《電力系統(tǒng)分析》課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流分析程序設(shè)計(jì)所在學(xué)院 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 12級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化一班學(xué)生姓名 陳劍秋 學(xué)生學(xué)號(hào) 201230088099 指導(dǎo)教師 房大中 提交日期 2014年 12 月 16日 摘要電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析課程基本計(jì)算的核心部分之一它既有本身的獨(dú)立意義，又是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，運(yùn)行分析和理論研究的基礎(chǔ)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)正常和故障條件下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算，是電力系統(tǒng)計(jì)算分析中的一種最基本的計(jì)算潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)的各種計(jì)算的基礎(chǔ)，同時(shí)它又是研究電力系統(tǒng)的一項(xiàng)重要分析功能，是進(jìn)行故障計(jì)算，繼電保護(hù)鑒定，安全分析的工具電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算來定量的比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性本課程設(shè)計(jì)采用P-Q分解法對(duì)三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算計(jì)算結(jié)果的得出是通過MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，P-Q分解法，三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)AbstractPower flow calculation is the core part of the power system analysis course basic computing. It has both the independent meaning itself, and is the power system planning and design, the basic operation analysis and theoretical study.Power flow calculation is the calculation of the steady state operation of normal and fault conditions of complex power system, is one of the most basic calculation of power system calculation and analysis of. Power flow calculation is the basis of all kinds of power system calculation, and it is also an important function of power system analysis study, is the fault calculation, relay protection and identification, safety analysis tool. Power flow calculation is the basis of calculation system of dynamic and static stabilization. In the research of operation mode of power system planning and the existing power system, the rationality of power supply, reliability and economy of the program or run mode comparison requires the use of power flow calculation to quantitativeThe curriculum design using P-Q decomposition method for power flow calculation of the three machine nine bus system. It is concluded that the calculation result is achieved by MATLAB software programming.Keywords: power system power flow calculation, the P-Q decomposition method, three machine nine node system目錄摘要 IAbstract II一、 緒論 11.1 本課題的目的和意義 11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 11.2.1 高斯-賽德爾迭代法 21.2.2 牛頓-拉夫遜法和P-Q分解法 21.2.3 基于MATLAB 的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算發(fā)展前景 3二、 設(shè)計(jì)目的 4三、 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo) 4四、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 44.1 選題內(nèi)容 44.2 基礎(chǔ)資料 54.3算法原理 64.3.1 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣形成的計(jì)算機(jī)方法 64.3.2 電力網(wǎng)絡(luò)的潮流方程 94.3.3 電力網(wǎng)絡(luò)極坐標(biāo)形式的潮流方程 104.3.4 極坐標(biāo)牛頓潮流算法的修正方程雅和可比矩陣 104.3.5 PQ分解法潮流計(jì)算 11五、 程序設(shè)計(jì) 135.1 主函數(shù) 135.2 子函數(shù) 16六、 輸入與輸出結(jié)果 216.1 輸入數(shù)據(jù) 216.2 輸出結(jié)果 226.3 當(dāng)bus4-6的發(fā)生故障被切斷后，系統(tǒng)的運(yùn)行情況 256.4 兩機(jī)五節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 30七、 結(jié)果分析 347.1 三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行結(jié)果分析 347.2 三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)故障切除后結(jié)果分析 35結(jié)論 36參考文獻(xiàn) 37一、 緒論1.1 本課題的目的和意義電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)正常和故障條件下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算。

其目的是求取電力系統(tǒng)在給定運(yùn)行方式下的節(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、各點(diǎn)電壓是否滿足要求、功率分布和分配是否合理以及功率損耗等，是電力系統(tǒng)計(jì)算分析中的一種最基本的計(jì)算潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)的各種計(jì)算的基礎(chǔ)，同時(shí)它又是研究電力系統(tǒng)的一項(xiàng)重要分析功能，是進(jìn)行故障計(jì)算，繼電保護(hù)鑒定，安全分析的工具電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算來定量的比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)算，可以為選擇電網(wǎng)供電方案和電氣設(shè)備提供依據(jù)潮流計(jì)算還可以為繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置整定計(jì)算、電力系統(tǒng)故障計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算等提供原始數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的目的在于:確定是電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式；檢查系統(tǒng)中的各元件是否過壓或過載；為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的整定提供依據(jù)；為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定計(jì)算提供初值，為電力系統(tǒng)規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供分析的基礎(chǔ)因此，電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)中一項(xiàng)最基本的計(jì)算，既具有一定的獨(dú)立性，又是研究其他問題的基礎(chǔ)1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀利用電子計(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。

