【正文】 對(duì)角元素故雅克比矩陣是稀疏矩 當(dāng)在極坐標(biāo)系內(nèi)時(shí)由功率方程 327 可知節(jié)點(diǎn) i 的注入功率是各節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角的函數(shù)代入式 327 可以 求出節(jié)點(diǎn) i 的有功功率和無功功率它們與給定的 PQ 節(jié)點(diǎn)的注入功率的差值滿足下面方程 333 式中 i 與 j 節(jié)點(diǎn)電壓的相角差 在有 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)中假定第號(hào)節(jié)點(diǎn)為 PQ 節(jié)點(diǎn)第 m1n1 號(hào)節(jié)點(diǎn)為 PV節(jié)點(diǎn)第 n 號(hào)節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)和是給定的 PV 節(jié)點(diǎn)的電壓幅值也是給定的因此只剩下 n1 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓相角和 m 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值是未知量由 333 可知一共包含了 n1m 方程式正好同未知量的數(shù)目相等而直角坐標(biāo)形式的方程少了 n1m 個(gè) 由方程 333 可以寫出修正方程 334 式中 335 其中 H是階方陣其元素為 N是階矩陣其元素為 K是階矩陣其元素為 L是階矩陣其元素為 對(duì)式 333 求偏導(dǎo)數(shù)可得雅克比矩陣元素的表達(dá)式如下 非對(duì)角元素 336 對(duì)角元素 337 牛頓法潮流計(jì)算主要流程 形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 給各節(jié)點(diǎn)電壓設(shè)初值 將節(jié)點(diǎn)電壓初值代入 328329 求出修正方程式的常數(shù)項(xiàng)向量 將節(jié)點(diǎn)電壓初值代 入 331332 求出雅可比矩陣元素 求解修正方程式 330 求出變量的修正向量 求出節(jié)點(diǎn)電壓的新值 如有 PV 節(jié)點(diǎn)則檢查該類節(jié)點(diǎn)的無功功率是否越限 檢查是否收斂由式 319 可知若電壓趨近于真解時(shí)功率偏移量將趨于零如不收斂則以各節(jié)點(diǎn)電壓的新值作為初值自第 3 步重新開始下一次迭代否則轉(zhuǎn)入下一步 計(jì)算支路功率分布 PV 節(jié)點(diǎn)無功功率和平衡節(jié)點(diǎn)注入功率最后輸出結(jié)果并結(jié)束 牛頓 拉夫遜潮流計(jì)算程序框圖如圖 32 所示 基于 matlab 潮流計(jì)算軟件的實(shí)現(xiàn) 登陸界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 登陸界面是用戶對(duì)軟件進(jìn)行操作的門戶也對(duì)用戶身份進(jìn)行驗(yàn) 證本設(shè)計(jì)的登陸界面設(shè)計(jì)如圖 41 所示 圖 41 登陸界面 當(dāng)用戶輸入正確的用戶信息是進(jìn)入潮流計(jì)算主界面否則彈出錯(cuò)誤提示對(duì)話框錯(cuò)誤對(duì)話框如圖 42 所示 圖 42 錯(cuò)誤提示對(duì)話框 潮流計(jì)算主界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 421 主界面介紹 主界面是進(jìn)行潮流計(jì)算的的操作界面能完成數(shù)據(jù)的初始化進(jìn)行潮流計(jì)算并顯示潮流計(jì)算的相關(guān)結(jié)果以供用戶分析具體來講就是點(diǎn)擊第一個(gè)彈出框選擇潮流計(jì)算數(shù)據(jù)組并在主界面上顯示所選擇數(shù)據(jù)組的電路接線圖單擊計(jì)算按鈕就能完成潮流計(jì)算并將潮流計(jì)算結(jié)果保存下來單擊第二個(gè)彈出框可以查看具體的結(jié)果同時(shí)還將畫出潮流計(jì)算電 壓迭代曲線潮流計(jì)算主界面如圖 43 所示 圖 43 主界面 422 數(shù)據(jù)初始化 本設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)保存在 excel 表格里在主界面上單擊彈出框選擇數(shù)據(jù)組從而從 excel表格里調(diào)入數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)初始化本設(shè)計(jì)定義了 7個(gè)數(shù)據(jù)供主程序調(diào)用他們分別是節(jié)點(diǎn)數(shù) n 支路數(shù) n1 平衡節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào) isb 精度值 pr節(jié)點(diǎn)參數(shù)矩陣 B1 支路參數(shù)矩陣 B2 和節(jié)點(diǎn)號(hào)及其對(duì)地阻抗形成的舉證 X 從 excel表格中調(diào)入數(shù)據(jù)采用 xlsread函數(shù)這樣 excel表格中的數(shù)據(jù)就以矩陣的形式存放在 matlab 中但 xlsread 函數(shù)不能讀入虛數(shù)其將虛數(shù)標(biāo)記符 i 當(dāng)做字符處理所以 本設(shè)計(jì)把數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部分開分別讀入然后在 