【正文】 研究生矩陣實(shí)驗(yàn)報(bào)告（2013—2014學(xué)年第1學(xué)期）報(bào)告題目：電力系統(tǒng)運(yùn)行分析課程設(shè)計(jì)姓名：　　　 趙 正 偉　　 　　學(xué)號(hào)：　　 211408010029 　 　 年級(jí)： 2014級(jí) 專業(yè)：　　　　電氣工程 　　學(xué)院：　 　 電氣學(xué)院 　　注意事項(xiàng)： 以上各項(xiàng)由研究生本人認(rèn)真填寫； 研究生課程論文應(yīng)符合一般學(xué)術(shù)規(guī)范，具有一定學(xué)術(shù)價(jià)值，嚴(yán)禁抄襲或應(yīng)付；凡學(xué)校檢查或抽查不合格者，一律取消該門課程成績和學(xué)分，并按有關(guān)規(guī)定追究相關(guān)人員責(zé)任； 論文得分由批閱人填寫，并簽字確認(rèn)；批閱人應(yīng)根據(jù)作業(yè)質(zhì)量客觀、公正的簽寫批閱意見（原則上不少于50字）； 原則上要求所有課程論文均須用A4紙打印，加裝本封面，左側(cè)裝訂； 課程論文由學(xué)生所在學(xué)院（系）統(tǒng)一保存，以備查用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　課程名稱：　電力系統(tǒng)運(yùn)行與分析 課程類型：　　 專業(yè)課　 　　 授課教師： 田書 學(xué) 時(shí)： 36 學(xué) 分： 2 論文得分批閱人簽字　批閱意見：基于MATLAB的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算分析摘 要潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)的一項(xiàng)重要分析功能，是進(jìn)行故障計(jì)算，繼電保護(hù)整定，安全分析的必要工具。傳統(tǒng)的潮流計(jì)算程序缺乏圖形用戶界面，結(jié)果顯示不直觀，難于與其他分析功能集成。網(wǎng)絡(luò)原始數(shù)據(jù)輸入工作量大且易于出錯(cuò)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，MICROSOFT WINDOWS操作系統(tǒng)早已被大家所熟悉，其友好的圖形用戶界面已成為PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，而DOS操作系統(tǒng)下的應(yīng)用程序因其界面不夠友好，開發(fā)具有WINDOWS風(fēng)格界面的電力系統(tǒng)分析軟件已成為當(dāng)前的主流趨勢(shì)。另外，傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，該方法基于功能分解，把整個(gè)軟件工程看作是一個(gè)個(gè)對(duì)象的組合，由于對(duì)某個(gè)特定問題域來說，該對(duì)象組成基本不變，因此，這種基于對(duì)象分解方法設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)上比較穩(wěn)定，易于維護(hù)和擴(kuò)充。本文介紹了圖形化潮流計(jì)算軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)思想和總體結(jié)構(gòu)，闡述了該軟件所具備的功能和特點(diǎn)。結(jié)合電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，軟件采用 MATLAB語言運(yùn)行于WINDOWS操作系統(tǒng)的圖形化潮流計(jì)算軟件。本系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是操作簡單，圖形界面直觀。計(jì)算中，算法做了一些改進(jìn)，提高了計(jì)算速度。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)潮流計(jì)算；MATPOWER； 牛頓—拉夫遜法潮流計(jì)算； MATLAB目錄摘 要 I第一章 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算概述 1 1 潮流計(jì)算的意義及其發(fā)展 1第二章 潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型 3 3 5 8 9第三章 MATPOWER在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用 10 MATPOWER簡介 10 根據(jù)上述模型編寫的MATPOWER程序及其說明 10 MATPOWER程序在Matlab中運(yùn)行所得的結(jié)果 12第四章 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的仿真 14 Matlab/Simulink仿真模型及其簡介 14 牛頓拉夫遜法基本原理 16 17 Simulink仿真所得的結(jié)果 21總結(jié) 23參 考 文 獻(xiàn) 24第一章 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算概述電力系統(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，各元件中流過的功率，系統(tǒng)的功率損耗等等。在電力系統(tǒng)規(guī)劃的設(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)算來定量地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)的一種很重要和基礎(chǔ)的計(jì)算。 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算也分為離線計(jì)算和在線計(jì)算兩種，前者主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式，后者則用于正在運(yùn)行系統(tǒng)的經(jīng)常監(jiān)視及實(shí)時(shí)控制。 利用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計(jì)算從50年代中期就已經(jīng)開始。在這20年內(nèi)，潮流計(jì)算曾采用了各種不同的方法，這些方法的發(fā)展主要圍繞著對(duì)潮流計(jì)算的一些基本要求進(jìn)行的。對(duì)潮流計(jì)算的要求可以歸納為下面幾點(diǎn)：（1）計(jì)算方法的可靠性或收斂性；（2）對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存量的要求；（3）計(jì)算速度；（4）計(jì)算的方便性和靈活性。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算問題在數(shù)學(xué)上是一組多元非線性方程式求解問題，其解法都離不開迭代。因此，對(duì)潮流計(jì)算方法，首先要求它能可靠地收斂，并給出正確答案。由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)的一些特點(diǎn)，并且隨著電力系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，潮流計(jì)算的方程式階數(shù)也越來越高，對(duì)這樣的方程式并不是任何數(shù)學(xué)方法都能保證給出正確答案的。