1、湖 北 民 族 學 院信息工程學院課程設計報告書 題目: 電力系統潮流計算 專 業： 電氣工程及其自動化 班 級： 0311407 學 號： 031140713 學生姓名： 黃秀超 指導教師： 耿東山 2014年 6 月 2 日 學 號031140713 學生姓名黃秀超專業（班級）電氣工程及其自動化設計題目電力系統潮流計算設計技術參數1. 線路的阻抗，無功損耗。2. 各節點的功率和電壓。3. 變壓器的阻抗，勵磁損耗。4. 變壓器及線路的功率損耗。5. 變壓器及線路的電壓降落。設計要求1.計算過程包括理論計算和MATLAB仿真兩大部分。2.報告里面的理論分析（手工計算）過程必須要有詳細推導過程，

2、再把仿真過程放到相應的部分中去。工作量共20頁.工作計劃第12周：對系統模型分析和資料收集，找到計算的思路，總結計算方法；第14周：對整個模型進行詳細計算，并完成word文檔。參考資料1何仰贊，溫增銀. 電力系統分析（上冊）第三版M. 湖北：華中科技大學出版社，20022 何仰贊，溫增銀. 電力系統分析（下冊）第三版M. 湖北：華中科技大學出版社，20023李清政，C語言程序設計 第2版M.北京：中國鐵道出版社指導教師簽字 2014年6月2日 信息工程學院課程設計成績評定表學生姓名： 黃秀超 學號： 031140713 專業（班級）： 7 班 課程設計題目： 電力系統潮流計算 指導教師評語：

3、成績： 指導教師： 年 月 日 摘 要電力系統穩態分析包括潮流計算和靜態安全分析。本文主要運用的事潮流計算，潮流計算是電力網絡設計與運行中最基本的運算，對電力網絡的各種設計方案及各種運行方式進行潮流計算，可以得到各種電網各節點的電壓，并求得網絡的潮流及網絡中的各元件的電力損耗，進而求得電能損耗。本位就是運用潮流計算具體分析，并有MATLAB仿真。關鍵詞： 電力系統 潮流計算 MATLAB仿真目 錄摘 要- 1 -1 任務提出與方案論證- 3 -2 總體設計- 4 -2.2建立電力系統模型- 4 -2.3模型的調試與運行- 4 -3設計原理- 5 -3.1牛頓-拉夫遜原理- 5 -3.2網絡節點

4、的優化- 5 -3.3 設計流程圖- 6 -4程序與結果.- 7 -4.1 MATLAB程序- 7 -4.2 程序結果- 10 -5 總結- 15 -參考文獻- 16 -1 任務提出與方案論證潮流計算是在給定電力系統網絡結構、參數和決定系統運行狀態的邊界條件的情況下確定系統穩態運行狀態的一種基本方法,是電力系統規劃和運營中不可缺少的一個重要組成部分。可以說,它是電力系統分析中最基本、 最重要的計算,是系統安全、 經濟分析和實時控制與調度的基礎。常規潮流計算的任務是根據給定的運行條件和網路結構確定整個系統的運行狀態，如各母線上的電壓（幅值及相角）、網絡中的功率分布以及功率損耗等。潮流計算的結果是

5、電力系統穩定計算和故障分析的基礎。在電力系統運行方式和規劃方案的研究中，都需要進行潮流計算以比較運行方式或規劃供電方案的可行性、可靠性和經濟性。同時，為了實時監控電力系統的運行狀態，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中應用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運算。在系統規劃設計和安排系統的運行方式時，采用離線潮流計算；在電力系統運行狀態的實時監控中，則采用在線潮流計算。是電力系統研究人員長期研究的一個課題。它既是對電力系統規劃設計和運行方式的合理性、 可靠性及經濟性進行定量分析的依據 ， 又是電力系統靜態和暫態穩定計算的基礎。潮流計算經歷了一個由手工到應用數字電子計算機的發展

