電力系統(tǒng)潮流計算軟件設(shè)計開題報告

1、如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!電信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告姓 名專業(yè)電氣工程及其自動化 班級電氣六班學(xué) 號指導(dǎo)教師題目類型工程設(shè)計題 目電力系統(tǒng)潮流計算軟件設(shè)計一、選題背景及依據(jù)1. 畢業(yè)設(shè)計的技術(shù)背景和設(shè)計依據(jù)： 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)里面最后一次也是最重要的一次和學(xué)科相關(guān)的設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計能體現(xiàn)出大學(xué)四年來所學(xué)習(xí)的成果，可以很好的檢驗自己的水平。 電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種計算，它根據(jù)給定的運行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)：各母線的電壓，各元件中流過的功率，系統(tǒng)的功率損耗等等。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行方式的研究中，都需要利用潮流計算來定

2、量的分析比較供電方案或運行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟性。此外，電力系統(tǒng)潮流計算也是計算系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。所以潮流計算是研究電力系統(tǒng)的一種十分重要且基本的計算。2. 課題意義 電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的一項基本運算，它根據(jù)給定系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運行條件來確定整個系統(tǒng)的運行狀態(tài):主要是各節(jié)點電壓(幅值和相角)，網(wǎng)絡(luò)中功率分布和功率損耗等狀態(tài)。它既是對電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行方式的合理性、可靠性及經(jīng)濟性進行定量分析的依據(jù)又是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定計算的基礎(chǔ)，是電力系統(tǒng)一種非常重要和基本的計算。3. 選題的目的： 我之所以選擇電力系統(tǒng)潮流計算軟件設(shè)計作為我的畢業(yè)設(shè)計的題目，是因為我的

3、專業(yè)方向選擇的是電力系統(tǒng)及其自動化，而電力系統(tǒng)潮流分析計算在電力系統(tǒng)及其自動化里面有著極其重要的意義。電力系統(tǒng)的潮流計算不僅僅是對電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行方式的合理性、經(jīng)濟型、技術(shù)性的定量分析的基礎(chǔ)，還是對電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析的技術(shù)支持。因此，潮流計算是電力系統(tǒng)一種很基礎(chǔ)但是很重要的計算。具體表現(xiàn)如下：（1）在電網(wǎng)規(guī)劃的初級階段，通過潮流的計算，可以合理規(guī)劃電源容量的大小以及接入點，規(guī)劃無功補償，可以滿足系統(tǒng)對調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、最大以及最小運行方式的要求。2 / 14如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!（2）在編制年運行方式時，通過對負荷增長的預(yù)測以及新電源投運的分析基礎(chǔ)上，進行潮流計算

4、，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，可以提供給調(diào)度部門相關(guān)信息，以便對整個系統(tǒng)進行更合理的規(guī)劃。（3）在發(fā)電機檢修等特殊情況下，通過潮流計算，編制日運行方式，便于調(diào)度部門對各電廠或者發(fā)電機組進行運行方式的調(diào)配，滿足系統(tǒng)對電能的質(zhì)量要求以及經(jīng)濟性等要求。（4）對預(yù)想事故進行的計算，調(diào)度部門可以在發(fā)生事故后進行快速反應(yīng)。由上可總結(jié)為不管是在電力系統(tǒng)運行方式還是在規(guī)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(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經(jīng)濟性。不僅如此，為了實時監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，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(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最重要而又最基本的一種電氣運算。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計

5、和安排系統(tǒng)的運行方式時，采用離線潮流計算；在電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控中，則采用在線潮流計算。4. 電力系統(tǒng)潮流計算的發(fā)展早期的電力系統(tǒng)因為其網(wǎng)絡(luò)簡單，對精度要求不高且限于當(dāng)時的技術(shù)發(fā)展，當(dāng)時電力系統(tǒng)潮流計算多采用手算。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜，對精度的要求也越來越高，手算潮流已經(jīng)不能滿足需求，因此計算機軟件計算就成為了主流。5. 主要參考文獻 1 陳衍等.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析M.北京：中國電力出版社，2007. 2 羅杰.基于MATLAB的牛頓拉夫遜法電力潮流計算與實現(xiàn)D.華東交通大學(xué)2010. 3 張寧，張渭，韓勇等.基于MATLAB的電力系統(tǒng)的潮流計算D.西北水電2004第4期. 4