matlab 中將其轉(zhuǎn)化回去數(shù)據(jù)初始化程序如下所示 val get hObjectvalue str get hObjectstring switch str val case 電力系統(tǒng) 1 M 1 case 電力系統(tǒng) 2 M 2 end if M 1 a xlsread efirxls handlesn a 1 handles a 2 handlesisb a 3 handlespr a 4 b xlsread ebrxls c xlsread ebixls handlesB1 b 16 jc 16 handlesB2 b 712 jc 712 d xlsread exxls handlesX d 12 jd 34 elseif M 2 a xlsread efir2xls handlesn a 1 handlesn1 a 2 handlesisb a 3 handlespr a 4 b xlsread ebr2xls c xlsread ebi2xls handlesB1 b 16 jc 16 handlesB2 b 712 jc 712 d xlsread ex2xls handlesX d 12 jd 34 end guidata hObjecthandles 423 潮流計(jì)算 本設(shè)計(jì)通過計(jì)算按鈕調(diào)用潮流計(jì)算主程序完成潮流計(jì)算潮流計(jì)算程序根據(jù)牛頓拉夫遜法編制對(duì)主程序介紹如下 1 導(dǎo)納矩陣的形成 ①求導(dǎo)納矩陣 Y中的非對(duì)角元元素 Yij若無變壓器則 Yij直接為線路阻抗分之一取負(fù)值若有變壓器 Yij 為線路阻抗乘以 KT 后分之一再取負(fù)值 ②求導(dǎo)納矩陣 Y中對(duì)角元元素 Yii無變壓器時(shí) Yii為 Yij加上線路對(duì)地電導(dǎo)的一半乘 j 有變壓器時(shí)對(duì)角元元素就與所輸入的折算到哪一側(cè)有關(guān)如果支路起始端處于高壓側(cè)支路起始節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納中要加上變壓器等值導(dǎo)納模型的對(duì)地支路的 1KT KT2 倍支路終止節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納要加上變壓器等值導(dǎo)納模型的對(duì)地支路的 KT1 KT 倍如果支路起始端處于低壓側(cè)情況正好相反支路起始節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納中要加上變壓器等 值導(dǎo)納模型的對(duì)地支路的 KT1 KT 倍支路終止節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納要加上變壓器等值導(dǎo)納模型的對(duì)地支路的 1KT KT2 倍導(dǎo)納矩陣形成程序如下所示 for i 1n if X i2 0 p X i1 Y pp X i2 end end for i 1n1 if B1 i6 0 p B1 i1 q B1 i2 else p B1 i2 q B1 i1 end Y pq Y pq 1 B1 i3 B1 i5 Y qp Y pq Y Y 1 B1 i3 B1 i5 2 B1 i4 2 Y pp Y pp 1B1 i3 B1 i4 2 end 2 迭代修正初始值 這一部分是程序的主題部分通過迭代求取修正量從而修正電壓直至修正量達(dá)到給定的精度本程序通過 while 循環(huán)實(shí)現(xiàn)迭代運(yùn)算迭代循環(huán)條件為未達(dá)到精度要求的個(gè)數(shù)即如果未達(dá)到精度要求的個(gè)數(shù)為零就停止迭代否則繼續(xù)迭代 3 各節(jié)點(diǎn)功率的求取 節(jié)點(diǎn)功率等于電壓的平方與導(dǎo)納的乘積程序如下所示 for p 1n c p 0 for q 1n c p c p conj Y pq conj UU q end s p UU p c p end 4 支路首端功率和末端功率的求取 for i 1n1 if B1 i6 0 p B1 i1 q B1 i2 else p B1 i2 q B1 i1 end Si pq UU p conj UU p conj B1 i4 2 conj UU p B1 i5 conj UU q conj 1 B1 i3 B1 i5 f i1end [pqSi pq ] end 這是首端功率的求取程序末端功率的求取與此相似故不再贅述 5 各支路功率損耗的求取 for i 1n1 if B1 i6 0 p B1 i1 q B1 i2 else p B1 i2 q B1 i1 end Ds i Si pq Sj qp end 424 數(shù)據(jù)處理 為了使用戶能方便的查看潮流計(jì)算結(jié)果主界面上設(shè)彈出框用戶可以根據(jù)需要選擇所要查看的數(shù)據(jù)選中之后數(shù)據(jù) 即顯示在界面里的表格里 同時(shí)為了使用戶能更好的處理數(shù)據(jù)本軟件還將計(jì)算所得結(jié)果存入 excel 表格中以供用戶隨時(shí)查看調(diào)用把數(shù)據(jù)寫入 excel 中使用 xlswrite 函數(shù)下面是將功率寫入 excel 中的程序段 rf real f imf imag f imf imf 3 f [rf imf] xlswrite sdglxlsf 其他數(shù)據(jù)類似于此不再贅述 425 數(shù)據(jù)的傳遞問題 潮流計(jì)算主程序要調(diào)用數(shù)據(jù)初始化程序段的初始化數(shù)據(jù)查看主程序潮流計(jì)算所得的數(shù)據(jù)都涉及到數(shù)據(jù)傳遞問題一個(gè)函數(shù)里的數(shù)據(jù)是局部變量它不能被其他函 