【正文】 第2章 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算基本原理 電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型電力網(wǎng)絡(luò)可以用結(jié)點(diǎn)方程式或回路方程式表示出來。3：利用matlab的M語言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算。具體來講要完成如下工作：1：研究電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的基本原理和基本方法。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作本文致力于研究分析電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。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(diǎn)法和可信域、線性搜索方法有機(jī)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(diǎn)。最優(yōu)潮流是一種同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性的電力網(wǎng)絡(luò)分析優(yōu)化問題。如果將數(shù)學(xué)規(guī)劃原理和牛頓潮流算法有機(jī)結(jié)合一起就是最優(yōu)乘子法。這樣，人們提出來了將潮流方程構(gòu)造成一個(gè)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(jì)算方法。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)雅克比矩陣，又保留了PQ解耦的優(yōu)點(diǎn)。巖本伸一等提出了一種保留非線性的快速潮流計(jì)算法,但用的是指教坐標(biāo)系，因而沒法利用PQ解耦。牛頓法，由于其在求解非線性潮流方程時(shí)采用的是逐次線性化的方法，為了進(jìn)一步提高算法的收斂性和計(jì)算速度，人們考慮采用將泰勒級數(shù)的高階項(xiàng)或非線性項(xiàng)也考慮進(jìn)來，于是產(chǎn)生了二階潮流算法。 通過幾十年的發(fā)展，潮流算法日趨成熟。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。知道現(xiàn)在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(jìn)牛頓法和PQ分解法進(jìn)行的。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，潮流問題的方程式階數(shù)越來越高，目前已達(dá)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。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。此后，潮流計(jì)算曾采用了各種不同的方法，這些方法的發(fā)展主要是圍繞著對潮流計(jì)算的一些基本要求進(jìn)行的。 該軟件能快速準(zhǔn)確的對電力系統(tǒng)潮流進(jìn)行計(jì)算，并具有一定的輔助分析功能。要達(dá)到較高的計(jì)算精度，且兼顧矩陣程序設(shè)計(jì)的難易程度，使MATLAB成為首選潮流計(jì)算的計(jì)算機(jī)語言。MATLAB擁有600多個(gè)工程數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可實(shí)現(xiàn)潮流計(jì)算的矩陣求積、求逆、稀疏矩陣形成、復(fù)數(shù)運(yùn)算以及初等數(shù)學(xué)運(yùn)算?；陔娏ο到y(tǒng)計(jì)算對保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行具有如此正要的意義，這就要求我們能夠快速準(zhǔn)確的進(jìn)行潮流計(jì)算，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使電力系統(tǒng)機(jī)輔分析成為可能，各種潮流計(jì)算軟件也相繼出現(xiàn)。同時(shí)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也需要進(jìn)行大量而快速的潮流計(jì)算。 　(4) 預(yù)想事故、設(shè)備退出運(yùn)行對靜態(tài)安全的影響分析及作出預(yù)想的運(yùn)行方式調(diào)整方案。 　　(2) 在編制年運(yùn)行方式時(shí),在預(yù)計(jì)負(fù)荷增長及新設(shè)備投運(yùn)基礎(chǔ)上,選擇典型方式進(jìn)行潮流計(jì)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(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),加快基建進(jìn)度的建議。進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要計(jì)算。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，對MATLAB潮流計(jì)算的研究為快速、詳細(xì)地解決大電網(wǎng)的計(jì)算問題開辟了新思路。MATLAB自1980年問世以來，它的強(qiáng)大的矩陣處理功能給電力系統(tǒng)的分析、計(jì)算帶來許多方便?？梢哉f，它是電力系統(tǒng)分析中最基本、最重要的計(jì)算，是系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)分析和實(shí)時(shí)控制與調(diào)度的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)的發(fā)展程度和技術(shù)水準(zhǔn)已成為各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。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(gè)領(lǐng)域的變化，開創(chuàng)了電力時(shí)代，出現(xiàn)了近代史上的第二次技術(shù)革命。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。拉普遜法電力系統(tǒng)潮流計(jì)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(jì)算及其現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 2 本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作 3第2章 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算基本原理 4 電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型 4 4 自導(dǎo)納和互導(dǎo)納的確定方法 5 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的性質(zhì)及意義 7 非標(biāo)準(zhǔn)變比變壓器等值電路 8 潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型 10 潮流計(jì)算的節(jié)點(diǎn)類型 10 潮流計(jì)算基本方程 10 潮流計(jì)算的約束條件 12 潮流計(jì)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(shè)計(jì)模板及設(shè)計(jì)窗口 17 GUI 設(shè)計(jì)的基本操作 17第3章 牛頓拉夫遜潮流計(jì)算理論分析 18 概述 18 牛頓法基本原理 18 牛頓法潮流計(jì)算方程 22 22 修正方程 23 牛頓法潮流計(jì)算主要流程 26第4章 基于matlab潮流計(jì)算軟件的實(shí)現(xiàn) 28 登陸界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 28 潮流計(jì)算主界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 28 主界面介紹 28 數(shù)據(jù)初始化 29 潮流計(jì)算 30 數(shù)據(jù)處理 32 32第5章 實(shí)例仿真與分析 33 實(shí)例仿真 33 運(yùn)行結(jié)果分析 34第6章 小結(jié) 35第1章 緒論 課題背景電力是衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要指標(biāo)，也是反映人民生活水平的重要標(biāo)志，它已成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)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(fèi)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)這一功能，電力系統(tǒng)在各個(gè)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(jìn)行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，以保證用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。