用matlab电力系统潮流计算(课程设计)教学内容.doc

湖 北 民 族 学 院

信息工程学院

课程设计报告书

题目: 电力系统潮流计算

专 业： 电气工程及其自动化
班 级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：

2011年 6 月 10 日

学 号

学生姓名

专业（班级）
电气工程及其自动化（）
设计题目
电力系统潮流计算
设
计
技
术
参
数
1. 变压器的阻抗，励磁损耗。
2. 线路的阻抗，无功损耗。
3. 变压器及线路的功率损耗
4. 变压器及线路的电压降落
5. 各节点的功率和电压

设
计
要
求
1.计算过程包括理论计算和MATLAB仿真两大部分。
2.报告里面的理论分析（手工计算）过程必须要有详细推导过程，再把仿真过程放到相应的部分中去。
工
作
量
共24页；4000字

工
作
计
划
第15周：对系统模型分析和资料收集，找到计算的思路，总结计算方法；
第16周：对整个模型进行详细计算，并完成word文档。
参
考
资
料
[1]何仰赞, 温增银《电力系统分析》（第三版）［M]. 华中科技大学，2002
[2] 刘同娟. MATLAB在电路分析中的应用.电气电子教学学报.2002
[3]王守相，刘玉田 电力系统潮流计算研究现状--《山东电力技术》1996年05期

指导教师签字

2011年6月12日

学生姓名： 学号： 专业（班级）： 班
课程设计题目： 电力系统潮流计算

指导教师评语：

成绩：

指导教师：

年 月 日
信息工程学院课程设计成绩评定表
摘 要
电力系统稳态分析包括潮流计算和静态安全分析。本文主要运用的事潮流计算，潮流计算是电力网络设计与运行中最基本的运算，对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中的各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。本位就是运用潮流计算具体分析，并有MATLAB仿真。

关键词： 电力系统 潮流计算 MATLAB仿真

Abstract
Electric power system steady flow calculation and analysis of the static safety analysis. This paper, by means of the calculation, flow calculation is the trend of the power network design and operation of the most basic operations of electric power network, various design scheme and the operation ways to tide computation, can get all kinds of each node of the power grid voltage and seek the trend of the network and the network of the components of the power loss, and getting electric power. The standard is to use the power flow calculation and analysis, the specific have MATLAB simulation.
Key words: Power system; Flow calculation; MATLAB simulation

目 录
1 任务提出与方案论证 2
2 总体设计 3
2.1潮流计算等值电路 3
2.2建立电力系统模型 3
2.3模型的调试与运行 3
3 详细设计 4
3.1 计算前提 4
3.2手工计算 7
4设计图及源程序 11
4.1MATLAB仿真 11
4.2潮流计算源程序 11
5 总结 19
参考文献 20

1 任务提出与方案论证
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。常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。是电力系统研究人员长期研究的一个课题。它既是对电力系统规划设计和运行方式的合理性、 可靠性及经济性进行定量分析的依据 ， 又是电力系统静态和暂态稳定计算的基础。
潮流计算经历了一个由手工到应用数字电子计算机的发展过程，现在的潮流算法都以计算机的应用为前提用计算机进行潮流计算主要步骤在于编制计算机程序，这是一项非常复杂的工作。对系统进行潮流分析，本文利用 MATLAB中的SimpowerSystems工具箱设计电力系统，在simulink 环境下，不仅可以仿真系统的动态过程，还可以对系统进行稳态潮流分析。

2 总体设计
SimpowerSystems使用Simulink环境，可以将该系统中的发电机、变压器，线路等模型联结起来，形成电力系统仿真模拟图。在加人测量模块，并对各元件的参数进行设置后，用measurement和sink中的仪器可以观察各元件的电压、电流、功率的大小。
2.1潮流计算等值电路

2.2建立电力系统模型
在Simulink中按照电力系统原型选择元件进行建模。所建立的模型和建立的方法在详细设计中详述。
在电力系统模型的建立工程中主要涉及到的是：元器件的选择及其参数的设置；发电机选型；变压器选择；线路的选择；负荷模型的选择；母线选择。
2.3模型的调试与运行
建立系统模型，并设置好参数以后，就可以在Simulink环境下进行仿真运行。运行的具体结果和分析也在详细设计中详述。

3 详细设计
3.1 计算前提
首先是发电机的参数计算，先对5个发电厂简化为5台发电机来计算。
发电机G1：

发电机G2：

发电机G3：

发电机G4：

发电机G5：

其次是变电站的参数计算，我们还是对7个变电站简化为7台变压器来计算。
变压器T1：

变压器T2：（双并联）

变压器T3：（四并联）

变压器T4：（双并联）

变压器T5：

变压器T6：（两个三绕组变压器并联）

变压器T7：（双并联）

再次是传输线参数计算，5条传输线的具体计算如下。
根据教材查得
线路L1：

线路L2：

线路L3：（双回路）

线路L4：

线路L5：（双回路）

3.2手工计算
FLR1：
FLR2：
FLR3：
FLR4：
FLR5:

