中展示并应用于潮计算。MrreowMrreowMatlab潮计算机算法的源程序设计如下clc;clearallformatlong;globalnSWnPQnPV;%平衡节点，PQ节点，PVglobalnb;%节点个数globalnl;%支数globalbus;%bus:节点数据globalline;%line:支数#globalY;%Y:节点导纳矩阵globalnodenum;%节点编号对应表globallPQ;%线损耗矩阵globalmyf;%输出文件柄[dfile,pathname]=uigetfile('*.m',ifpathname==0'SelectDataFile');error('youmustselectavalidelsedatafile')lfile=length(dfile);%stripoff.meval(dfile(1:lfile-2));end[nl,ml]=size(line);[nb,mb]=size(bus);outfile='';forI=1:length(dfile)ifdfile(I)=='.'break;endoutfile=strcat(outfile,dfile(I));endoutfile=strcat(outfile,'.txt');myf=fopen(outfile,'w');nSW=0;nPV=0;nPQ=0;forI=1:nb,type=bus(I,6);iftype==3,nSW=nSW+1;SW(nSW,:)=bus(I,:);elseiftype==2,nPV=nPV+1;PV(nPV,:)=bus(I,:);elsenPQ=nPQ+1;PQ(nPQ,:)=bus(I,:);endendbus=[PQ;PV;SW];newbus=[1:nb]';nodenum=[newbusbus(:,1)];bus(:,1)=newbus;forI=1:nlforJ=1:2fork=1:nbifline(I,J)==nodenum(k,2)line(I,J)=nodenum(k,1);breakendendendendY=zeros(nb,nb);fork=1:nlI=line(k,1);J=line(k,2);Zt=line(k,3)+j*line(k,4);ifJ~=0Yt=1/Zt;endYm=line(k,5)+j*line(k,6);K=line(k,7);if(K==0)&(J〜=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);Endif(K==0)&(J==0)Y(I,I)=Y(I,I)+Ym;endifK>0Y(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);endifK<0Y(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym;Y(J,J)=Y(J,J)+K*K*Yt;Y(I,J)=Y(I,J)+K*Yt;Y(J,I)=Y(I,J);endendmax1=100;eps1=1.0e-10;eps2=1.0e-10;fprintf(myf,'节点导纳矩阵Y\n');forI=1:nbforJ=1:nbfprintf(myf,'%10f+j*(%10f)',real(Y(I,J)),imag(Y(I,J)));endfprintf(myf,'\n');endfori=1:max1angl(:,1)=bus(1:nb-1,3);u(:,1)=bus(1:nPQ,2);x=[angl;u];Jac=form_jac(bus,Y);del=dPQ(Y,bus);dx=Jac\del;fprintf(myf,'第%d次迭代结果\n',i);fprintf(myf,'第％d或迭代的雅比矩阵J\n',i);forI=1:nb+nPQ-1forJ=1:nb+nPQ-1fprintf(myf,'%10f',Jac(I,J));endfprintf(myf,'\n');endfprintf(myf,'第%d次迭代的功偏差dP和dQ\n',i);forI=1:nb+nPQ-1fprintf(myf,'%10e',del(I,1));fprintf(myf,'\n');endfprintf(myf,'第％d或迭代的节点、相角和电压的偏差dx\n',i);forI=1:nb+nPQ-1fprintf(myf,'%10e',dx(I,1));fprintf(myf,'\n');endforI=nb:nb+nPQ-1dx(I,1)=dx(I,1)*x(I,1);endx=x-dx;fprintf(myf,'第％d或迭代的节点相角delta和电压U\n',i);angl=x(1:nb-1,1);u=x(nb:nb+nPQ-1,1);forI=1:nb-1bus(I,3)=angl(I,1);fprintf(myf,'ang%d%10f\n',I,angl(I,1));endforI=1:nPQbus(I,2)=u(I,1);fprintf(myf,'U%d%10f\n',I,u(I,1));endif(max(abs(dx))<eps1)&(max(abs(dPQ(Y,bus)))<eps2)breakendendifi==max1error('超过最大迭代次数，收敛停机！');endForI=nPQ+1:nbifbus(I,6)==3sum=0;forJ=1:nbang=bus(I,3)-bus(J,3