電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計論文

1、信息工程學院課程設(shè)計報告書題目: 不對稱短路故障分析與計算 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 0312408班 學 號： 031240212 學生姓名： 郭雨 指導(dǎo)教師： 耿東山 2015年6月20日 目錄摘 要41設(shè)計背景62原始資料分析73擬分析方法104設(shè)計步驟114.1 程序流程圖114.2 程序清單114.3 手算過程145結(jié)果分析和總結(jié)19參考文獻20摘 要首先簡單介紹了基于在MALAB中行潮流計算的原理、意義，然后用具體的實例，簡單介紹了如何利用MALAB去進行電力系統(tǒng)中的潮流計算。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

2、整個電力系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)：各線的電壓、各元件中流過的功率、系統(tǒng)的功率損耗等等。牛頓拉夫遜法在電力系統(tǒng)潮流計算的常用算法之一，它收斂性好，迭代次數(shù)少。本文介紹了電力系統(tǒng)潮流計算機輔助分析的基本知識及潮流計算牛頓拉夫遜法，最后介紹了利用MTALAB程序運行的結(jié)果。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)潮流計算，牛頓拉夫遜法，MATLABThe AbstractAt first, this paper briefly introduces the theory and the meaning of the load flow calculation based on MATLAB, and then it brief

3、ly introduces how to apply MALAB to the load flow calculation of the electric system by concrete cases. A kind of calculation is the load flow of the electric system, which studies the stable operation-condition of the electric system. It confirms the operation-condition of the whole electric system

4、, such as the voltage of every line, the rate of power crossing each component, the rate of power consumption of the system, according to the given operation-condition and the connected circumstances of the system.Newton-Raphson method is commonly used in the load flow calculation of the electric sy

5、stem for its good stypticity and little iteration. This paper introduces the basic knowledge about the assistant analysis of the load flow computer of electric system and the Newton-Raphson method. Finally, it introduces the results after making use of MALAB procedure.The key word:The load flow calc

6、ulation of the electric system; Newton-Raphson method;MALAB1設(shè)計背景潮流計算是研究電力系統(tǒng)的一種最基本和最重要的計算。隨著電子數(shù)字計算機的出現(xiàn)，1956年Ward等人編制了實際可行的計算機潮流計算程序。這樣，就為日趨復(fù)雜的大規(guī)模電力系統(tǒng)提供了極其有利的計算手段。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，是根據(jù)給定的運行的條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各個部分運行的狀態(tài)，如各母線的電壓、各元件中流過的電流、系統(tǒng)的功率損耗等等。電力系統(tǒng)潮流計算是計算系統(tǒng)動態(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)計和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行的方式研究中，都

7、需要利用電力系統(tǒng)潮流計算來定量的比較供電方案或運行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟性。實際電力系統(tǒng)的潮流技術(shù)主要采用牛頓拉夫遜法。作為一種適用的、有競爭力的電力系統(tǒng)潮流計算方法，則是在應(yīng)用了稀疏矩陣技巧和高斯消元法求修正方程式以后。牛頓拉夫遜法是求解非線性代數(shù)方程有效的迭代計算，本設(shè)計就是采用牛頓拉夫遜法計算電力系統(tǒng)潮流的。2原始資料分析（1）L2、L3、L4對地電容取0.5，每個T型臂取0.25。L5對地電容取0。（2）以節(jié)點一為平衡節(jié)點計算。由于這種將平衡節(jié)點編為1號節(jié)點，不利于程序的實現(xiàn)。為了方便編程，故對各節(jié)點重新編號。將原來的1號節(jié)點重新編為6號節(jié)點，其余五個節(jié)點號依次前移一位。即2號重新

8、編為1號，3號重新編為2號，4號重新編為3號，5號重新編為4號，6號重新編為5號。重新編號后，相應(yīng)各支路參數(shù)、各節(jié)點參數(shù)都會發(fā)生變化。編號改后的電路圖：電路參數(shù)分析：1.n=6(節(jié)點數(shù))；2.n1=6(支路數(shù))；3.B1(由各支路參數(shù)形成的矩陣)，如表1所示；4.輸入修正值；ip=0.00001；5.B2(由各節(jié)點參數(shù)形成的矩陣)，如表2所示；6.A(節(jié)點對地導(dǎo)納矩陣)，如表3所示；表1 由各支路參數(shù)形成的矩陣一個端點另一個端點支路的阻抗對地導(dǎo)納變壓器變 比支路序號120.06+j0.025j0.5011140.04+j0.25j0.5012230.08+j0.3j0.5013340.1+j0

