基于matlab的电力系统潮流仿真计算

1华中科技大学文华学院毕业设计（论文）题目：基于matlab的电力系统潮流仿真计算学生姓名：学号：学部（系）：专业年级：指导教师：职称或学位：硕士2010年5月22日华中科技大学文华学院毕业设计（论文）目录摘要......................................................1关键词....................................................1Abstract..................................................2KeyWords.................................................2前言......................................................31电力系统潮流计算概述.....................................41.1电力系统概述........................................41.2潮流计算介绍........................................41.3国内用得较多的几种潮流计算软件简介..................52潮流计算的数学模型.......................................62.1导纳矩阵的原理及计算方法............................62.1.1自导纳和互导纳的确定方法.......................62.1.2节点导纳矩阵的性质及意义.......................62.1.3非标准变比变压器等值电路.......................82.2潮流计算的基本方程..................................92.3电力系统节点分类...................................112.4潮流计算的约束条件.................................123牛顿－拉夫逊法概述......................................133.1牛顿-拉夫逊法基本原理..............................133.2牛顿--拉夫逊法潮流求解过程.........................143.3牛顿—拉夫逊法的程序框图...........................174潮流仿真程序............................................194.1Matlab简介........................................194.2矩阵的运算.........................................194.3牛顿—拉夫逊法潮流计算程序.........................20结束语...................................................21参考文献.................................................22致谢.....................................................23附录.....................................................24华中科技大学文华学院毕业设计（论文）1基于matlab的电力系统潮流仿真计算摘要传统的潮流计算程序缺乏图形用户界面，结果显示不直观，难于与其他分析功能集成。网络原始数据输入工作量大且易于出错。随着计算机技术的飞速发展，MICROSOFTWINDOWS操作系统早已被大家所熟悉，其友好的图形用户界面已成为PC机的标准，而DOS操作系统下的应用程序因其界面不够友好，开发具有WINDOWS风格界面的电力系统分析软件已成为当前的主流趋势。另外，传统的程序设计方法是结构化程序设计方法，该方法基于功能分解，把整个软件工程看作是一个个对象的组合，由于对某个特定问题域来说，该对象组成基本不变，因此，这种基于对象分解方法设计的软件结构上比较稳定，易于维护和扩充。本文介绍了图形化潮流计算软件的开发设计思想和总体结构，阐述了该软件所具备的功能和特点。结合电力系统的特点，软件采用MATLAB语言运行于WINDOWS操作系统的图形化潮流计算软件。本系统的主要特点是操作简单，图形界面直观，运行稳定.计算准确。计算中，算法做了一些改进，提高了计算速度，各个类的有效封装又使程序具有很好的模块性.可维护性和可重用性。关键词：电力系统潮流仿真计算；牛顿—拉夫逊法潮流计算；MATLAB华中科技大学文华学院毕业设计（论文）2ThePowerFlowSimulationofPowerSystemBasedonMATLABAbstractThelackoftraditionalpowerflowcalculationprogramgraphicaluserinterface,resultsarenotintuitive,difficulttointegratewithotheranalysisfunctions.Networkrawdatainputworkloadanderror-prone.Withtherapiddevelopmentofcomputertechnology,microsoftwindowsoperatingsystemhaslongbeenfamiliartoallofitsfriendlygraphicaluserinterfacehasbecomeastandardPC,whiletheDOSoperatingsystemapplicationsbecausetheinterfaceisnotfriendlyenoughtodevelopastyleofinterface,windowspowersystemanalysissoftwarehasbecomethemaintrend.Inaddition,theChengXutraditionaldesignmethodsofstructuraldesignofprocedures,themethodisbasedonfunctionaldecomposition,theentiresoftwareGongchengkanzuoisaoneobjectZuHe,YouYurightMougespecificproblemdomainterms,thebasicBubianofobjects,Therefore,thisdecompositionmethodbasedonobjectdesignsoftwaremorestablestructure,easymaintenanceandexpansion.Thisarticledescribesthegraphicalflowcalculationsoftwaredesignandtheoverallstructureanddescribesthesoftwarefunctionsandfeaturesavailable.Combinethecharacteristicsofpowersystemsoftwareusingwindowslanguageoperatingsystemrunningonawindowsgraphicalpowerflowcalculationsoftware.Themainfeaturesofthissystemissimpleandintuitivegraphicalinterface,stableoperation.Calculatedaccurately.Calculation,thealgorithmmadesomeimprovements,improvethespeed,eachclasshastomakeprogramseffectivepackagehasgoodmodularity.Maintainabilityandreusability.KeyWords：PowerFlowSimulation；Newton-Raphsonpowerflow；matlab华中科技大学文华学院毕业设计（论文）3前言潮流计算是在给定电力系统网络结构、参数和决定系统运行状态的边界条件的情况下确定系统稳态运行状态的一种基本方法，是电力系统规划和运营中不可缺少的一个重要组成部分。可以说，它是电力系统分析中最基本、最重要的计算，是系统安全、经济分析和实时控制与调度的基础。是电力系统研究人员长期研究的一个课题。MATLAB自1980年问世以来，它的强大的矩阵处理功能给电力系统的分析、计算带来许多方便。在处理潮流计算时，其计算机软件的速度已无法满足大电网模拟和实时控制的仿真要求，而高效的潮流问题相关软件的研究已成为大规模电力系统仿真计算的关键。随着计算机技术的不断发展和成熟，对MATLAB潮流计算的研究为快速、详细地解决大电网的计算问题开辟了新思路。电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，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。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算。即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷。各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。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。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）41电力系统潮流计算概述1.1电力系统概述电力工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站(或称发电厂)中生产的，各发电站孤立运行。随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加，而热能资源(如煤田)和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区，为了解决这个矛盾，就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。同时，为了提高供电可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线路和变电所联系起来。这种由发电机、升压和降