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(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下面幾點(diǎn)： （1）算法的可靠性或收斂性 （2）計(jì)算速度和內(nèi)存占用量 （3）計(jì)算的方便性和靈活性 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(dòng)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(jì)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(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(duì)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(jì)算方法 1.2.1 高斯-賽德爾迭代法在用數(shù)字計(jì)算機(jī)求解電力系統(tǒng)潮流問題的開始階段，人們普遍采用以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的高斯-賽德爾迭代法（一下簡(jiǎn)稱導(dǎo)納法）這個(gè)方法的原理比較簡(jiǎn)單，要求的數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)存量也比較小，適應(yīng)當(dāng)時(shí)的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)制作水平和電力系統(tǒng)理論水平，于是電力系統(tǒng)計(jì)算人員轉(zhuǎn)向以阻抗矩陣為主的逐次代入法（以下簡(jiǎn)稱阻抗法） 20世紀(jì)60年代初，數(shù)字計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到第二代，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和計(jì)算速度發(fā)生了很大的飛躍，從而為阻抗法的采用創(chuàng)造了條件。

阻抗矩陣是滿矩陣，阻抗法要求計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存表征系統(tǒng)接線和參數(shù)的阻抗矩陣這就需要較大的內(nèi)存量而且阻抗法每迭代一次都要求順次取阻抗矩陣中的每一個(gè)元素進(jìn)行計(jì)算，因此，每次迭代的計(jì)算量很大 阻抗法改善了電力系統(tǒng)潮流計(jì)算問題的收斂性，解決了導(dǎo)納法無法解決的一些系統(tǒng)的潮流計(jì)算，在當(dāng)時(shí)獲得了廣泛的應(yīng)用，曾為我國電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和研究做出了很大的貢獻(xiàn)但是，阻抗法的主要缺點(diǎn)就是占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存很大，每次迭代的計(jì)算量很大當(dāng)系統(tǒng)不斷擴(kuò)大時(shí)，這些缺點(diǎn)就更加突出為了克服阻抗法在內(nèi)存和速度方面的缺點(diǎn)，后來發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的分塊阻抗法這個(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)只需存儲(chǔ)各個(gè)地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩陣及它們之間的聯(lián)絡(luò)線的阻抗，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1.2.2 牛頓-拉夫遜法和P-Q分解法克服阻抗法缺點(diǎn)的另一途徑是采用牛頓-拉夫遜法（以下簡(jiǎn)稱牛拉法）牛拉法是數(shù)學(xué)中求解非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性解決電力系統(tǒng)潮流計(jì)算問題是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，因此，只要在迭代過程中盡可能保持方程式系數(shù)矩陣的稀疏性，就可以大大提高牛頓潮流程序的計(jì)算效率自從20世紀(jì)60年代中期采用了最佳順序消去法以后，牛拉法在收斂性、內(nèi)存要求、計(jì)算速度方面都超過了阻抗法，成為直到目前仍被廣泛采用的方法。

在牛拉法的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，抓住主要矛盾，對(duì)純數(shù)學(xué)的牛拉法進(jìn)行了改造，得到了P-Q分解法P-Q分解法在計(jì)算速度方面有顯著的提高，迅速得到了推廣 牛拉法的特點(diǎn)是將非線性方程線性化20世紀(jì)70年代后期，有人提出采用更精確的模型，即將泰勒級(jí)數(shù)的高階項(xiàng)也包括進(jìn)來，希望以此提高算法的性能，這便產(chǎn)生了保留非線性的潮流算法另外，為了解決病態(tài)潮流計(jì)算，出現(xiàn)了將潮流計(jì)算表示為一個(gè)無約束非線性規(guī)劃問題的模型，即非線性規(guī)劃潮流算法 近20多年來，潮流算法的研究仍然非常活躍，但是大多數(shù)研究都是圍繞改進(jìn)牛拉法和P-Q分解法進(jìn)行的此外，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)算但是，到目前為止這些新的模型和算法還不能取代牛拉法和P-Q分解法的地位由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)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)域通過幾十年的發(fā)展，潮流算法日趨成熟近幾年，對(duì)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、牛拉法和快速解耦法牛拉法，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(jí)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。

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[8]1.2.3 基于MATLAB 的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算發(fā)展前景MATLAB 自1980 年問世以來，以其學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單、使用方便以及其它高級(jí)語言所無可比擬的強(qiáng)大的矩陣處理功能越來越受到世人的關(guān)注目前，它已成為國際控制界最流行、使用最廣。