【正文】 摘 要電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是在給定電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布參數(shù)，運(yùn)行狀態(tài)等情況下，確定電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況的一種計(jì)算方法，是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)中不可缺少的一部分。也是電力系統(tǒng)分析中最基本、最不可缺少的計(jì)算，是整個(gè)電力系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。MATLAB自問(wèn)世以來(lái)，以其強(qiáng)大的功能給電力系統(tǒng)分析和數(shù)據(jù)計(jì)算提供了重要支持。而相關(guān)的潮流計(jì)算算法的研究已經(jīng)成為大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)就是采用基于MATLAB軟件的牛頓拉夫遜法和PQ法計(jì)算潮流，經(jīng)驗(yàn)證，本次設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，方便快捷。關(guān)鍵詞：潮流計(jì)算； MATLAB； 牛頓拉夫遜法； PQ法I AbstractPower system power flow calculation is in a given power network structure, distribution parameters, running status and other circumstances, determine a method of calculating the running status of power system steady state, is an indispensable part of in power system planning and well as the most basic power system analysis, the most indispensable puting, is the foundation of the whole power system the advent of MATLAB, with its powerful functions for power system analysis and data calculation provides important the associated flow calculation algorithm research has bee the key of largescale power system design is based on MATLAB software NewtonRaphson method and PQ method to calculate trend, verified, this design to adapt to economic, convenient and quick.Keywords: Power flow calculation；MATLAB；NewtonRaphson method； PQ method； IV 目錄第一章 緒論 1 1 2 2 6 7 8 8 9 章節(jié)安排 10 10第二章 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)潮流計(jì)算 11 11 11 14 17 19 29 29 31 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的性質(zhì)及意義 33 34 35第三章 復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的計(jì)算機(jī)算法 37 37 37 46 PQ分解法簡(jiǎn)介 47 48 PQ分解法潮流計(jì)算的基本步驟 53 54 54 56第四章 基于MATLAB的潮流計(jì)算軟件的實(shí)現(xiàn) 59 59 59 59 62 62 64 70總結(jié) 72參考文獻(xiàn) 73外文翻譯 74致謝 103第一章 緒論電力是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要指標(biāo)，也是反映人民生活水平的重要標(biāo)志，它已成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及城鄉(xiāng)生活等許多方面不可或缺的能源和動(dòng)力。電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電裝置的機(jī)械能再由發(fā)電動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)變電、輸電和配電網(wǎng)絡(luò)將電能供應(yīng)到各用戶。為實(shí)現(xiàn)這一功能，電力系統(tǒng)在各個(gè)環(huán)節(jié)和不同層次還具有相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，對(duì)電能的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行測(cè)量、調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，以保證用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使電能得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的變化，開創(chuàng)了電力時(shí)代，出現(xiàn)了近代史上的第二次技術(shù)革命。20世紀(jì)以來(lái)，電力系統(tǒng)的發(fā)展使動(dòng)力資源得到更充分的開發(fā)，工業(yè)布局也更為合理，使電能的應(yīng)用不僅深刻地影響著社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)的各個(gè)側(cè)面，也越來(lái)越廣地滲透到人類日常生活的各個(gè)層面。