9、.3501445j0.01501.05561j0.0301.056表2 由各支路參數(shù)形成的矩陣電源側(cè)的功率負荷側(cè)的功率該點的電壓值節(jié)點的類型02+j101201.8+j0.41201.6+j0.81203.7+j1.31205+j01.053001.051“1”表示平衡節(jié)點，“2”表示PQ節(jié)點，“3”表示PV節(jié)點。表3 由節(jié)點對地導(dǎo)納矩陣形成的矩陣節(jié)點號對地阻抗1020304050603擬分析方法牛頓-拉夫遜法（以下簡稱牛頓法）是數(shù)學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

10、牛頓潮流程序的計算效率。自從20世紀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。 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)學的牛頓法進行了改造，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2

11、0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。綜上分析，本題采用牛頓-拉夫遜法。4設(shè)計步驟4.1 程序流程圖注：按教材P61牛頓拉夫遜法潮流計算程序框圖計算4.2 程序清單調(diào)用.xlsk表格中的數(shù)據(jù)如下：第一段程序（輸出）：x=xlsread('kcsj2.xls

12、x','A3:A3')y=xlsread('kcsj2.xlsx','B3:B3')z=xlsread('kcsj2.xlsx','C3:C3')pr=xlsread('kcsj2.xlsx','B4:B4')branch=xlsread('kcsj2.xlsx','E4:K100')point=xlsread('kcsj2.xlsx','M4:V100')ground=xlsread('kcsj2.xl

13、sx','X4:Y100')n=x;n1=y;ph=z;B1=branch;B2=point;A=ground;T1=zeros(n,2);T2=zeros(n1,3);i=sqrt(-1);for j=1:n T1(j,1)=B1(j,3)+B1(j,4)*i; T1(j,2)=B1(j,5)*i;endfor j=1:n1 T2(j,1)=B2(j,2)+B2(j,3)*i; T2(j,2)=B2(j,4)+B2(j,5)*i; T2(j,3)=B2(j,6)+B2(j,7)*i;endB1=zeros(n,6);B2=zeros(n1,6);for j=1:n B

14、1(j,1)=branch(j,1); B1(j,2)=branch(j,2); B1(j,3)=T1(j,1); B1(j,4)=T1(j,2); B1(j,5)=branch(j,6); B1(j,6)=branch(j,7);endfor j=1:n1 B2(j,1)=T2(j,1); B2(j,2)=T2(j,2); B2(j,3)=T2(j,3); B2(j,4)=point(j,8); B2(j,5)=point(j,9); B2(j,6)=point(j,10);End第二段程序（輸出）：fid=fopen('jisuanjieguo2.txt','wt&

15、#39;);fprintf(fid,'*電力系統(tǒng)課程設(shè)計2*n');fprintf(fid,'*潮流計算輸出結(jié)果*n');fprintf(fid,'迭代次數(shù)k為: %dn',k);fprintf(fid,'=n');fprintf(fid,'各節(jié)點的實際電壓標么值U為(節(jié)點號從小到大排列): n');for m=1:nfprintf(fid,'第%d個實際電壓標么值U:%f+i*(%f)n',m,real(U(m), imag(U(m)' );endfprintf(fid,'=n&#

16、39;);fprintf(fid,'各節(jié)點的電壓大小V為(節(jié)點號從小到大排列): n');for m=1:n fprintf(fid,'第%d個節(jié)點的電壓大小V為(節(jié)點號從小到大排列): %fn',m,V(m);endfprintf(fid,'=n');fprintf(fid,'各節(jié)點的電壓相角shita為(節(jié)點號從小到大排列): n');for m=1:n fprintf(fid,'第%d個節(jié)點的電壓相角時shita為(節(jié)點號從小到大排列): %fn',m,shita(m);endfprintf(fid,'

