基于MATLAB的电力系统潮流计算-开题报告

毕业设计（论文）材料之二（2）安徽工程大学机电学院本科毕业设计(论文)开题报告题目：基于MATLAB的电力系统潮流计算课题类型：设计□实验研究论文□学生姓名：孔恩来学号：3112116102专业班级：电气工程及其自动化2111班教学单位：机电学院指导教师：王瑞明开题时间：2015年4月3日2015年4月3日一、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势1.1研究意义潮流计算是电力系统的一项重要分析功能，是进行故障计算，继电保护整定，安全分析的必要工具。是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。潮流计算是电力系统的各种计算的基础，同时它又是研究电力系统的一项重要分析功能，在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用电力系统潮流计算来定量的比较供电方案和现有电力系统运行方式的合理性，可靠性和经济性。实际电力系统的潮流技术那主要采用牛顿-拉夫逊法。潮流算法多种多样,但一般要满足四个基本要求:可靠收敛,计算速度快,使用方便灵活,内存占用量少。它们也是对潮流算法进行评价的主要依据。1.2发展现状近年来，大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。经过三十多年的发展,潮流算法已比较成熟,但是,仍存在不少尚待解决的问题,例如各种牛顿法潮流算法,对于某些条件可能导致不收敛,潮流计算的多解现象及其机理在重负荷情况下,邻近多根与电压不稳定问题的关联。由于最优潮流能够把系统的安全性和经济性融为一体,并能够提供用于提高系统安全经济性能的决策依据,将成为现代能量管理系统的核心应用软件之一。当前无论在实践上还是在理论上,均有许多间题需待解决,特别是如何快速求解成千上万个变量的大规模非线性规划问题。1.3研究趋势在运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点；在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以校验运行可靠性。在电力系统调度运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。潮流是确定电力网络运行状态的基本因素，潮流问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。在用数字计算机解电力系统潮流问题的开始阶段，普遍采取以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机内存量比较下，适应50年代电子计算机制造水平和当时电力系统理论水平。但它的收敛性较差，当系统规模变大时，迭代次数急剧上升，在计算中往往出现迭代不收敛的情况。这就迫使电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为基础的逐次代入法。阻抗法改善了系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法求解的一些系统的潮流计算，在60年代获得了广泛的应用。阻抗法的主要缺点是占用计算机内存大，每次迭代的计算量大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，60年代中期发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需要存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间联络线的阻抗，这样不仅大幅度地节省了内存容量，同时也提高了计算速度。克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法。这是数学中解决非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。在解决电力系统潮流计算问题时，是以导纳矩阵为基础的，因此，只要我们能在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿法潮流程序的效率。自从60年代中期，在牛顿法中利用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性。内存要求。速度方面都超过了阻抗法，成为60年代末期以后广泛采用的优秀方法。二、主要设计（研究）内容（1）掌握电力系统运行的基本原理以及它在网路结构中的重要作用；（2）了解图形化潮流计算软件的开发设计思想和总体结构，掌握并运用Matlab所具备的功能和特点。（3）了解并掌握潮流计算的几种主要方法，即牛顿拉夫逊法。（4）结合编写程序进行潮流计算。（5）结合MATLAB软件进行系统仿真。（6）利用MATLAB软件，在已知(或给定)某些运行参数的情况下,计算出系统中的全部参数,包括各母线电压的大小和相位、各发电机和负荷的功率及电流、以及各个变压器和线路等元件所通过的功率、电流和损耗。三、研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）3.1工作重点及难点（1）编制形成电力网节点导纳矩阵的框图和程序。在掌握基本概念的前提下，画出形成电力网节点导纳矩阵的程序框图，编制应用程序处理电力网节点导纳矩阵的形成。编制的程序应以电力网的支路数据为已知前提。（2）编制牛顿拉夫逊法潮流分析的计算框图和程序。在掌握牛顿拉夫逊法则的基本概念及数学原理的前提下，画出程序框图，编制应用程序处理一般电力系统潮流计算。编制过程中要求尽量选择线性方程组的最佳求解方法，找到计算公式的规律性，使程序尽量简洁。潮流计算的结果均要求包含：各节点电压、节点功率、线路功率、网络损耗、迭代次数等。（3）结合MATLAB软件进行系统仿真。利用MATLAB软件，在已知(或给定)某些运行参数的情况下,计算出系统中的全部参数,包括各母线电压的大小和相位、各发电机和负荷的功率及电流、以及各个变压器和线路等元件所通过的功率、电流和损耗。