電力系統(tǒng)的發(fā)展程度和技術(shù)水準(zhǔn)已成為各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。潮流計(jì)算是在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和決定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的邊界條件的情況下確定系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的一種基本方法，是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。可以說(shuō)，它是電力系統(tǒng)分析中最基本、最重要的計(jì)算，是系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)分析和實(shí)時(shí)控制與調(diào)度的基礎(chǔ)。是電力系統(tǒng)研究人員長(zhǎng)期研究的一個(gè)課題。MATLAB自1980年問(wèn)世以來(lái)，它的強(qiáng)大的矩陣處理功能給電力系統(tǒng)的分析、計(jì)算帶來(lái)許多方便。在處理潮流計(jì)算時(shí)，其計(jì)算機(jī)軟件的速度已無(wú)法滿足大電網(wǎng)模擬和實(shí)時(shí)控制的仿真要求，而高效的潮流問(wèn)題相關(guān)軟件的研究已成為大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真計(jì)算的關(guān)鍵。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，對(duì)MATLAB潮流計(jì)算的研究為快速、詳細(xì)地解決大電網(wǎng)的計(jì)算問(wèn)題開辟了新思路。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種計(jì)算，它根據(jù)給定的運(yùn)行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個(gè)電力系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)：各母線的電壓，各元件中流過(guò)的功率，系統(tǒng)的功率損耗等等。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用潮流計(jì)算來(lái)定量的分析比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。此外，電力系統(tǒng)潮流計(jì)算也是計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。所以潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)的一種十分重要且基本的計(jì)算。 一．電力建設(shè) 、發(fā)電量持續(xù)增長(zhǎng)。截止2007年底，全國(guó)新增裝機(jī)容量10,009萬(wàn)千瓦，總量達(dá)到71,329萬(wàn)千瓦。其中，水電新增1,，火電新增8,。同時(shí)，華能玉環(huán)電廠、華電鄒縣電廠、國(guó)電泰州電廠共七臺(tái)百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組的相繼投運(yùn)，標(biāo)志著中國(guó)已成功掌握世界先進(jìn)的火力發(fā)電技術(shù)，電力工業(yè)已經(jīng)開始進(jìn)入“超超臨界”時(shí)代。此外，中國(guó)電網(wǎng)建設(shè)快速發(fā)展，新增220千伏及以上變電設(shè)備容量18,848萬(wàn)千伏安。其中，四川至上海177。800千伏特高壓直流輸電示范工程開工建設(shè)；三峽輸變電工程全面建成通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收；貴廣二回直流輸電工程正式投產(chǎn)，使西電東送南線輸送能力新增150萬(wàn)千伏。在2007年，中國(guó)加大了電源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，水電建設(shè)步伐加快，三峽電站已有21臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，發(fā)電能力達(dá)1480萬(wàn)千瓦。龍灘、小灣、向家壩、溪洛渡等一批大型水電站相繼開工建設(shè)，其中一些項(xiàng)目的部分工程投產(chǎn)發(fā)電；金沙江水電開發(fā)全面啟動(dòng)，溪洛渡電站于2007年11月8日實(shí)現(xiàn)截流；核電方面，隨著田灣核電站兩臺(tái)核電機(jī)組投產(chǎn)，全國(guó)核電裝機(jī)容量已達(dá)885萬(wàn)千瓦，紅沿河核電項(xiàng)目已開始啟動(dòng)。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電取得突破性進(jìn)展，內(nèi)蒙古自治區(qū)成為全國(guó)首個(gè)風(fēng)電裝機(jī)容量突破百萬(wàn)千瓦的省份。2007年11月8日，中國(guó)第一個(gè)海上風(fēng)電站在渤海油田順利投產(chǎn)，拉開了中國(guó)有效利用海上風(fēng)能的序幕；一批生物質(zhì)發(fā)電廠建成投產(chǎn)，光伏發(fā)電和煤層氣開發(fā)積極推進(jìn)。 我國(guó)電力行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策主旨是優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)。優(yōu)先發(fā)展水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等可再生能源及新能源，而對(duì)煤電則立足優(yōu)化結(jié)構(gòu)、節(jié)約資源、重視環(huán)保、提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。上大壓小的舉措提高了火電行業(yè)平均單機(jī)裝機(jī)容量，增強(qiáng)了行業(yè)的總體經(jīng)濟(jì)效益，提高了環(huán)境效益。