17、;=n');fprintf(fid,'各節(jié)點的功率S為(節(jié)點號從小到大排列): n');for m=1:nfprintf(fid,'第%d個的復(fù)功率: %f+i*(%f)n',m,real(S(m),imag(S(m)');endfprintf(fid,'=n');fprintf(fid,'節(jié)點有功功率P為: n');for m=1:n fprintf(fid,'第%d個節(jié)點有功功率: %fn',m,real(S(m);endfprintf(fid,'=n');fprintf(fid

18、,'節(jié)點無功功率Q為: n');for m=1:n fprintf(fid,'第%d個節(jié)點無功功率Q: %fn',m,imag(S(m);endfprintf(fid,'=n');fprintf(fid,'各條支路的功率損耗DS為: n');n1=6;for m=1:n1fprintf(fid,'各條支路的功率損耗為:%f+i*(%f)n',real(DS(m),imag(DS (m);endfclose(fid); %關(guān)閉文件,程序結(jié)束4.3 手算過程等值電路圖：按已知網(wǎng)絡(luò)參數(shù)形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣如下：14.8252

19、-j39.5516 -14.2012+j5.9172 0 -0.6240+j3.9001 0 j31.7460 -14.2012+j5.9172 15.0311-j8.5292 -0.8299+j3.1120 0 0 0 0 0.8299+j3.1120 1.5846-j5.5035 -0.7547+j2.6415 0 0 -0.6240+j3.9001 0 -0.7547+j2.6415 1.3748-j66.7603 j63.4921 0 0 0 0 j63.4921 -j66.6667 0j31.7460 0 0 0 0 j33.3333按教材所示步驟計算： MATPOWER演算：fun

20、ction mpc=case2mpc.version='2'mpc.baseMVA=100;mpc.bus= 1 1 200 100 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 2 1 180 40 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 3 1 160 80 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 4 1 370 130 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 5 2 0 0 0 0 1 1.05 0 100 1 1.1 0.94; 6 3 0 0 0 0 1 1.05 0 100 1 1.1 0.94;mpc.gen= 5 500

21、 0 99990 -9999 1.05 100 1 600 0; 6 0 0 99990 -9999 1.05 100 1 600 0;mpc.branch= 2 3 0.08 0.30 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360; 2 1 0.06 0.025 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360; 3 4 0.10 0.35 0 0 0 0 0 0 1 -360 360; 1 4 0.04 0.25 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360; 1 6 0 0.03 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360; 4 5 0 0.015 0 0 0 0 1.0

22、5 0 1 -360 360;return; MATPOWER演算結(jié)果：runpf('case2')Ybus = (1,1) 14.8252 -39.5516i (2,1) -14.2012 + 5.9172i (4,1) -0.6240 + 3.9002i (6,1) 0 +31.7460i (1,2) -14.2012 + 5.9172i (2,2) 15.0311 - 8.5292i (3,2) -0.8299 + 3.1120i (2,3) -0.8299 + 3.1120i (3,3) 1.5846 - 5.5035i (4,3) -0.7547 + 2.6415i

23、(1,4) -0.6240 + 3.9002i (3,4) -0.7547 + 2.6415i (4,4) 1.3787 -66.7603i (5,4) 0 +63.4921i (4,5) 0 +63.4921i (5,5) 0 -66.6667i (1,6) 0 +31.7460i (6,6) 0 -33.3333iYf = (2,1) -14.2012 + 5.9172i (4,1) 0.6240 - 3.6502i (5,1) 0 -30.2343i (1,2) 0.8299 - 2.8620i (2,2) 14.2012 - 5.6672i (1,3) -0.8299 + 3.1120i (3,3) 0.7547 - 2.6415i (3,4) -0.7547 + 2.6415i (4,4) -0.6240 + 3.9002i (6,4) 0 -60.4686i (6,5) 0 +63.4921i (5,6) 0 +31.7460iYt = (2,1) 14.2012 - 5.6672i (4,1) -0.6240 + 3.9002i (5,1) 0 +31.7