這種情況成為促使電力系統(tǒng)計(jì)算人員不斷尋求新的更可靠方法的重要因素。 潮流計(jì)算的意義及其發(fā)展電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計(jì)算，是對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)正常和故障條件下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算。潮流計(jì)算的目標(biāo)是求取電力系統(tǒng)在給定運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算。即節(jié)點(diǎn)電壓和功率分布，用以檢查系統(tǒng)各元件是否過負(fù)荷。各點(diǎn)電壓是否滿足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率損耗等。對(duì)現(xiàn)有電力系統(tǒng)的運(yùn)行和擴(kuò)建，對(duì)新的電力系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)以及對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定分析都是以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)。潮流計(jì)算結(jié)果可用如電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)研究，安全估計(jì)或最優(yōu)潮流等對(duì)潮流計(jì)算的模型和方法有直接影響。實(shí)際電力系統(tǒng)的潮流技術(shù)那主要采用牛頓拉夫遜法。在運(yùn)行方式管理中，潮流是確定電網(wǎng)運(yùn)行方式的基本出發(fā)點(diǎn)；在規(guī)劃領(lǐng)域，需要進(jìn)行潮流分析驗(yàn)證規(guī)劃方案的合理性；在實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，調(diào)度員潮流提供了多個(gè)在預(yù)想操作情況下電網(wǎng)的潮流分布以校驗(yàn)運(yùn)行可靠性。在電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的多個(gè)領(lǐng)域都涉及到電網(wǎng)潮流計(jì)算。潮流是確定電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的基本因素，潮流問題是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)問題的基礎(chǔ)和前提。在用數(shù)字計(jì)算機(jī)解電力系統(tǒng)潮流問題的開始階段，普遍采取以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法。這個(gè)方法的原理比較簡單，要求的數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)存量比較下，適應(yīng)50年代電子計(jì)算機(jī)制造水平和當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)理論水平。但它的收斂性較差，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模變大時(shí)，迭代次數(shù)急劇上升，在計(jì)算中往往出現(xiàn)迭代不收斂的情況。這就迫使電力系統(tǒng)計(jì)算人員轉(zhuǎn)向以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法。阻抗法改善了系統(tǒng)潮流計(jì)算問題的收斂性，解決了導(dǎo)納法無法求解的一些系統(tǒng)的潮流計(jì)算，在60年代獲得了廣泛的應(yīng)用。阻抗法的主要缺點(diǎn)是占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存大，每次迭代的計(jì)算量大。當(dāng)系統(tǒng)不斷擴(kuò)大時(shí)，這些缺點(diǎn)就更加突出。為了克服阻抗法在內(nèi)存和速度方面的缺點(diǎn)，60年代中期發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的分塊阻抗法。這個(gè)方法把一個(gè)大系統(tǒng)分割為幾個(gè)小的地區(qū)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)只需要存儲(chǔ)各個(gè)地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩陣及它們之間聯(lián)絡(luò)線的阻抗，這樣不僅大幅度地節(jié)省了內(nèi)存容量，同時(shí)也提高了計(jì)算速度?？朔杩狗ㄈ秉c(diǎn)的另一途徑是采用牛頓拉夫遜法。這是數(shù)學(xué)中解決非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性。在解決電力系統(tǒng)潮流計(jì)算問題時(shí)，是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，因此，只要我們能在迭代過程中盡可能保持方程式系數(shù)矩陣的稀疏性，就可以大大提高牛頓法潮流程序的效率。自從60年代中期，在牛頓法中利用了最佳順序消去法以后，牛頓法在收斂性。內(nèi)存要求。速度方面都超過了阻抗法，成為60年代末期以后廣泛采用的優(yōu)秀方法。第二章 潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)電壓方程： (21)為節(jié)點(diǎn)注入電流列向量，注入電流有正有負(fù)，注入網(wǎng)絡(luò)的電流為正，流出網(wǎng)絡(luò)的電流為負(fù)。根據(jù)這一規(guī)定，電源節(jié)點(diǎn)的注入電流為正，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)為負(fù)。既無電源又無負(fù)荷的聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為零，帶有地方負(fù)荷的電源節(jié)點(diǎn)為二者代數(shù)之和。為節(jié)點(diǎn)電壓列向量，由于節(jié)點(diǎn)電壓是對(duì)稱于參考節(jié)點(diǎn)而言的，因而需先選定參考節(jié)點(diǎn)。在電力系統(tǒng)中一般以地為參考節(jié)點(diǎn)。如整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無接地支路，則需要選定某一節(jié)點(diǎn)為參考。設(shè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)為n（不含參考節(jié)點(diǎn)），則，均為n*n列向量。 為n*n階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。節(jié)電導(dǎo)納矩陣的節(jié)點(diǎn)電壓方程： 展開為： ： (22)是一個(gè)n*n階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，其階數(shù)就等于網(wǎng)絡(luò)中除參考節(jié)點(diǎn)外的節(jié)點(diǎn)數(shù)。 節(jié)