對(duì)于新能源的各項(xiàng)政策及規(guī)劃，將引導(dǎo)降低火電在電力中的占比，增加水電、核電、風(fēng)電的比例，優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)。 在行業(yè)結(jié)構(gòu)變化的同時(shí)，衡量電力企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的因素也正發(fā)生變化。節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法的出臺(tái)，在很大程度上改變了行業(yè)內(nèi)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局；那些新能源發(fā)電比例高、資源利用率高的企業(yè)將更具長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 面對(duì)我國(guó)的嚴(yán)峻能源環(huán)境形勢(shì)，“節(jié)能減排”側(cè)重于“節(jié)流”，而對(duì)于新能源的鼓勵(lì)則側(cè)重于“開源”?！犊稍偕茉捶ā返念C布，從法律上確認(rèn)了國(guó)家將可再生能源的開發(fā)利用列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域，該法規(guī)定政府必須制定可再生能源開發(fā)利用總量目標(biāo)和采取相應(yīng)措施，推動(dòng)可再生能源市場(chǎng)的建立和發(fā)展。 到2020年，我國(guó)小水電總發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到7500萬(wàn)千瓦，年替代8000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤；風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量可以達(dá)到4000萬(wàn)千瓦，年替代3000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤；生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2000萬(wàn)千瓦，年替代2800萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤；生物油開發(fā)可達(dá)到年產(chǎn)2000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤；，年替代10000多萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。專家表示，如能實(shí)現(xiàn)上述發(fā)展目標(biāo)，我國(guó)到2020年可再生能源開發(fā)利用總量將達(dá)到3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占屆時(shí)一次能源消費(fèi)總量的10%。節(jié)能發(fā)電調(diào)度等政策在很大程度上改變了行業(yè)內(nèi)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局；大機(jī)組比例高、新能源發(fā)電比例高、資源利用率高、煤耗低的“三高一低”企業(yè)，如水電中的長(zhǎng)電、桂冠、川投；火電中華能、大唐、國(guó)電等將更具長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。風(fēng)電短期內(nèi)業(yè)績(jī)釋放不明顯，但是我們看好其長(zhǎng)期增長(zhǎng)潛力及速度，如銀星能源等。 。我國(guó)能源資源和電力負(fù)荷分布的不均衡性，決定了“西電東送”是我國(guó)的必然選擇。西電東送重點(diǎn)在于輸送水電電能。按照經(jīng)濟(jì)性原則，適度建設(shè)燃煤電站，實(shí)施西電東送。目前，西電東送已進(jìn)入全面實(shí)施階段：貴州到廣東500千伏交、直流輸變電工程已先后投產(chǎn)運(yùn)行，向廣東送電規(guī)模已達(dá)1088萬(wàn)千瓦。三峽到華東、廣東177。500千伏直流輸變電工程先后投產(chǎn)。蒙西、山西、陜西地區(qū)向京津唐電網(wǎng)送電能力逐步增加。華北與東北、福建與華東、川渝與華中等一批聯(lián)網(wǎng)工程已經(jīng)投入運(yùn)行， 2003年跨區(qū)交換電量達(dá)到862億千瓦時(shí)。 截至2005年7月，除海南外已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，初步實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)域資源的優(yōu)化配置，區(qū)域電網(wǎng)間的電力電量交換更加頻繁，交易類型出現(xiàn)了中長(zhǎng)期、短期、超短期、可中斷交易等多種模式，呈現(xiàn)多樣化的良好局面，由于跨區(qū)跨省電力交易比較活躍，部分聯(lián)網(wǎng)輸電通道長(zhǎng)期保持大功率送電。西電東送、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)工程對(duì)調(diào)劑電力余缺、緩解電力供應(yīng)緊張和促進(jìn)資源優(yōu)化配置起到重要作用。二．可再生能源發(fā)電取得進(jìn)步 。從“七五”開始建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，到2004年底，內(nèi)地已建成43個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，累計(jì)裝機(jī)1292臺(tái)，%。單機(jī)容量達(dá)到2000千瓦。到1993年底，約占全國(guó)地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)(包括臺(tái)灣在內(nèi))的94%；年發(fā)電量9700萬(wàn)千瓦時(shí)，占拉薩電網(wǎng)約20%。 。