【正文】 電力系統(tǒng)潮流計算畢業(yè)設(shè)計論文 摘要 電力系統(tǒng)的潮流計算在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)設(shè)計中有很重要的作用潮流計算也是電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的基礎(chǔ)潮流計算是根據(jù)給定的系統(tǒng)運行條件來計算系統(tǒng)各個部分的運行狀況主要包括電壓和功率的計算到目前為止利用電子計算機進行電力系統(tǒng)的潮流計算的算法已經(jīng)出現(xiàn)了很多其中應(yīng)用最為廣泛的是基于牛頓拉夫遜法的潮流計算方法 在利用計算機進行電力系統(tǒng)的潮流計算之前需要對網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點進行劃分和編號建立電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型即電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程式本文主要介 紹了節(jié)點導(dǎo)納矩陣的形成方法在形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣之前需要將電力網(wǎng)絡(luò)進行等值電路的變換其中主要包括輸電線路和變壓器的等值電路的變換 由于牛頓拉夫遜潮流計算對于初值的給定有比較高的要求因此在進行牛頓拉夫遜迭代計算前先采用高斯賽德爾迭代法產(chǎn)生一組比較精確的初值本文詳細介紹了高斯賽德爾法和牛頓拉夫遜法迭代計算的過程其中主要內(nèi)容有迭代方程式的建立雅克比矩陣的計算功率和電壓的計算以及在迭代過程中 PV 節(jié)點轉(zhuǎn)化為PQ節(jié)點時的處理方法開發(fā)工具采用 Matlab編程語言采用讀寫 Excel電子表格的方法進行數(shù)據(jù)的輸入和輸出 本文采用一 個 5 節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)進行實例分析用 Matlab 開發(fā)的計算程序進行潮流計算計算結(jié)果表明程序的算法具有良好的收斂性和實用性 關(guān)鍵字潮流計算節(jié)點導(dǎo)納矩陣牛頓拉夫遜高斯賽德爾 Matlab Abstract Power flow calculation has a very important role in power system steadystate analysis and power system design and it is also the basis of transient analysis in power system Flow calculation is based on given conditions of the power system and calculates the operational status of every part of the system including voltage and power So far there are kinds of algorithm which use the electronic puter in power flow calculation the most widely used algorithm is the Newton Raphson power flow calculation method Before we the puter in power flow calculation we need to need to have the nodes of the work classified and numbered and establish a mathematical model of power work namely the power system work equations This paper describes the formation of the node admittance matrix In the formation of the node admittance matrix we need to transform the power work to equivalent circuit which includes transformation of transmission lines and transformers The Newton Raphson power flow calculation has a relatively high demand for a given initial value So before the Newton Raphson iteration we use Gauss Seidel iterative method to produce a more precise initial value This paper describes the process of Gauss Seidel and Newton Raphson iteration The main contents are the establishment of iterative equation the calculation of Jacobian matrix and the calculation of power and voltage as well as how to deal with the situation when a PV node transform to a PQ node iteration processWe use the Matlab programming language as development tools the input and output of the data process in the Excel spreadsheets In this paper we utilize a system contains 5 nodes to analyze the result of the calculation by the Matlab program shows that the algorithm is convergence and practice Key WordsPower flow calculationnode admittance matrixNewton – Rap sonGauss – SeidelMatlab 目錄 第 1 章 緒論 1 11 課題背景 1 12 選題意義 1 13 潮流計算及其現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 2 14 本畢業(yè)設(shè)計主要工作 3 第 2 章 電力系統(tǒng)潮流計算基本原理 4 21 電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型 4 211 電力網(wǎng)絡(luò)的基本方程式 4 212 自導(dǎo)納和互導(dǎo)納的確定方法 5 213 節(jié)點導(dǎo)納矩陣的性質(zhì)及意義 7 214 非標準變比變壓器等值電路 8 22 潮流計算的數(shù)學(xué)模型 10 221 潮流計算的節(jié)點類型 10 222 潮流計算基本方程 10 23 潮流計算的約束條件 12 24 潮流計算方法 13 241 牛頓拉夫遜法 13 242 高斯賽德爾法 13 243 PQ 分解法 14 244 擬牛頓算法 16 25 Matlab 簡介 16 251 Matlab 概述 16 252 matlab GUI 簡介 16 253 GUI 設(shè)計模板及設(shè)計窗口 17 254 GUI 設(shè)計的基本操作 17 第 3 章 牛頓拉夫遜潮流計算理論分析 18 31 概述 18 32 牛頓法基本原理 18 33 牛頓法潮流計算方程 22 331 節(jié)點功率方程 22 332 修正方程 23 34 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(xiàn) 28 41 