6、過程，現在的潮流算法都以計算機的應用為前提用計算機進行潮流計算主要步驟在于編制計算機程序，這是一項非常復雜的工作。對系統進行潮流分析，本文利用 MATLAB中的SimpowerSystems工具箱設計電力系統，在simulink 環境下，不僅可以仿真系統的動態過程，還可以對系統進行穩態潮流分析。2 總體設計SimpowerSystems使用Simulink環境，可以將該系統中的發電機、變壓器，線路等模型聯結起來，形成電力系統仿真模擬圖。在加人測量模塊，并對各元件的參數進行設置后，用measurement和sink中的儀器可以觀察各元件的電壓、電流、功率的大小。 2.2建立電力系統模型在Simu

7、link中按照電力系統原型選擇元件進行建模。所建立的模型和建立的方法在詳細設計中詳述。在電力系統模型的建立工程中主要涉及到的是：元器件的選擇及其參數的設置；發電機選型；變壓器選擇；線路的選擇；負荷模型的選擇；母線選擇。2.3模型的調試與運行建立系統模型，并設置好參數以后，就可以在Simulink環境下進行仿真運行。運行的具體結果和分析也在詳細設計中詳述。3設計原理3.1牛頓-拉夫遜原理牛頓迭代法是取x0 之后，在這個基礎上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，從而找到更接近方程根的近似跟。牛頓迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大優點是在方程f(x) = 0 的單根附近具有平方收斂，而

8、且該法還可以用來求方程的重根、復根。電力系統潮流計算，一般來說，各個母線所供負荷的功率是已知的，各個節點電壓是未知的（平衡節點外）可以根據網絡結構形成節點導納矩陣，然后由節點導納矩陣列寫功率方程，由于功率方程里功率是已知的，電壓的幅值和相角是未知的，這樣潮流計算的問題就轉化為求解非線性方程組的問題了。為了便于用迭代法解方程組，需要將上述功率方程改寫成功率平衡方程，并對功率平衡方程求偏導，得出對應的雅可比矩陣，給未知節點賦電壓初值，一般為額定電壓，將初值帶入功率平衡方程，得到功率不平衡量，這樣由功率不平衡量、雅可比矩陣、節點電壓不平衡量（未知的）構成了誤差方程，解誤差方程，得到節點電壓不平衡量，

9、節點電壓加上節點電壓不平衡量構成新的節點電壓初值，將新的初值帶入原來的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩陣，然后計算新的電壓不平衡量，這樣不斷迭代，不斷修正，一般迭代三到五次就能收斂。牛頓拉夫遜迭代法的一般步驟：（1）形成各節點導納矩陣Y。（2）設個節點電壓的初始值U和相角初始值e 還有迭代次數初值為0。（3）計算各個節點的功率不平衡量。（4）根據收斂條件判斷是否滿足，若不滿足則向下進行。（5）計算雅可比矩陣中的各元素。（6）修正方程式個節點電壓（7）利用新值自第（3）步開始進入下一次迭代，直至達到精度退出循環。（8）計算平衡節點輸出功率和各線路功率3.2網絡節點的優化）靜態地按最少出線支路數編

10、號這種方法由稱為靜態優化法。在編號以前。首先統計電力網絡個節點的出線支路數，然后，按出線支路數有少到多的節點順序編號。當由n 個節點的出線支路相同時，則可以按任意次序對這n 個節點進行編號。這種編號方法的根據是導納矩陣中，出線支路數最少的節點所對應的行中非零元素也）動態地按增加出線支路數最少編號在上述的方法中，各節點的出線支路數是按原始網絡統計出來的，在編號過程中認為固定不變的，事實上，在節點消去過程中，每消去一個節點以后，與該節點相連的各節點的出線支路數將發生變化(增加，減少或保持不變)。因此，如果每消去一個節點后，立即修正尚未編號節點的出線支路數，然后選其中支路數最少的一個節點進行編號，就