（4）编写毕业设计论文。论文中应包括基本概念和基本原理的叙述。程序框图、清单。使用的例题及例题对程序的检验结果。以及心得体会等。3.2拟采用的研究手段及途径3.2.1电力系统潮流计算的手工算法简单辐射网络的潮流计算。首先选定一个四节点或者五节点的区域电网，画出电路图。已知同一端的功率和电压，求另一端功率和电压。方法为从已知功率、电压端，齐头并进逐段求解功率和电压，求解方法总结为“一来、二去”共两步来逼近需求解的网络功率和电压分布。一来即：设所有未知电压节点的电压为线路额定电压，从已知功率端开始逐段求功率，直到推得已知电压点得功率；二去即：从已知电压点开始，用推得的功率和已知电压点的电压，往回逐段向未知电压点求电压。在计算中，上述过程一般只需要做一次。但当一次“来、去”完毕后，此电压与初始假设电压相差较大时，可再一次假设未知电压节点的电压值为刚刚计算得到的节点4电压值，继续进行“来、去”计算，直到前后两次同一点的电压值相差不大。3.2.2电力系统潮流计算的计算计算法对节点导纳矩阵的形成和修改加以介绍，包括节点电压方程的意义，节点导纳矩阵的特点，以及在原有网络上增加节点或者添加删除支路对节点导纳矩阵的影响。对高斯-赛德尔迭代法计算的主要步骤和原理进行简单介绍，重点介绍牛顿拉夫逊法（直角坐标）的计算过程，包括牛拉法的推导过程，原理和意义，然后给出修正方程式，形成雅克比矩阵，再介绍牛拉法的计算步骤。牛顿—拉夫逊法（直角坐标）的计算步骤：1输入原始数据和信息。2形成节点导纳矩阵BY。3设置各节点电压初值(0)ie,(0)if。4将初始值代入求不平衡量(0)iP,(0)iQ,(0)2i)U(。5计算雅可比矩阵各元素（ijH、ijL、ijN、ijJ、ijR、ijS）。6解修正方程，求)0(ie,)0(if。7求节点电压新值)0()0()1(eiiiee,)0()0()1(fiiiff。8判断是否收敛：1iε｜＜e｜(0),1iε＜|f|(0)，2(0)iε｜＜P｜，2ε｜＜Q｜(0)i，2(0)iε｜＜U｜。9重复迭代第4、5、6、7步，直到满足第8步的条件。10求平衡节点的功率和PV节点的iQ及各支路的功率。接下来对潮流计算的计算计算法必须满足的约束条件加以介绍，在论文的计算过程中，得出结果之后用约束条件进行校验，如果不能满足要求，则要修改程序或者修改某些变量的给定值。3.2.3用MATLAB进行编程和仿真学习MATLAB软件，掌握仿真工具Simulink及PowerSystem工具，学习并掌握常用的N—R法计算机算法的原理框图和程序的编写，上机运用MATLAB编写潮流计算软件，上机运用MATLAB编写潮流计算软件。程序编好后输入系统的状态初值，然后和手算的结果加以比较，如果出入较大，再根据结果对程序进行修改，直到误差缩小在一定的范围内。对编好的程序用MATLAB进行仿真，并对程序进行调试。并对结果加以分析并验证程序的可行性，针对某一N节点电力系统网络进行验证。3.3工作计划第一周接受设计的课题，查找相关参考文献和资料第二周熟悉设计的课题，查阅、整理参考文献和资料第三周学习相关参考文献和资料第四周撰写开题报告，开题答辩，并作初步论证第五周方案论证，方案改进，方案定稿第六周熟悉毕业论文格式、撰写论文初稿第七周熟悉毕业论文格式、撰写论文初稿第八周熟悉毕业论文格式、撰写论文终稿第九周软件仿真调试第十周软件仿真调试第十一周撰写论文第一、二章第十二周撰写论文第三、四、五章第十三周完成论文终稿，提交论文终稿第十四周修改毕业论文第十五周修改毕业论文第十六周总体完善，完成论文终稿，提交论文终稿第十七周准备好自述讲稿，打印，参加论文答辩四、阅读的主要参考文献[1]陈衍.电力系统稳态分析[M].第3版北京：中国电力出版社，2007.[2]李光琦.电力系统暂态分析[M].第3版北京：中国电力出版社，2007.[3]刘玉田，姚兆文.电力系统静态稳定分析的综合方法[J].山东工业大学学报.1998.5（8）：11-19.[4]任元会，姚佳炜，卞铠生.工业与民用配电设计手册[M].第3版北京：中国电力出版社，2005.[5]张磊，郭莲英.MATLAB实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2008.[6]郗忠梅，李有安，赵法起，张博.基于MATLAB的电力系统潮流计算[J].山东农业大学学报(自然科学版)，2010，(02)：21-23[7]刘军,刘学军.MATLAB在电力系统分析中的应用[J].电力系统及其自动化学报,2000,12(2):23-25[8]李家坤,刘姣姣.MATLAB仿真技术在电力电子教学中的应用[J].长江工程职业技术学院学院2009,26(1):75-77[9]连小洲，焦洁.MATLAB在电力系统计算中的应用[J].江西电力职业技术学院学报，2005,18(4):10-11[10]张宁,江红梅,张渭.基于MATLAB的电力系统潮流计算[J].西北农林科技大学学报(自然科学版)，2004,32(12):124-126[11]周卫星，张颖.基于MATLAB的电力系统潮流计算[J].科技咨询导报，2007，10（7）：70-71[12]徐一哲，沈瑞寒.基于MATLAB的电力系统潮流分析[J].中外企业家，2009,5(下)34-36.[13]孙华东，汤涌，马世英.电力系统稳定的定义与分类述评[J].电网技术，2006，30（17）：31-33.[14]刘朝英，宋哲英，宋雪玲.MATLAB在模糊控制系统中的应用[J].计算机仿真，2001，18（3）：11-13.[15]谢毓诚，电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003.1.[16]卢强,王仲鸿,韩英铎.输电系统最优控制[M].北京：科学出版社,1984.[17]李维波.MATLAB在电气工程中的应用[M].北京：中国电力出版社,2007.[18]HadiSaadat.PowerSystemsAnalysis[M].NewYork:TheMcGraw-Hill,1999.五、指导教师意见（签名）该生阅读参考了相关参考文献,全文结构安排合理，选题具有时代性和现实性，观点表达基本正确。题目有较高难度，工作量大。文章篇幅符合学院规定，内容完整，层次结构安排科学，总体上符合毕业论文要求，同意开题。年月日