课 程 设 计 报 告
学生姓名: 学 院: 班 级: 题 目:
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2019年 月 日
目 录
1 绪论 ...................................................................................................................................................... 1
1.1 潮流计算在电力系统分析的作用及意义 .............................................................................. 1
1.1.1 潮流计算的作用 ......................................................................................................... 1 1.1.2潮流计算的意义 .......................................................................................................... 1 1.2 潮流计算的主要方法 .............................................................................................................. 2
1.2.2牛顿-拉夫逊法 ............................................................................................................ 2 1.2.3 P-Q分解法 .................................................................................................................. 3 1.3 课程设计主要工作 .................................................................................................................. 6 2 计算原理与流程 .................................................................................................................................. 7
2.1 潮流计算数学模型 .................................................................................................................. 7
2.1.1变量及节点分类 .......................................................................................................... 7 2.1.2各元件数学模型 .......................................................................................................... 7 2.1.3潮流方程 ...................................................................................................................... 8 2.2 计算方法的数学原理 .............................................................................................................. 9
2.2.1基本原理 ...................................................................................................................... 9 2.2.2修正方程 .................................................................................................................... 10 2.2.3牛顿—拉夫逊法的求解过程及结构框图 ................................................................. 14 2.3 潮流计算的约束条件 ............................................................................................................ 15 3 仿真工具说明 .................................................................................................................................... 17
3.1 MATLAB说明 ........................................................................................................................... 17 3.2 MATPOWER说明 ....................................................................................................................... 17
3.2.1 电力常规潮流运算 ................................................................................................... 17 3.2.2 数据文件格式 ........................................................................................................... 17 3.2.3 潮流计算 ................................................................................................................... 19
4 仿真工具应用说明 ............................................................................................................................ 20
4.1 IEEE标准数据格式 ............................................................................................................... 20 4.2 潮流计算结果 ........................................................................................................................ 21
4.2.1 牛顿-拉夫逊法 ......................................................................................................... 22 4.2.2 P-Q分解法 ................................................................................................................ 23 4.2.3 方法比较 ................................................................................................................... 23 4.3潮流情况 ................................................................................................................................. 23
4.3.1电压情况 .................................................................................................................... 24 4.3.2线路情况 .................................................................................................................... 25 4.4电压调整 ................................................................................................................................. 27
4.1.1改变发电机端电压调压 ............................................................................................. 27 4.4.2改变变压器的变比调压 ............................................................................................. 28 4.5 提高节点电压水平 ................................................................................................................ 29 5 总结 .................................................................................................................................................... 30 参考文献 ................................................................................................................................................ 31
1 绪论
1.1 潮流计算在电力系统分析的作用及意义
1.1.1 潮流计算的作用
根据系统给定的运行条件、网络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线的电压、各支路流过的功率、整个系统的功率损耗，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。除此之外，潮流计算还是网损计算、静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰静态稳定计算、短路计算、静态和动态等值计算的基础。 1.1.2潮流计算的意义
潮流计算是电力系统分析最基本最常用的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。
（1）对现有的电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统行静态和稳态分析都是以潮流计算为基础；
（2）潮流计算结果可用于电力系统稳态研究、安全估计或最优潮流等，对潮流计算的模型和方法有直接影响；
（3）运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点；在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；
（4）在实时运行环境，调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以及校验运行可靠性；
（5）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；
（6）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； （7）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；
在电力系统调度运行的多个领域问题，潮流计算是研究电力系统稳态问题的基础和前提。因此，潮流计算在电力系统的规划计算、生产运行、调度管理及科学计算中都有着广泛的应用。
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1.2 潮流计算的主要方法
潮流计算在数学上是非线性代数方程组的求解问题，求解的方法有很多种，本学期我们
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所学主要有三种，分别是高斯-赛德尔Guass-Seidel法、牛顿-拉夫逊Newton-Raphson法以及P-Q分解法。
1.2.1高斯-赛德尔法
x0，将所求方程 f(x)?0改写为 x??(x)，不能直接得出方程的根，给一个猜测值
得
x1??(x0)
接着取x1为猜测值，进一步得：
反复猜测
则方程的根
x2??(x1)xk?1??(xk)x*?limxkk??高斯-赛德尔法以导纳矩阵为基础，是在电力系统中最早得到应用的潮流计算方法。原理简单，程序设计十分容易，而且就每次迭代所需的计算量而言，是各种潮流算法中最小的。但由于收敛速度很慢，对病态条件系统，计算往往会发生收敛困难且平衡节点所在位置的不同选择，收敛性能也会受到影响，目前高斯-塞德尔法已很少使用。 1.2.2牛顿-拉夫逊法
求解
x?x0??x，则 设
按牛顿二项式展开：
f(x)?0f(x0??x)?011
?(x0)(?x)2???(x0)(?x)3?f(x0)?f?(x0)?x?f?f?2!3!
