【正文】 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)和穩(wěn)態(tài)分析都是以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)。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以下幾點(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?？煽啃院徒?jīng)濟(jì)性 。潮流是確定電力網(wǎng)咯運(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。靈活交流輸電技術(shù)是指運(yùn)用固態(tài)電子器件與現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)交流電網(wǎng)的電壓、相位角、阻抗、功率以及電路的通斷進(jìn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，從而提高高壓輸電線路的訴訟能力和電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)水平。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市的發(fā)展，電能的需要量迅速增加，而熱能資源和水能資源豐富的地區(qū)又往往遠(yuǎn)離用電比較集中的城市和工礦區(qū)，為了解決這個(gè)矛盾，就需要在動(dòng)力資源豐富的地區(qū)建立大型發(fā)電站，然后將電能遠(yuǎn)距離輸送給電力用戶。 關(guān)鍵詞 ： 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算 牛頓 — 拉夫遜法潮流計(jì)算 MATLAB 電 力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 目 錄 一、 概述 設(shè)計(jì)目的與要求 ..................................................3 設(shè)計(jì)目的 .....................................................3 設(shè)計(jì)要求 .....................................................3 設(shè)計(jì)題目 .....................................................3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .....................................................3 二 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算概述 ......................................4 電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ...................................................4 潮流計(jì)算簡(jiǎn)介 ...................................................4 潮流計(jì)算的意義及其發(fā)展 ..................... ...................5 三 潮流計(jì)算設(shè)計(jì)題目 ...........................................6 潮流計(jì)算題目 ................................................. 6 對(duì)課題的分析及求解思路 ....................................... 7 四 潮流計(jì)算算法及手工計(jì)算 ....................................7 極坐標(biāo)下 PQ法的算法 ..........................................7 節(jié)點(diǎn)電壓方程 ..................................................8 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 ..................................................9 導(dǎo)納矩陣在潮流計(jì)算 ............................................10 潮流計(jì)算的手工計(jì)算 ............................................12 五 Matlab 概述 ..................................................13 Matlab 簡(jiǎn)介 ................................................... 14 Matlab 的應(yīng)用 ..................................................14 矩陣的運(yùn)算 .................................................... 14 與常數(shù)的運(yùn)算 .................................................. 14 基本數(shù)學(xué)運(yùn)算 ...................................................14 邏輯關(guān)系運(yùn)算 ...................................................14 Matlab 中的一些命令 ............................................. 15 六 潮流計(jì)算流程圖及源程序 ......................................18 潮流計(jì)算流程圖 ..................................................18 潮流計(jì)算源程序圖 ................................................19 運(yùn)行計(jì)算結(jié)果 ....................................................27 七 總結(jié) ...................................................29 八 參考文獻(xiàn) ...............................................29 電 力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 第一章 系統(tǒng)概述 設(shè)計(jì)目的與要求 設(shè)計(jì)目的 1. 