【正文】 拉普遜法電力系統(tǒng)潮流計算畢業(yè)論文目錄第1章 緒論 1 課題背景 1 選題意義 1 潮流計算及其現狀及其發(fā)展趨勢 2 本畢業(yè)設計主要工作 3第2章 電力系統(tǒng)潮流計算基本原理 4 電力網絡的數學模型 4 4 自導納和互導納的確定方法 5 節(jié)點導納矩陣的性質及意義 7 非標準變比變壓器等值電路 8 潮流計算的數學模型 10 潮流計算的節(jié)點類型 10 潮流計算基本方程 10 潮流計算的約束條件 12 潮流計算方法 13 牛頓——拉夫遜法 13 高斯——賽德爾法 13 PQ分解法 14 擬牛頓算法 16 Matlab簡介 16 Matlab概述 16 matlab GUI 簡介 16 GUI 設計模板及設計窗口 17 GUI 設計的基本操作 17第3章 牛頓拉夫遜潮流計算理論分析 18 概述 18 牛頓法基本原理 18 牛頓法潮流計算方程 22 22 修正方程 23 牛頓法潮流計算主要流程 26第4章 基于matlab潮流計算軟件的實現 28 登陸界面的設計實現 28 潮流計算主界面設計實現 28 主界面介紹 28 數據初始化 29 潮流計算 30 數據處理 32 32第5章 實例仿真與分析 33 實例仿真 33 運行結果分析 34第6章 小結 35第1章 緒論 課題背景電力是衡量一個國家經濟發(fā)展的主要指標，也是反映人民生活水平的重要標志，它已成為現代工農業(yè)生產、交通運輸以及城鄉(xiāng)生活等許多方面不可或缺的能源和動力。電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置轉化成電能，再經輸電、變電和配電將電能供應到各用戶。為實現這一功能，電力系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)和不同層次還具有相應的信息與控制系統(tǒng)，對電能的生產過程進行測量、調節(jié)、控制、保護、通信和調度，以保證用戶獲得安全、經濟、優(yōu)質的電能。電力系統(tǒng)的出現，使電能得到廣泛應用，推動了社會生產各個領域的變化，開創(chuàng)了電力時代，出現了近代史上的第二次技術革命。20世紀以來，電力系統(tǒng)的發(fā)展使動力資源得到更充分的開發(fā)，工業(yè)布局也更為合理，使電能的應用不僅深刻地影響著社會物質生產的各個側面，也越來越廣地滲透到人類日常生活的各個層面。電力系統(tǒng)的發(fā)展程度和技術水準已成為各國經濟發(fā)展水平的標志之一。 潮流計算是在給定電力系統(tǒng)網絡結構、參數和決定系統(tǒng)運行狀態(tài)的邊界條件的情況下確定系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的一種基本方法，是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運營中不可缺少的一個重要組成部分?？梢哉f，它是電力系統(tǒng)分析中最基本、最重要的計算，是系統(tǒng)安全、經濟分析和實時控制與調度的基礎。是電力系統(tǒng)研究人員長期研究的一個課題。MATLAB自1980年問世以來，它的強大的矩陣處理功能給電力系統(tǒng)的分析、計算帶來許多方便。在處理潮流計算時，其計算機軟件的速度已無法滿足大電網模擬和實時控制的仿真要求，而高效的潮流問題相關軟件的研究已成為大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真計算的關鍵。隨著計算機技術的不斷發(fā)展和成熟，對MATLAB潮流計算的研究為快速、詳細地解決大電網的計算問題開辟了新思路。 選題意義電力系統(tǒng)已經與我們的生活息息相關，不可分割。進行電力系統(tǒng)潮流計算是保證電力系統(tǒng)正常運行的必要計算。