当△x不大，则取线性化（仅取一次项）
则可得修正量
?0f(x0)?f?(x0)?x?0?x???f?(x0)??1f(x0)x1?x0??x对 f(x)?0得：
f?(x0)?x??f(x0)xk?1?xk??xk，求解修正方程。 作变量修正：
牛顿-拉夫逊法是一种经典的数学方法，用来解决矩阵的计算问题，是数学上解非线性代数方程组的有效方法，有较好的收敛性，同时具有以下优点。
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（1）收敛速度快，若选择到一个较好的初值，算法将具有平方收敛特性，一般迭代4-5次便可以收敛到一个非常精确的解，而且其迭代次数与所计算网络的规模基本无关；
（2）具有良好的收敛可靠性，对于前面提到的对以节点导纳矩阵为基础的高斯一塞德尔法呈病态的系统，牛顿法均能可靠地收敛；
（3）牛顿法所需的内存量及每次迭代所需时间均较前述的高斯-塞德尔法都多，并与程序设计技巧有密切关系。
牛顿法的可靠收敛取决于有一个良好的启动初值。如果初值选择不当，算法有可能根本不收敛或收敛到一个无法运行的解点上，其解决方法如下。
对于正常运行的系统，各节点电压一般均在额定值附近，偏移不会太大，并且各节点间的相位角差也不大，所以对各节点可以采用统一的电压初值(也称为“平直电压”)，“平直电压”法假定：
0U?1i
?i0?0? 或 ei0?1fi0?0(i?1,2,...,n;i?s)
这样一般能得到满意的结果。但若系统因无功紧张或其它原因导致电压质量很差或有重载线路而节点间角差很大时，仍用上述初始电压就有可能出现问题。可以先用高斯一塞德尔法迭代1-2次；以此迭代结果作为牛顿法的初值，也可以先用直流法潮流求解一次以求得一个较好的角度初值，然后转入牛顿法迭代。
自从20世纪60年代中期采用了最佳顺序消去法以后，牛顿-拉夫逊法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了其他方法，成为直到目前仍被广泛采用的方法。 1.2.3 P-Q分解法
其基本思想是把节点功率表示为电压向量的极坐标形式，以有功功率误差作为修正电压向量角度的依据，以无功功率误差作为修正电压幅值的依据，把有功和无功分开进行迭代其主要特点是以一个（n-1）阶和一个m阶不变的、对称的系数矩阵B?,B??代替原来的（n+m-1）阶变化的、不对称的系数矩阵M，以此提高计算速度，降低对计算机贮存容量的要求。
修正方程为
??P??HN???????Q???KL???V???????V??雅克比矩阵元素的表达如下：
Hij??ViVj(Gijsin?ij?Bijcos?ij)??Nij??ViVj(Gijcos?ij?Bijsin?ij)?（1）当i≠j时 ?Kij?ViVj(Gijcos?ij?Bijsin?ij)?Lij??ViVj(Gijsin?ij?Bijcos?ij)?? 3
Matlab电力系统潮流仿真计算课程设计报告