11、可以預期得到更好的效果，動態按最少出線支路數編號方法的特點就是按出線最少原則編號時考慮了消去過程中各節點出線支路數目的變動情況。形成節點導納矩陣設非平衡節點電壓初值、e輸入原始數據啟動3.3 設計流程圖對PQ節點計算(對PV節點計算) 計算雅可比矩陣各元素Hij(k)、Nij(k)、Jij(k)、Lij(k)解修正方程，由及雅可比矩陣用牛頓-拉夫遜法求各節點的ei（k）、Ui(k)/Ui計算節點的新電壓增加迭代次數count=count+1令迭代次數count=0計算平衡節點的功率及線路功率輸出是否4程序與結果.4.1 MATLAB程序clear;clc%重新編號，把原題中的節點1,2,3,4

12、,5重新依次編號為5,1,2,3,4，其中1-4號為PQ節點，5號為平衡節點y=0;%輸入原始數據，求節點導納矩陣y (1,2)=1/(0.06+0.18i); y (1,3)=1/(0.06+0.18i); y (1,4)=1/(0.04+0.12i);y(1,5)=1/(0.02+0.06i);y(2,3)=1/(0.01+0.03i);y(2,5)=1/(0.08+0.24i);y(3,4)=1/(0.08+0.24i);y(4,5)=0;for i=1:5for j=i:5y(j,i)=y(i,j);endendY=0;%求互導納for i=1:5for j=1:5if i=jY(i,

13、j)=-y(i,j);endendend%求自導納for i=1:5Y(i,i)=sum(y(i,:);endY %Y 為導納矩陣G=real(Y);B=imag(Y);%原始節點功率S(1)=0.2+0.2i;S(2)=-0.45-0.15i;S(3)=-0.4-0.05i;S(4)=-0.6-0.1i;S(5)=0;P=real(S);Q=imag(S);%賦初值U=ones(1,5);U(5)=1.06;e=zeros(1,5);ox=ones(8,1);fx=ones(8,1);count=0 %計算迭代次數while max(fx)>1e-5for i=1:4 for j=1:

14、4 H(i,j)=0;N(i,j)=0;M(i,j)=0;L(i,j)=0;oP(i)=0;oQ(i)=0; endendfor i=1:4for j=1:5 oP(i)=oP(i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);oQ(i)=oQ(i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);endoP(i)=oP(i)+P(i); oQ(i)=oQ(i)+Q(i);endfx=oP,oQ'%求雅克比矩陣%當i=j時候求H,N,M,L 如下：for i=1:4f

15、or j=1:4if i=j H(i,j)=-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);N(i,j)=-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);L(i,j)=H(i,j);M(i,j)=-N(i,j);endendendH,N,M,L%當i=j 時H,N,M,L如下：for i=1:4for j=1:5if i=jH(i,i)=H(i,i)+U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i, j)*cos (e(i)-e(j); N(i,i)=

16、N(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i, j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j);M(i,i)=M(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j); L(i,i)=L(i,i)-U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j);endendN(i,i)=N(i,i)-2*(U(i)2*G(i,i);L(i,i)=L(i,i)+2*(U(i)2*B(i,i);endJ=H,N;M,L %J 為雅克比矩陣ox=-(inv(J)*fx);

17、for i=1:4oe(i)=ox(i); oU(i)=ox(i+4)*U(i);endfor i=1:4e(i)=e(i)+oe(i); U(i)=U(i)+oU(i);endcount=count+1;endox,U,e,count%求節點注入的凈功率i=5;for j=1:5P(i)=U(i)*U(j)*(G(i,j)*cos(e(i)-e(j)+B(i,j)*sin(e(i)-e(j)+P(i);Q(i)=U(i)*U(j)*(G(i,j)*sin(e(i)-e(j)-B(i,j)*cos(e(i)-e(j)+Q(i);endS(5)=P(5)+Q(5)*sqrt(-1);S%求節點注入電流I=Y*U'MATLAB程序4.2程序結果Y值：迭代過程：電壓值：平衡節點注入功率及電流：5 總結通過本次課程設計讓我有復習了一次潮流計算的相關知識，跟家清晰了什么事潮流計算以及潮流計算的在電力系統的重要性。電力系統的穩定運行狀況即是正常運行狀況，是指電力系統在穩定運行條件下電壓、功率的分布，也稱為潮流分布。電力系統分析的潮流計算是電力系統分析的一個重要的部分。通過對電力系統潮流分布的分析和計算，可