);A=real(Y(I,J))*cos(ang)+imag(Y(I,J))*sin(ang);sum=sum+bus(I,2)*bus(J,2)*(A);endbus(I,4)=sum;sum=0;forJ=1:nbang=bus(I,3)-bus(J,3);B=real(Y(I,J))*sin(ang)-imag(Y(I,J))*cos(ang);sum=sum+bus(I,2)*bus(J,2)*B;endbus(I,5)=sum;endfork=1:nlI=line(k,1);J=line(k,2);lPQ(k,1)=I;lPQ(k,2)=J;ifJ~=0Zt=line(k,3)+j*line(k,4);Yt=1/Zt;endYm=line(k,5)+j*line(k,6);K=line(k,7);Ui=bus(I,2)*(cos(bus(I,3))+j*sin(bus(I,3)));ifJ~=0Uj=bus(J,2)*(cos(bus(J,3))+j*sin(bus(J,3)));endif(K==0)&(J〜=0)Iij=Ui*(Yt+Ym)-Uj*Yt;Iji=Uj*(Yt+Ym)-Ui*Yt;endif(K==0)&(J==0)Iij=Ui*Ym;Iji=0;endifK>0Iij=(Ui-Uj)*Yt/K+Ui*(Ym+Yt*(K-1)/K);Iji=(Uj-Ui)*Yt/K+Uj*Yt*(1-K)/K"2;endifK<0K=-K;Iij=(Ui-Uj)*Yt*K+Ui*(Ym+Yt*(1-K));Iji=(Uj-Ui)*Yt*K+Uj*Yt*K*(K-1);endSij=Ui*conj(Iij);Sji=Uj*conj(Iji);delS=Sij+Sji;lPQ(k,3:5)=[SijSjidelS];endforI=1:nbforJ=1:nbifnodenum(J,2)==Ibreak;endendtem(I,:)=bus(nodenum(J,1),:);tem(I,1)=I;endbus=tem;forI=1:nlforJ=1:2fork=1:nbiflPQ(I,J)==nodenum(k,1)lPQ(I,J)=nodenum(k,2);breakendendendendfprintf(myf,'\n牛顿一夫逊洼潮计算结果\n');fprintf(myf,'节点、计算结果：\n');fprintf(myf,'节点、节点、电压节点、相角(角)节点、注入功\n');forI=1:nb,fprintf(myf,'%2d%10f%10f%10f+j%10f\n'bus(I,1),bus(I,2),bus(I,3)*180/pi,bus(I,4),bus(I,5));endfprintf(myf,'\n线计算结果：\n');fprintf(myf,'节点I节点J线功S(I,J)线功S(J,I)线损耗dS(I,J)\n');forI=1:nl,fprintf(myf,'%2d%2d%10f+j%10f%10f+j%10f%10f+j%10f\n'lPQ(I,1),lPQ(I,2),...real(lPQ(I,3)),imag(lPQ(I,3)),real(lPQ(I,4)),imag(lPQ(I,4)),real(lPQ(I,5)),imag(lPQ(I,5)));endfclose(myf);第五章运结臬分析对于课本3-6这一具体算，我送取节点5为平衡节点，节点4为pv节点，生成数据文件后，调试程序，最终得到较为想的潮计算结果。我分别计算两种情况：(1)正常运方式结果分析假设节点4为PV节点，并给定初值U=1.035.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画出潮分布。其中红色数据是计算机所得数据。(2)非正常运方式结果分析A:假设4号节点(PV)发电减半，网络潮的情况为PQ节由于篇幅有限，此处迭代过程。直接给出结果。以中可以得出各点的节点电压有所下。并且线功有功部分有所增加，无功部分有PQ节数据文件如下：%(bus#)(volt)(ang)(p)(q)(bustype)bus=[11.000.00-0.60-0.101;21.000.00-0.40-0.051;31.000.00-0.45-0.151;41.0350.000.200.002;51.060.000.000.003];%b#1b#2(R)(line=[X)(G)(B)(K)450.020.060.000.000;530.080.240.000.000;430.060.180.000.000;320.010.030.000.000;420.060.180.000.000;

410.040.120.000.000;120.080.240.000.000];牛顿一夫逊法潮计算结果-节点计算结果：节点节点电压节点相角，（角）J广点注入功11.000127-6.249491-0.600000+j-0.10000021.005995-5.360067-0.400000+j-0.05000031.007551-5.017966-0.450000+j-0.15000041.035000-2.9159590.100000+j0.20823951.0600000.0000001.401685+j0.246817线计算结果：节点I节点J线功S(I,J)线功S（J,I）线损耗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+j0.0808