现代电力系统潮流计算作业

–1–现代电力系统——潮流计算作业0序章作业要求（A组）：0.1调用matpower中的runpf函数，分析输入文件中各矩阵定义；0.2调用某一个算例，输出潮流结果，并分析。0.3完成0.1和0.2的基础上，分析matpower中牛顿法和快速解耦法，给出流程图，写出newtonpf和fdpf函数每行程序定义。0.4完成0.3的基础上，制造一个病态潮流算例，并跟踪调试，分析病态原因。1分析输入文件中各矩阵的定义1.1MATPOWER的安装MATPOWER工具箱的安装步骤如下：1）下载matpower压缩包。官方下载网址：，目前最新版本为6.0b1，稳定版本为5.1，建议下载稳定版本。2）解压压缩包，得到文件夹matpower5.1，并将文件夹移动到MATLAB所在路径的toolbox文件夹下。我的路径为：C:\ProgramFiles\MATLAB\R2016a\toolbox。3）添加地址到MATLAB路径。打开MATLAB，点击“文件”“设置路径”“添加并包含子文件夹…”，找到matpower5.1所在的位置，点击“确定”，再点“保存”“关闭”。4）测试matpower工具是否安装成功。在MATLAB命令行窗口输入“test_matpower”，出现一系列的测试，均显示“ok”，最后显示“Alltestssuccessful(3256passed,682skippedof3938)”，则表示安装成功。1.2矩阵的定义打开文档“caseformat.m”，或者在MATLAB命令行窗口中输入“helpcaseformat”，可以得到关于输入矩阵的数据定义。当然，也可以参考docs文件夹下的manual文档，其中对matpower工具箱进行了详细说明。在matpower中，输入矩阵至少包含三种：母线参数矩阵（BusData），发电机参数矩阵（GeneratorData），支路参数矩阵（BranchData）。为了进行最优潮流的相关计算，–2–输入矩阵还包含发电机费用参数矩阵（generatorcostdata）。以下对三种基本的输入参数矩阵数据格式进行详细说明。表1.1母线参数矩阵主要数据格式说明列名称含义单位1busnumber母线编号，从1开始，正整数2bustype节点类型，1为PQ节点，2为PV节点，3为平衡(参考)节点，4为孤立节点3Pd注入负荷的有功功率MW4Qd注入负荷的无功功率MVar5Gs与母线并联的电导MW6Bs与母线并联的电纳MVar7areanumber电网断面号，一般设置为18Vm母线电压的幅值p.u.9Va母线电压的相角度10baseKV基准电压kV11zone损耗分区号，一般设置为112Vmax工作时，母线的最高电压幅值p.u.13Vmin工作时，母线的最低电压幅值p.u.表1.2发电机参数矩阵主要数据格式说明列名称含义单位1bus发电机所在母线的编号2Pg接入发电机的有功功率MW3Qg接入发电机的无功功率MVar4Qmax发电机的最大输出无功功率MVar5Qmin发电机的最小输出无功功率MVar6Vg发电机的工作电压幅值p.u.7mBase发电机的功率基准值，默认为baseMVAMVA8status发电机是否投入运行，大于0表示投入运行，小于或等于0表示退出运行9Pmax发电机的最大输出有功功率MW10Pmin发电机的最小输出有功功率MW–3–表1.3支路参数矩阵主要数据格式说明列名称含义单位1fbus起始母线编号2tbus终止母线编号3r支路电阻p.u.4x支路电抗p.u.5b支路充电电纳p.u.6rateA支路长期运行允许的功率MVA7rateB支路短期运行允许的功率MVA8rateC支路紧急运行允许的功率MVA9ratio支路上变压器的变比，如果支路元件不是变压器，则该值为010angle支路上变压器的转角，如果支路元件不是变压器，则该值为0度11status支路的初始工作状态，1表示投入运行，0表示退出运行12angmin支路最小相角差度13angmax支路最大相角差度1.3case9数据分析根据以上分析，打开一个算例，比如默认的case9，进行分析。算例case9.m文件包含两个变量和四个矩阵。其中baseMVA=100，表示功率的基准值为100MVA。三个基本的矩阵定义如下。表1.4算例case9的母线参数矩阵12345678910111213bus_itypePdQdGsBsareaVmVabaseKVzoneVmaxVmin13000011034511.10.922000011034511.10.932000011034511.10.941000011034511.10.95190300011034511.10.961000011034511.10.971100350011034511.10.981000011034511.10.991125500011034511.10.9–4–表1.5算例case9的发电机参数矩阵123456789101112busPgQgQmaxQminVgmBasestatusPmaxPminPc1Pc2100300-30011001250100021630300-3001100130010003850300-300110012701000131415161718192021Qc1minQc1maxQc2minQc2maxramp_agcramp_10ramp_30ramp_qapf000000000000000000000000000表1.6算例case9的支路参数矩阵12345678910111213fbustbusrxbrateArateBrateCratioanglestatusangminangmax1400.05760250250250001-360360450.0170.0920.158250250250001-360360560.0390.170.358150150150001-3603603600.05860300300300001-360360670.01190.10080.209150150150001-360360780.00850.0720.149250250250001-3603608200.06250250250250001-360360890.0320.1610.306250250250001-360360940.010.0850.176250250250001-360360根据参数矩阵，可以推测出case9的电力系统单线图，如图1.1所示。