至1999年，光伏發(fā)電系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)13兆瓦。2004年建成容量為1兆瓦的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，這是目前中國(guó)乃至亞洲總裝機(jī)容量第一的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)，也是世界上為數(shù)不多的兆瓦級(jí)大型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)之一。 。截止到2000年底，全國(guó)已建成小水電站4萬(wàn)多座，裝機(jī)達(dá)2485萬(wàn)千瓦，占全國(guó)水電裝機(jī)的32，4％，占世界小水電開發(fā)量的40％以上，年發(fā)電量800億千瓦時(shí)，%。三．電力需求旺盛，發(fā)展?jié)摿薮?但需求不平衡 ，對(duì)電力的拉動(dòng)作用巨大。上世紀(jì)70年代起，我國(guó)基本處于長(zhǎng)期嚴(yán)重缺電的局面，電力供應(yīng)短缺是制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要瓶頸。隨著電力工業(yè)快速發(fā)展，1997年開始實(shí)現(xiàn)了電力供需的基本平衡，部分地區(qū)供大于求。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著我國(guó)實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，實(shí)行積極財(cái)政政策和擴(kuò)大內(nèi)需的經(jīng)濟(jì)方針，國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，電力需求增長(zhǎng)也屢創(chuàng)新高。繼2001年用電增長(zhǎng)9%之后，%、%、%。經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲等沿海地區(qū)電力需求持續(xù)旺盛。從2002年下半年開始，全國(guó)電力供需狀況又趨緊張，發(fā)電裝機(jī)利用率（利用小時(shí)數(shù)）大幅提高，局部地區(qū)開始啟用限電措施。2003年～2004年，全國(guó)電力供需平衡繼續(xù)總體偏緊。整體看來(lái)，由于人均發(fā)電裝機(jī)占有量偏低，電力供應(yīng)的高速增長(zhǎng)仍難以滿足更快增長(zhǎng)的電力需求，電力工業(yè)仍存在較大發(fā)展空間。 ，使電力需求不平衡。受經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、尤其是工業(yè)生產(chǎn)增長(zhǎng)的強(qiáng)勁拉動(dòng)，我國(guó)電力需求實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)，但是我國(guó)用電增長(zhǎng)地區(qū)分布不均。用電增長(zhǎng)按地區(qū)分布很不平衡，總體來(lái)看我國(guó)東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)用電強(qiáng)勁增長(zhǎng)，西部地區(qū)高耗能產(chǎn)業(yè)分布較多的省區(qū)用電增長(zhǎng)幅度也較大，中部地區(qū)增長(zhǎng)較慢。主要表現(xiàn)為： (1)用電負(fù)荷普遍高于用電量增長(zhǎng)，具有不確定性。夏季表現(xiàn)為負(fù)荷增長(zhǎng)快，冬季表現(xiàn)為用電量增長(zhǎng)快。 (2)隨著夏季降溫負(fù)荷所占的比重逐漸加大，氣溫氣候?qū)ψ畲筘?fù)荷的增長(zhǎng)影響越來(lái)越大，使最大負(fù)荷增長(zhǎng)的隨機(jī)性增大，對(duì)溫度的敏感性也越大，高溫季節(jié)的熱場(chǎng)面積不斷擴(kuò)大，各網(wǎng)達(dá)到最高負(fù)荷有同時(shí)性。除東北、西北年負(fù)荷曲線是雙峰形之外，其他各網(wǎng)全年最大負(fù)荷同現(xiàn)在夏季，年內(nèi)季不均衡增大。這是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的特征標(biāo)志之一。 (3)高峰負(fù)荷持續(xù)的時(shí)間短，華東電網(wǎng)全年負(fù)荷超過(guò)95%,最大負(fù)荷的時(shí)間在100h以內(nèi)，超過(guò)90%最大負(fù)荷時(shí)間為200300h；華中電網(wǎng)全年負(fù)荷超過(guò)95%最大負(fù)荷的時(shí)間在30h以內(nèi)，超過(guò)90%最大負(fù)荷的時(shí)間在120h以內(nèi)，而2001年則為43天。 (4)年平均月不均衡系數(shù)變化不大，但夏季不均衡系數(shù)明顯低于冬季月不均衡系數(shù)，冬夏典型日負(fù)荷率尤其是夏季黃型的負(fù)荷率，日最小負(fù)荷率有明顯上升。我國(guó)現(xiàn)在電力系統(tǒng)發(fā)電能力增長(zhǎng)趨緩，有利于發(fā)揮現(xiàn)有的發(fā)電能力，但是對(duì)今后電力供應(yīng)會(huì)造成影響?，F(xiàn)在看來(lái)，全國(guó)綜合利用小時(shí)達(dá)到4860h，大體上是一個(gè)臨界點(diǎn)了，電力平衡處于一種略微偏緊的平衡。局部地區(qū)已出現(xiàn)拉閘限電，福建、安徽省有多余電力；華中電網(wǎng)供需基本平衡，其中河南較為緊張，而江西電力則有余。川渝電網(wǎng)受來(lái)水影響，冬季較緊張，也出現(xiàn)了拉閘限電，東北電網(wǎng)仍然有富余的電力，西北電網(wǎng)供需基本平衡。四．結(jié)構(gòu)性矛盾突出，技術(shù)升級(jí)任重道遠(yuǎn) ，近幾年又增長(zhǎng)較快，所占比重進(jìn)一步提高，水電開發(fā)率較低，清潔發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘克急壤^??；二是20萬(wàn)千瓦及以下機(jī)組超過(guò)1億千瓦（4403臺(tái)），其中10萬(wàn)千瓦及以下有6570萬(wàn)千瓦（3993臺(tái)），加