數(shù)調(diào)用然而初始化所得的數(shù)據(jù)要被主程序所調(diào)用主程序運(yùn)行后計(jì)算所得結(jié)果要被數(shù)據(jù)顯示這邊的函數(shù)所調(diào)用這就要求數(shù)據(jù)共享 matlab GUI 編程里的handles結(jié)構(gòu)體很好的解決了這一問題 handles結(jié)構(gòu)體是運(yùn)行 GUI 時(shí)自動(dòng)生成的它就像是一個(gè)數(shù)據(jù)的容器它可以將存放在里邊的函數(shù)作為每個(gè)函數(shù)的第三個(gè)輸入?yún)?shù)隨意地傳給每個(gè)函數(shù)下面是將潮流計(jì)算結(jié)果定義為 handles 結(jié)構(gòu)體的程序段 handlesUU UU handlesxj xj handlesf f handlesff ff handlesDs Ds handlesS S handlesICT2 ICT2 handlesY Y guidata hObjecthandles 這樣后面的函數(shù)就可以很好的隨意的調(diào)用這些數(shù)據(jù) 實(shí)例仿真與分析 實(shí)例仿真 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了兩個(gè)仿真實(shí)例此處就對(duì)其中之一做說明電力系統(tǒng)模型的接線圖如圖 51 所示 圖 51 接線圖 選擇此仿真實(shí)例計(jì)算結(jié)果如下所示 圖 52 仿真結(jié)果 通過彈出框選擇要顯示的數(shù)據(jù)運(yùn)行結(jié)果如圖 52 所示 圖 52 運(yùn)行結(jié)果分析 該算例包含平衡節(jié)點(diǎn) PV節(jié)點(diǎn) PQ節(jié)點(diǎn)這三種類型的存在于電力系統(tǒng)中既含有長度 l 100km 的一字形架空線 路又包含有長度 100km l 300km 的形架空線路最重要的是該線路還包含有非標(biāo)準(zhǔn)的變壓器實(shí)際電力系統(tǒng)中所包含的情況本線路基本上一一提到只是在節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)上有所減少但是不影響基本計(jì)算該算例可以基本上模擬電力系統(tǒng)中的所有線路因此如果該程序可以成功實(shí)現(xiàn)算例所要求的內(nèi)容那么該程序?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中的大多數(shù)線路都 MATLABMATLAB 是完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的工具 MATLAB 有著強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算的功能它的編程語言同樣簡短而強(qiáng)大特別是它的 GUI 設(shè)計(jì)窗口為潮流計(jì)算軟件的實(shí)現(xiàn)提供極大的好處這種可視化設(shè)計(jì)工具極大的減少了編程的工作量 熟悉 理論知識(shí)后就進(jìn)入了畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)階段首先要完成的潮流計(jì)算程序段的編制這是一件繁瑣的工作它需要不斷的編譯調(diào)試直到完美為止但這也鍛煉我處理問題的能力增強(qiáng)了我的工作耐性完成程序的編程之后就是軟件的具體實(shí)現(xiàn)階段在這一階段首先完成了軟件登陸界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)然后就是軟件主界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)事實(shí)證明基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算使計(jì)算機(jī)在計(jì)算分析研究復(fù)雜的電力系統(tǒng)潮流分布問題上又前進(jìn)了一步不管采用什么算法所有的潮流計(jì)算都是基于矩陣的迭代運(yùn)算而 MATLAB語言正是以處理矩陣見長實(shí)踐證明 MATLAB語言在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算軟件 的實(shí)現(xiàn)是可行的而且由于其強(qiáng)大的矩陣處理功能完全可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)的其它分析計(jì)算中而且 MATLAB 語言編程效率高程序調(diào)試十分方便可大大縮減軟件開發(fā)周期 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中經(jīng)歷了很多付出了很多但由于能力和時(shí)間的有限仍有許多值得改進(jìn)的地方例如登陸界面及潮流計(jì)算主界面的美觀性有待提高軟件與用戶的互動(dòng)交流還不夠好這些問題都有待改善 總之通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)會(huì)了如何更好的學(xué)習(xí)如何更好的查資料如何更好的找信息 襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆 袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆 袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