具體來講電力系統(tǒng)潮流計算具有以下意義：(1) 在電網規(guī)劃階段,通過潮流計算,合理規(guī)劃電源容量及接入點,合理規(guī)劃網架,選擇無功補償方案,滿足規(guī)劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調峰、調相、調壓的要求。 　　(2) 在編制年運行方式時,在預計負荷增長及新設備投運基礎上,選擇典型方式進行潮流計算,發(fā)現電網中薄弱環(huán)節(jié),供調度員日常調度控制參考,并對規(guī)劃、基建部門提出改進網架結構,加快基建進度的建議。 　(3) 正常檢修及特殊運行方式下的潮流計算,用于日運行方式的編制,指導發(fā)電廠開機方式,有功、無功調整方案及負荷調整方案,滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質量要求。 　(4) 預想事故、設備退出運行對靜態(tài)安全的影響分析及作出預想的運行方式調整方案。總結為在電力系統(tǒng)運行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進行潮流計算以比較運行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經濟性。同時，為了實時監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，也需要進行大量而快速的潮流計算。因此，潮流計算是電力系統(tǒng)中應用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運算?；陔娏ο到y(tǒng)計算對保證電力系統(tǒng)正常運行具有如此正要的意義，這就要求我們能夠快速準確的進行潮流計算，計算機技術的發(fā)展使電力系統(tǒng)機輔分析成為可能，各種潮流計算軟件也相繼出現。MATLAB使用方便，有著其他高級語言無法比擬的強大的矩陣處理功能。MATLAB擁有600多個工程數學運算函數，可實現潮流計算的矩陣求積、求逆、稀疏矩陣形成、復數運算以及初等數學運算。同時MATLAB語言允許用戶以數學形式的語言編寫程序，這樣編程的工作量就大為減少。要達到較高的計算精度，且兼顧矩陣程序設計的難易程度，使MATLAB成為首選潮流計算的計算機語言。 因此本次設計提出了基于MATLAB潮流計算軟件的分析與設計。 該軟件能快速準確的對電力系統(tǒng)潮流進行計算，并具有一定的輔助分析功能。 潮流計算及其現狀及其發(fā)展趨勢利用電子計算機進行潮流計算從20世紀50年代中期就已經開始。此后，潮流計算曾采用了各種不同的方法，這些方法的發(fā)展主要是圍繞著對潮流計算的一些基本要求進行的。電力系統(tǒng)潮流計算屬于穩(wěn)態(tài)分析范疇，不涉及系統(tǒng)元件的動態(tài)特性和過渡過程。因此其數學模型不包含微分方程，是一組高階非線性方程。非線性代數方程組的解法離不開迭代，因此，潮流計算方法首先要求它是能可靠的收斂，并給出正確答案。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，潮流問題的方程式階數越來越高，目前已達到幾千階甚至上萬階，對這樣規(guī)模的方程式并不是采用任何數學方法都能保證給出正確答案的。這種情況促使電力系統(tǒng)的研究人員不斷尋求新的更可靠的計算方法。知道現在潮流算法的研究仍然非?；钴S，但是大多數研究都是圍繞改進牛頓法和PQ分解法進行的。此外，隨著人工智能理論的發(fā)展，遺傳算法、人工神經網絡、模糊算法也逐漸被引入潮流計算。但是，到目前為止這些新的模型和算法還不能取代牛頓法和PQ分解法的地位。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，對計算速度的要求不斷提高，計算機的并行計算技術也將在潮流計算中得到廣泛的應用，成為重要的研究領域。 