【正文】 電力工業(yè)發(fā)展初期，電能是直接在用戶附近的發(fā)電站（或稱發(fā)電廠）中生產(chǎn)的，各發(fā)電站孤立運(yùn)行。 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）。所以本次課程設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)采用 MATLAB 計(jì)算。目前 MATLAB 已成為國際控制界最流行、使 用最廣泛的語言了。網(wǎng)絡(luò)原始數(shù)據(jù)輸入工作大量且易于出錯(cuò)。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。 實(shí)際電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算主要采用牛頓 拉夫遜法。 潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析最基本的計(jì)算。 電 力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書 1 摘 要 潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)非常重要的分析計(jì)算，用以研究系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中提出的各種問題。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 。除它自身的重要作用之外 ， 潮流計(jì)算還是網(wǎng)損計(jì)算、靜態(tài)安全 分析、暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、小干擾靜態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、短路計(jì)算、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等值計(jì)算的基礎(chǔ)。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。 傳統(tǒng)的潮流計(jì)算程序缺乏圖形用戶界面，結(jié)果顯示不直接難與其他分析功能集成。本文采用 MATLAB 語言運(yùn)行 WINDOWS 操作系統(tǒng)的潮流計(jì)算軟件。它的強(qiáng)大的矩陣處理功能給電力系統(tǒng)的分析、計(jì)算帶來很多方便，而且采用 MATLAB 界面直觀，運(yùn)行穩(wěn)定，計(jì)算準(zhǔn)確。 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)簡介 ...................................................4 潮流計(jì)算簡介 ...................................................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)語言（ MATLAB 語言或 C 語言或 C++語言）； 3. 采用計(jì)算機(jī)語言對(duì)潮流計(jì)算進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程。 設(shè)計(jì)題目 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算（牛頓 拉夫遜法、 PQ 分解法） 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，寫出節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣； 2. 賦予各節(jié)點(diǎn)電壓變量（直角坐標(biāo)系形式）初值后，求解不平衡量； 3. 形成雅可比矩陣； 4. 求解修正量后，重新修改初值，從 2 開始重新循環(huán)計(jì)算； 5. 求解的電壓變量達(dá)到所要求的精度時(shí)，再計(jì)算各支路功率分布、功率損耗和平衡節(jié)點(diǎn)功率； 6. 上機(jī)編程調(diào)試； 7. 計(jì)算分析給定系統(tǒng)潮流分析并與手工計(jì)算結(jié)果做比較分析； 8. 書寫 課程設(shè)計(jì)說明書。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。這種由發(fā)電機(jī)、升壓和降壓 變電所，送電線路以及用電設(shè)備有機(jī)連接起來的整體，即稱為電力系統(tǒng)。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。 運(yùn)營方式管理中，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)度員潮流提供了電網(wǎng) 在預(yù)想操作預(yù)想下的電網(wǎng)的潮流分布以及校驗(yàn)運(yùn)行的可靠性。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。各元件中流過的功率，系統(tǒng)的功率損耗等等?？煽啃院徒?jīng)濟(jì)性 。 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 電 力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書 5 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。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。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。對(duì)現(xiàn)有的電力系統(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)和穩(wěn)態(tài)分析都是以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)。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。在電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的多個(gè)領(lǐng)域問題是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)問題的基礎(chǔ)和前提。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)存量比較差下，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。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，阻抗法德主要缺點(diǎn)是占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存大，每次迭代的計(jì)算量大。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) 電 力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書 6 地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩 陣及它們之間聯(lián)絡(luò)的阻抗，這樣不僅大幅度的節(jié)省了內(nèi)存容量，同時(shí)也提高了計(jì)算速度。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。自從 60 年代中期，牛頓法中利用了最佳順序消去法以后，牛頓法在收斂性。速度方面都超過了阻抗法，成為了 60 年代末期以后廣泛采用的優(yōu)秀方法。試求： ~12341:k44 ??V11 jQP ?22 jQP ?3V3P 圖 1 簡單電力系統(tǒng) 表 1 網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標(biāo)幺值 支路 電阻 電抗 輸電線路cy21 變壓器變比 k 1— 2 — 1— 3 — 2— 3 — — 2— 4 — 3— 4 — — 電 力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書 7 表 2 各節(jié)點(diǎn)電壓（初值）標(biāo)幺值參數(shù)