掌握電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的基本原理； 2. 掌握并能熟練運(yùn)用一門計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（ MATLAB 語(yǔ)言或 C 語(yǔ)言或 C++語(yǔ)言）； 3. 采用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言對(duì)潮流計(jì)算進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程。本文采用 MATLAB 語(yǔ)言運(yùn)行 WINDOWS 操作系統(tǒng)的潮流計(jì)算軟件。按電壓的不同表示方法，牛頓 拉夫遜潮流計(jì)算分為直角坐標(biāo)形式和極坐標(biāo)形式兩種。對(duì)規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)算可以檢驗(yàn)所提出的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案能否滿足各種運(yùn)行方式的要求；對(duì)運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)算可以預(yù)知各種負(fù)荷變化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變會(huì)不會(huì)危及系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內(nèi)，系統(tǒng)中各種元件 (線路、變壓器等 )是否會(huì)出現(xiàn)過負(fù)荷，以及可能出現(xiàn)過負(fù)荷時(shí)應(yīng)事先采取哪些預(yù)防措施等 。 潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析最基本的計(jì)算。本次計(jì)算采用直角坐標(biāo)形式下的牛頓 拉夫遜法，牛頓 拉夫遜法有很好的收斂性，但要求有合適的初值。目前 MATLAB 已成為國(guó)際控制界最流行、使 用最廣泛的語(yǔ)言了。 設(shè)計(jì)要求 1. 程序源代碼； 2. 給定題目的輸入，輸出文件； 3. 程序說(shuō)明； 4. 給定系統(tǒng)的程序計(jì)算過程； 5. 給定系統(tǒng)的手算過程（至少迭代 2 次）。同時(shí)，為了提高供電的可靠性以及資源利用的綜合經(jīng)濟(jì)性，又把許多分散的各種形式的發(fā)電站，通過送電線路和變電所聯(lián)系起來(lái)。新型直流輸電技術(shù)是指應(yīng)用現(xiàn)電力電子技術(shù)的最新成果，改善和簡(jiǎn)化變流站的造價(jià)等。 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。此外，電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算也是計(jì)算機(jī)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)的一種和重要和基礎(chǔ)的計(jì)算。 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。 在用數(shù)字解 算計(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。當(dāng)系統(tǒng)不斷擴(kuò)大時(shí)，這些缺點(diǎn)就更加突出，為了克服這些缺點(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。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。 第三章 潮流計(jì)算設(shè)計(jì)題目 潮流計(jì)算課題 題目：在圖 1 所示的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn) 2為 PQ 節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn) 3為 PV節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn) 4 為平衡節(jié)點(diǎn)，已給定 js ??? ， js ??? ， ?P ， ?V ， ?V ， ?04?? ，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù) 的標(biāo)幺值如表 2所示，給定電壓的初始值如表 2所示，收斂系數(shù) ?? 。 第四章 潮流計(jì)算算法及手工計(jì)算 極坐標(biāo)下 PQ 法的算法 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 Y 根據(jù)題目提供的各節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，求得節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 Yii = ijyjiy ??0 yYikik ?? 簡(jiǎn)化雅可比矩陣 B/和 B// 通過上一步的導(dǎo)納矩陣，形成有功迭代和無(wú)功迭代的簡(jiǎn)化雅可比矩陣 B/和 B// 對(duì)雅可比矩陣進(jìn)行三角分解，形成因子表，為后面進(jìn)行 修正方程計(jì)算作好準(zhǔn)備。解修正方程式，可得各節(jié)點(diǎn)電壓幅值的修正量。 潮流計(jì)算算法 本題采用了題目要求的牛頓－拉夫遜潮流計(jì)算的方法。 假定系統(tǒng)中的第 ?、 m 節(jié)點(diǎn)為 PQ 節(jié)點(diǎn)，對(duì)其中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的 NR 法表達(dá)式 F(x)=0[如 0iS??、 0iP??、 0iQ??]形式有些下列方程： 1111( ) ( ) 0( ) ( ) 0nni is i is i ij j ij j i ij j ij jjjnni is i is i ij j ij j i ij j ij jjjP P P P e G e B f f G f B eQ Q Q Q f G e B f e G f B e????? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?????（ 14） i =（ ?、 m） PV 節(jié)點(diǎn)的有功功率和節(jié)點(diǎn)電壓幅值是給定的。 ① 雅可比矩陣中的諸元素都是節(jié)點(diǎn)電壓的函數(shù)，因此在迭代過程中，它們將隨著節(jié)點(diǎn)電壓的變化而不斷的變 化。雅可比矩陣中相應(yīng)的元素也為零，即矩陣是非常稀疏的。Y11= Y12= + Y13= + Y14=0 Y21= + Y22= Y23= + Y24= 0 + Y31= + Y32= + Y33= Y34= + Y41=0 Y42= 0 + Y43= + Y44= 電 力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 簡(jiǎn)化雅可比矩陣 迭代中的雅克比矩陣 :