通過幾十年的發(fā)展，潮流算法日趨成熟。近幾年，對潮流算法的研究仍然是如何改善傳統(tǒng)的潮流算法，即高斯塞德爾法、牛頓法和快速解耦法。牛頓法，由于其在求解非線性潮流方程時采用的是逐次線性化的方法，為了進一步提高算法的收斂性和計算速度，人們考慮采用將泰勒級數的高階項或非線性項也考慮進來，于是產生了二階潮流算法。后來又提出了根據直角坐標形式的潮流方程是一個二次代數方程的特點，提出了采用直角坐標的保留非線性快速潮流算法。巖本伸一等提出了一種保留非線性的快速潮流計算法,但用的是指教坐標系，因而沒法利用PQ解耦。為了更有利于大電網的潮流計算,將此原理推廣用于PQ解耦。這樣,既利用了保留非線性的快速算法,在迭代中使用常數雅克比矩陣，又保留了PQ解耦的優(yōu)點。對于一些病態(tài)系統(tǒng)，應用非線性潮流計算方法往往會造成計算過程的振蕩或者不收斂，從數學上講，非線性的潮流計算方程組本來就是無解的。這樣，人們提出來了將潮流方程構造成一個函數，求此函數的最小值問題，稱之為非線性規(guī)劃潮流的計算方法。優(yōu)點是原理上保證了計算過程永遠不會發(fā)散。如果將數學規(guī)劃原理和牛頓潮流算法有機結合一起就是最優(yōu)乘子法。另外，為了優(yōu)化系統(tǒng)的運行，從所有以上的可行潮流解中挑選出滿足一定指標要求的一個最佳方案就是最優(yōu)潮流問題。最優(yōu)潮流是一種同時考慮經濟性和安全性的電力網絡分析優(yōu)化問題。OPF 在電力系統(tǒng)的安全運行、經濟調度、可靠性分析、能量管理以及電力定價等方面得到了廣泛的應用?？尚庞蚝途€性搜索方法是保證最優(yōu)化算法全局收斂性能的兩類技術，將內點法和可信域、線性搜索方法有機結合，構造新的優(yōu)化算法，是數學規(guī)劃領域的研究熱點。對于一些特殊性質的潮流計算問題有直流潮流計算方法、隨機潮流計算方法和三相潮流計算方法。 本畢業(yè)設計主要工作本文致力于研究分析電力網絡的運行情況。結合電力系統(tǒng)潮流計算的特點，設計一款基于matlab的潮流計算軟件，該軟件能夠進行電力系統(tǒng)潮流計算并且具有一定的輔助分析功能。具體來講要完成如下工作：1：研究電力系統(tǒng)潮流計算的基本原理和基本方法。2：完成電力系統(tǒng)網絡的數學建模。3：利用matlab的M語言進行編程實現電力系統(tǒng)的潮流計算。4：利用matlab GUI 完成軟件的登陸界面及主界面的制作5：利用該軟件進行某電力系統(tǒng)的潮流計算，并對計算結果進行分析以驗證該軟件的可用性。第2章 電力系統(tǒng)潮流計算基本原理 電力網絡的數學模型電力網絡可以用結點方程式或回路方程式表示出來。在結點方程式中表示網絡狀態(tài)的變量是各節(jié)點的電壓，在回路方程式中是各回路中的回路電流。一般若給出網絡的支路數b，結點數n，則回路方程式數m為m=bn+1結點方程式數為=n1因此，回路方程式數比結點方程式數多d=m=b2n+2在一般電力系統(tǒng)中，各結點(母線)和大地間有發(fā)電機、負荷 、線路電容等對地支路，還有結點和結點之間也有輸電線路和變壓器之路，一般b2n，用結點方程式表示比用回路方程式表示方程式數目要少。而且如以下所示，用結點方程式表示容易建立直觀的方程式，輸電線的連接狀態(tài)等變化時也很容易變更網絡方程式。基于上述理由，電力系統(tǒng)的基礎網絡方程式一般都用結點方程式表示。如圖21所示,21 Net k N 圖21 把電力系統(tǒng)的發(fā)電機端子和負荷端子（同步調相機等的端子也作為發(fā)電機端來處理）抽出來，剩下的輸電線路及其它輸電系統(tǒng)概括為網絡Ｎet表示 。在發(fā)電機結點和負荷結點上標出任意順序的記號：1,2,…,I,…,，并且各節(jié)點和大地間連接的線路對地電容、電力電容器等都作為負荷來處理。令端子1,2……,n的對地電壓分別為，由各端子流向輸電系統(tǒng)Net的電流相應