6、 李有安等.基于MATLAB的電力系統(tǒng)潮流計算D.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報2010-41（2）. 5 徐勁松，寧玉琳，楊永峰等.基于MATLAB的牛頓拉夫遜法電力潮流計算與實現(xiàn)D.電氣傳動自動化2100年第二期第33卷第10頁. 6 華志朋.電力系統(tǒng)M. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2005. 7 吳天明，MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計與分析第二版. M.北京：國防工業(yè)出版社，2007. 8 何仰贊，溫增銀. 電力系統(tǒng)分析上冊M.武漢：華中科技大學(xué)出版社出版社，2001. 9 何仰贊，溫增銀. 電力系統(tǒng)分析下冊M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001.2 / 14如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 10 G

7、oran Andersson.Modelling And Eletric Power System .D.2008. 11US Aarmy of Engineers Walla Walla District.Power System Analysis.D.1999.二、主要設(shè)計（研究）內(nèi)容、設(shè)計（研究）思想、解決的關(guān)鍵問題、擬采用的技術(shù)方案、設(shè)計（研究）工作步驟1. 文獻綜述利用電子計算機進行潮流計算從20世紀(jì)50年代中期就已經(jīng)開始。此后，潮流計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算的一些基本要求進行的。對潮流計算的要求可以歸納為下面幾點：（1）算法的可靠性或收斂性（2

8、）計算速度和內(nèi)存占用量（3）計算的方便性和靈活性電力系統(tǒng)潮流計算屬于穩(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。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)模的不斷擴大，潮流問題的方程式階數(shù)越來越高，目前已達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。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算方法。在用數(shù)字計算機求解電力系統(tǒng)潮流問題的開始階段，人們普遍采用以節(jié)點導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的高斯-賽德爾迭代法（一下簡稱導(dǎo)納法）。這個方法

9、的原理比較簡單，要求的數(shù)字計算機的內(nèi)存量也比較小，適應(yīng)當(dāng)時的電子數(shù)字計算機制作水平和電力系統(tǒng)理論水平，于是電力系統(tǒng)計算人員轉(zhuǎn)向以阻抗矩陣為主的逐次代入法（以下簡稱阻抗法）。阻抗法改善了電力系統(tǒng)潮流計算問題的收斂性，解決了導(dǎo)納法無法解決的一些系統(tǒng)的潮流計算，在當(dāng)時獲得了廣泛的應(yīng)用，曾為我國電力系統(tǒng)設(shè)計、運行和研究作出了很大的貢獻。但是，阻抗法的主要缺點就是占用計算機的內(nèi)存很大，每次迭代的計算量很大。當(dāng)系統(tǒng)不斷擴大時，這些缺點就更加突出。為了克服阻抗法在內(nèi)存和速度方面的缺點，后來發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的分塊阻抗法。這個方法把一個大系統(tǒng)分割為幾個小的地區(qū)系統(tǒng)，在計算機內(nèi)只需存儲各個地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩陣

10、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，同時也提高了節(jié)省速度?？朔杩狗ㄈ秉c的另一途徑是采用牛頓-拉夫遜法（以下簡稱牛頓法）。牛頓法是數(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，牛頓法在收斂性、內(nèi)存要求、計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。4 / 14如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!在牛頓法的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力系統(tǒng)的特點，抓住主要矛盾，對純數(shù)學(xué)的牛頓法

11、進行了改造，得到了P-Q分解法。P-Q分解法在計算速度方面有顯著的提高，迅速得到了推廣。牛頓法的特點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，即將泰勒級數(shù)的高階項也包括進來，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)潮流計算，出現(xiàn)了將潮流計算表示為一個無約束非線性規(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?；钴S，但是大多數(shù)研究都是圍繞改進牛頓法和P-Q分解法進行的。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算。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P-Q

12、分解法的地位。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，對計算速度的要求不斷提高，計算機的并行計算技術(shù)也將在潮流計算中得到廣泛的應(yīng)用，成為重要的研究領(lǐng)域。2. 設(shè)計內(nèi)容思想和解決問題的關(guān)鍵 （1）畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容 根據(jù)設(shè)計的界面輸入已知電力系統(tǒng)輸入?yún)?shù)；自動計算出各輸電線路潮流分布。 （2）設(shè)計實現(xiàn)的主要功能及解決的問題根據(jù)所輸入的節(jié)點數(shù)；支路數(shù)；平衡母線節(jié)點號；誤差精度；支路參數(shù)形成的矩陣；節(jié)點參數(shù)形成的矩陣；節(jié)點號及其對地阻抗形成的矩陣自動計算出各線路潮流和平衡節(jié)點功率。本次設(shè)計實現(xiàn)了潮流計算的計算機算法，避免了人工算法的復(fù)雜繁瑣及不準(zhǔn)確。 （3）解決問題的關(guān)鍵進行潮流計算，要熟悉各節(jié)點之間的關(guān)系，掌