20世紀(jì)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(gè)側(cè)面，也越來越廣地滲透到人類日常生活的各個(gè)層面。 潮流計(jì)算是在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和決定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的邊界條件的情況下確定系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的一種基本方法，是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)營中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。是電力系統(tǒng)研究人員長期研究的一個(gè)課題。在處理潮流計(jì)算時(shí)，其計(jì)算機(jī)軟件的速度已無法滿足大電網(wǎng)模擬和實(shí)時(shí)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(jì)算的關(guān)鍵。 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。具體來講電力系統(tǒng)潮流計(jì)算具有以下意義：(1) 在電網(wǎng)規(guī)劃階段,通過潮流計(jì)算,合理規(guī)劃電源容量及接入點(diǎn),合理規(guī)劃網(wǎng)架,選擇無功補(bǔ)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。 　(3) 正常檢修及特殊運(yùn)行方式下的潮流計(jì)算,用于日運(yùn)行方式的編制,指導(dǎo)發(fā)電廠開機(jī)方式,有功、無功調(diào)整方案及負(fù)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?？偨Y(jié)為在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進(jìn)行潮流計(jì)算以比較運(yùn)行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，潮流計(jì)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(yùn)算。MATLAB使用方便，有著其他高級語言無法比擬的強(qiáng)大的矩陣處理功能。同時(shí)MATLAB語言允許用戶以數(shù)學(xué)形式的語言編寫程序，這樣編程的工作量就大為減少。 因此本次設(shè)計(jì)提出了基于MATLAB潮流計(jì)算軟件的分析與設(shè)計(jì)。 潮流計(jì)算及其現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行潮流計(jì)算從20世紀(jì)50年代中期就已經(jīng)開始。電力系統(tǒng)潮流計(jì)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。非線性代數(shù)方程組的解法離不開迭代，因此，潮流計(jì)算方法首先要求它是能可靠的收斂，并給出正確答案。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(jì)算方法。此外，隨著人工智能理論的發(fā)展，遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法也逐漸被引入潮流計(jì)算。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對計(jì)算速度的要求不斷提高，計(jì)算機(jī)的并行計(jì)算技術(shù)也將在潮流計(jì)算中得到廣泛的應(yīng)用，成為重要的研究領(lǐng)域。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。后來又提出了根據(jù)直角坐標(biāo)形式的潮流方程是一個(gè)二次代數(shù)方程的特點(diǎn)，提出了采用直角坐標(biāo)的保留非線性快速潮流算法。為了更有利于大電網(wǎng)的潮流計(jì)算,將此原理推廣用于PQ解耦。對于一些病態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)用非線性潮流計(jì)算方法往往會造成計(jì)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(jì)算方程組本來就是無解的。優(yōu)點(diǎn)是原理上保證了計(jì)算過程永遠(yuǎn)不會發(fā)散。另外，為了優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行，從所有以上的可行潮流解中挑選出滿足一定指標(biāo)要求的一個(gè)最佳方案就是最優(yōu)潮流問題。OPF 在電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、可靠性分析、能量管理以及電力定價(jià)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。對于一些特殊性質(zhì)的潮流計(jì)算問題有直流潮流計(jì)算方法、隨機(jī)潮流計(jì)算方法和三相潮流計(jì)算方法。結(jié)合電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款基于matlab的潮流計(jì)算軟件，該軟件能夠進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計(jì)算并且具有一定的輔助分析功能。2：完成電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)建模。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(jìn)行某電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析以驗(yàn)證該軟件的可用性。在結(jié)點(diǎn)方程式中表示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變量是各節(jié)點(diǎn)的電壓，在回路方程式中是各回路中的回路電流。而且如以下所示，用結(jié)點(diǎn)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(shí)也很容易變更網(wǎng)絡(luò)方程式。如圖21所示,21 Net k N 圖21 把電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)端子和負(fù)荷端子（同步調(diào)相機(jī)等的端子也作為發(fā)電機(jī)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(wǎng)絡(luò)Ｎet表示 。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(yīng)為，則此網(wǎng)絡(luò)方程組可以表示為 (21)(21)式可以簡單寫成 (I=1,2,…,n) (22)或者寫成 I＝Y(jié)V (23)其中 (24)(24)的Y稱為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。這里電壓Ｖ用電流Ｉ的方程式表示時(shí)，則(23)式化為V＝ZI