登陸界面的設(shè)計實現(xiàn) 28 42 潮流計算主界面設(shè)計實現(xiàn) 28 421 主界面介紹 28 422 數(shù)據(jù)初始化 29 423 潮流計算 30 424 數(shù)據(jù)處理 32 425 數(shù)據(jù)的傳遞問題 32 第 5 章 實例仿真與分析 33 51 實例仿真 33 52 運行結(jié)果分析 34 第 6 章 小結(jié) 35 緒論 課題背景 電力是衡量一個國家經(jīng)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(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)化成電能再經(jīng)輸電變電和配電將電能供應(yīng)到各用戶為實現(xiàn)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(yīng)的信息與控制系統(tǒng)對電能的生產(chǎn)過程進行測量調(diào)節(jié)控制保護通信和調(diào)度以保證用戶獲得安全經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)的電能 電力系統(tǒng)的出現(xiàn)使電能得到廣泛應(yīng)用推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的變化開創(chuàng)了電力時代出現(xiàn)了近代史上的第二次技術(shù)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(yīng)用不僅深刻地影響著社會物質(zhì)生產(chǎn)的各個側(cè)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(shù)水準已成為各國經(jīng)濟發(fā)展水平的標志之一 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(wǎng)模擬和實時控制的仿真要求而高效的潮流問題相關(guān)軟件的研究已成為大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真計算的關(guān)鍵隨著計算機技術(shù)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(wǎng)的計算問題開辟了新思路 選題意義 電力系統(tǒng)已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)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 在電網(wǎng)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(wǎng)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(diào)峰調(diào)相調(diào)壓的要求 在編制年運行方式時在預(yù)計負荷增長及新設(shè)備投運基礎(chǔ)上選擇典型方式進行潮流計算發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié)供調(diào)度員日常調(diào)度控制參考并對規(guī)劃基建部門提出改進網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加快基建進度的建議 正常檢修及下的潮流計算用于日運行方式的編制指導(dǎo)發(fā)電廠開機方式有功無功調(diào)整方案及負荷調(diào)整方案滿足線路變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質(zhì)量要求 預(yù)想事故設(shè)備退出運行對靜態(tài)安全的影響分析及作出預(yù)想的運行方式調(diào)整方案總結(jié)為在和規(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(jīng)濟性同時為了電力系統(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(yīng)用最廣泛最基本和最重要的一種電氣運算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(jīng)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(shù)學(xué)模型不包含微分方程是一組高階非線性方程非線性代數(shù)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(shù)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(shù)學(xué)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潮流算法的研究仍然非?；钴S但是大多數(shù)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(shù)也將在潮流計算中得到廣泛的應(yīng)用成為重要 的研究領(lǐng)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(shù)的高階項或非線性項也考慮進來于是產(chǎn)生了二階潮流算法后來又提出了根據(jù)直角坐標形式的潮流方程是一個二次代數(shù)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因而沒法利用 PQ 解耦為了更有利于大電網(wǎng)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(shù)又保留了 PQ 解耦的優(yōu)點對于一些病態(tài)系統(tǒng)應(yīng)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(shù)學(xué)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(gòu)造成一個函數(shù)求此函數(shù)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(shù)學(xué)規(guī)劃原理和牛頓潮流算法有機結(jié)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(jīng)濟性和安全性的分析優(yōu)化問題 OPF 在電力系統(tǒng)的安全運行經(jīng)濟調(diào)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(yīng)用可信域和線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(shù)將內(nèi)點法和可信域線性搜索方法有機結(jié)合構(gòu)造新的優(yōu)化算法是數(shù)學(xué)規(guī)劃領(lǐng)域的研究熱點對于一些特殊性質(zhì)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 本文致力于研究分析電力網(wǎng)絡(luò)的運行情況結(jié)合電力系統(tǒng)潮流計算的特點 1 研究電力系統(tǒng)潮流計算的基本原理 一般若給出網(wǎng)絡(luò)的支路數(shù) b 結(jié)點數(shù) n 則回路方程式數(shù) m 為 m bn1 結(jié)點方程式數(shù) 為 n1 因此回路方程式數(shù)比結(jié)點方程式數(shù)多 d m b2n2 在一般電力系統(tǒng)中各結(jié)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(jié)點和結(jié)點之間也有輸電線路和變壓器之路一般 b 2n 用結(jié)點方程式表示比用回路方程式表示方程式數(shù)目要少而且如以下所示用結(jié)點方程式表示容易建立直觀的方程式