13、握MATLAB編程語言，了解相關(guān)的計算方法，進行仿真計算。 （4）設(shè)計采用的方案 1. 基本數(shù)據(jù)的計算電壓降的計算：電壓降縱分量：電壓降橫分量：則：4 / 14如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!相位角：為線路首端電壓，為線路末端電壓。線路（元件）功率損耗：如下圖所示 圖1 功率流向圖 手工計算法。簡單輻射網(wǎng)絡(luò)計算，一般已知條件為已知始端電壓、末端功率，求始端功率、末端電壓（以此居多）；或已知末端電壓、始端功率，求末端功率、始端電壓。求解方法總結(jié)為“一來、二去”共兩步來逼近需求解的網(wǎng)絡(luò)功率和電壓分布。一來即：設(shè)所有未知電壓節(jié)點的電壓為線路額定電壓，從已知功率端開始逐段求功率，直到推得已知

14、電壓點得功率；二去即：從已知電壓點開始，用推得的功率和已知電壓點的電壓，往回逐段向未知電壓點求電壓。在計算中，上述過程一般只需要做一次。但當(dāng)一次“來、去”完畢后，此電壓與初始假設(shè)電壓相差較大時，可再一次假設(shè)未知電壓節(jié)點的電壓值為剛剛計算得到的節(jié)點電壓值，繼續(xù)進行“來、去”計算，直到前后兩次同一點的電壓值相差不大。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的計算。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可以在功率分點處將網(wǎng)絡(luò)打開，使其成為雙電源的輻射網(wǎng)絡(luò)，便于計算。5 / 14如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 圖 2 環(huán)形網(wǎng)絡(luò) 圖3 等值兩端供電網(wǎng)絡(luò)的等值電路6 / 14如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!在此公式下，實際上是采用了，所以有如下

15、關(guān)系 2.本次設(shè)計采用牛頓拉夫遜法和PQ分解法分別進行計算，并且形成軟件界面，方便使用。牛頓型潮流計算的核心問題是修正方程式的建立和求解。為說明這一修正方程的建立過程，先對網(wǎng)絡(luò)中各類節(jié)點的編號做如下規(guī)定：（1） 網(wǎng)絡(luò)中共有n個節(jié)點，編號為1，2，3，.，n，其中包含一個平衡節(jié)點s；（2） 網(wǎng)絡(luò)中共有（m-1）個PQ節(jié)點，編號為1，2，3，.，m，其中包含編號為s的平衡節(jié)點；（3） 網(wǎng)絡(luò)中有（n-m）個PV節(jié)點，編號為m+1，m+2，.，n。據(jù)此，在方程組中共有2(n-1)個獨立方程式。其中（1）式類型的有（n-1）個，包括平衡節(jié)點外所有幾點有功功率的表示式，即i=1,2，.，n，is；（2）式

16、類型的有（m-1）個，包括所有PV節(jié)點無功功率的表示式，即i=1,2，.，n，is；（3）式類型的有（n-1）-（m-1）=n-m個，包括所有PV節(jié)點電壓的表示式，即i=m+1,m+2,.，n。平衡節(jié)點s的功率和電壓之所以不包括在這方程組內(nèi)，是由于平衡節(jié)點的注入功率不可能事先給定，從而不可能列出相應(yīng)的、的標(biāo)識號，而平衡節(jié)點的電壓，則不必求取。至此，可建立修正方程如下：7 / 14如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!PQ分解法潮流計算時的修正方程是計及電力系統(tǒng)的特點后對牛頓拉夫遜法修正方程式的簡化。為說明這一簡化，可將牛頓拉夫遜法的修正方程重新排列如下： 或簡寫為： 重新排列的時不再留空行、空列。顯然，這種重新排列并不影響修正方程式的內(nèi)容。對修正方程的第一個簡化是：記及電力網(wǎng)絡(luò)中各元件的電抗一般遠大于電阻，以致各節(jié)點電壓相位角的改變主要影響各元件中的有功功率潮流從而影響各界點的注入有功功率；各節(jié)點電壓大小的改變主要影響各元件中的無功功率潮流從而各節(jié)點的注入無功功率，可將上式中的子陣N、J略去，而將修正方程簡化為： 設(shè)計步驟：8 / 14如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!第一步，建立電力系統(tǒng)模型；第二部，輸入系統(tǒng)參數(shù)，分別用牛頓拉夫遜法和PQ分解法進行計算；第三步，進行潮流計算。三、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度安排設(shè) 計 內(nèi) 容周數(shù)給出任務(wù)書、查閱資料、開