该系统是一个环形网络，包含三个带有发电机的母线，其中母线1是平衡节点，母线2和3均为PV节点，其他的母线都是PQ节点。所有的母线电压初始幅值均设置为1（p.u.），相角为0度，电压基准值为345kV。系统包含3个负荷，分别是母线5上的负荷为90+j30（MVA），母线7上的负荷为100+j35（MVA），母线9上的负荷为125+j50（MVA）。支路1-4，3-6，8-2只有电抗值，电阻和电纳均为0，可以推测该支路为变压器支路的等效。–5–G1164395G378G2290j30MVA125j50MVA100j35MVA0.0576x0.1008x0.0119r0.209b0.17x0.039r0.358b0.0586x0.072x0.0085r0.149b0.0625x0.092x0.017r0.158b0.085x0.01r0.176b0.161x0.032r0.306bP=163MWP=85MW图1.1系统单线图2计算潮流并分析2.1调用runpf计算case9系统的潮流在MATLAB命令行窗口输入“runpf”或“runpf(‘case9’)”，或者直接运行“runpf.m”，得到case9系统的潮流计算结果：MATPOWERVersion5.1,20-Mar-2015--ACPowerFlow(Newton)Newton'smethodpowerflowconvergedin4iterations.Convergedin0.03seconds================================================================================|SystemSummary|================================================================================Howmany?Howmuch?P(MW)Q(MVAr)----------------------------------------------------------------------Buses9TotalGenCapacity820.0-900.0to900.0Generators3On-lineCapacity820.0-900.0to900.0CommittedGens3Generation(actual)320.034.9Loads3Load315.0115.0Fixed3Fixed315.0115.0Dispatchable0Dispatchable-0.0of-0.0-0.0Shunts0Shunt(inj)-0.00.0Branches9Losses(I^2*Z)4.9551.31–6–Transformers0BranchCharging(inj)-131.4Inter-ties0TotalInter-tieFlow0.00.0Areas1MinimumMaximum---------------------------------------------------------VoltageMagnitude0.958p.u.@bus91.003p.u.@bus6VoltageAngle-4.35deg@bus99.67deg@bus2PLosses(I^2*R)-2.46MW@line8-9QLosses(I^2*X)-16.74MVAr@line8-2================================================================================|BusData|================================================================================BusVoltageGenerationLoad#Mag(pu)Ang(deg)P(MW)Q(MVAr)P(MW)Q(MVAr)----------------------------------------------------11.0000.000*71.9524.07--21.0009.669163.0014.46--31.0004.77185.00-3.65--40.987-2.407----50.975-4.017--90.0030.0061.0031.926----70.9860.622--100.0035.0080.9963.799----90.958-4.350--125.0050.00--------------------------------Total:319.9534.88315.00115.00================================================================================|BranchData|================================================================================BrnchFromToFromBusInjectionToBusInj