计算每一个FLR的功率分布和电压分布计算如下：
FLR1：

FLR2：
功率分布：
电压分布：
FLR3：
功率分布：
电压分布：
FLR4：
功率分布：
电压分布：

FLR5:
这里我们先将f点和发电机G5当做电源，经过和构成两端供电网络以g点作为运算负荷进行计算。
电压分布：

4设计图及源程序
4.1MATLAB仿真
相关的原始数据输入格式如下：
1、B1是支路参数矩阵，第一列和第二列是节点编号。节点编号由小到大编写。
2、对于含有变压器的支路，第一列为低压侧节点编号，第二列为高压侧节点编号，将变压器的串联阻抗置于低压侧处理，第三列为支路的串列阻抗参数，第四列为支路的对地导纳参数，第五烈为含变压器支路的变压器的变比，第六列为变压器是否是否含有变压器的参数，其中“1”为含有变压器，“0”为不含有变压器。
3、B2为节点参数矩阵，其中第一列为节点注入发电功率参数；第二列为节点负荷功率参数；第三列为节点电压参数；第六列为节点类型参数，其中“1”为平衡节点，“2”为PQ节点，“3”为PV节点参数。
4、X为节点号和对地参数矩阵。其中第一列为节点编号，第二列为节点对地参数。
4.2潮流计算源程序
close all
clear all
n=input('请输入节点数:n=');
n1=input('请输入支路数:n1=');
isb=input('请输入平衡节点号:isb=');
pr=input('请输入误差精度:pr=');
B1=input('请输入支路参数:B1=');
B2=input('请输入节点参数:B2=');
X=input('节点号和对地参数:X=');
Y=zeros(n);
Times=1; %置迭代次数为初始值

%创建节点导纳矩阵
for i=1:n1
if B1(i,6)==0 %不含变压器的支路
p=B1(i,1);
q=B1(i,2);
Y(p,q)=Y(p,q)-1/B1(i,3);
Y(q,p)=Y(p,q);
Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4);
Y(q,q)=Y(q,q)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4);
else %含有变压器的支路
p=B1(i,1);
q=B1(i,2);
Y(p,q)=Y(p,q)-1/(B1(i,3)*B1(i,5));
Y(q,p)=Y(p,q);
Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3);
Y(q,q)=Y(q,q)+1/(B1(i,5)^2*B1(i,3));
end
end
Y

OrgS=zeros(2*n-2,1);
DetaS=zeros(2*n-2,1); %将OrgS、DetaS初始化

%创建OrgS，用于存储初始功率参数
h=0;
j=0;
for i=1:n %对PQ节点的处理
if i~=isb&B2(i,6)==2
h=h+1;
for j=1:n
OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));
OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))-real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));
end
end
end
for i=1:n %对PV节点的处理，注意这时不可再将h初始化为0
if i~=isb&B2(i,6)==3
h=h+1;
for j=1:n
OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));
OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))-real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));
end
end
end
OrgS

%创建PVU 用于存储PV节点的初始电压
PVU=zeros(n-h-1,1);
t=0;
for i=1:n
if B2(i,6)==3
t=t+1;
PVU(t,1)=B2(i,3);
end
end
PVU

%创建DetaS，用于存储有功功率、无功功率和电压幅值的不平衡量
h=0;
for i=1:n %对PQ节点的处理
if i~=isb&B2(i,6)==2
h=h+1;
DetaS(2*h-1,1)=real(B2(i,2))-OrgS(2*h-1,1);
DetaS(2*h,1)=imag(B2(i,2))-OrgS(2*h,1);
end
end
t=0;
for i=1:n %对PV节点的处理，注意这时不可再将h初始化为0
if i~=isb&B2(i,6)==3
h=h+1;
t=t+1;
DetaS(2*h-1,1)=real(B2(i,2))-OrgS(2*h-1,1);
DetaS(2*h,1)=real(PVU(t,1))^2+imag(PVU(t,1))^2-real(B2(i,3))^2-imag(B2(i,3))^2;
end
end
DetaS

%创建I，用于存储节点电流参数
i=zeros(n-1,1);
h=0;
for i=1:n
if i~=isb
h=h+1;
I(h,1)=(OrgS(2*h-1,1)-OrgS(2*h,1)*sqrt(-1))/conj(B2(i,3));
end
end
I

%创建Jacbi(雅可比矩阵)
Jacbi=zeros(2*n-2);
h=0;
k=0;
for i=1:n %对PQ节点的处理
if B2(i,6)==2
h=h+1;
for j=1:n
if j~=isb
k=k+1;
if i==j %对角元素的处理
Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+imag(I(h,1));
Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+real(I(h,1));
Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k)+2*real(I(h,1));
Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1)-2*imag(I(h,1));
else %非对角元素的处理
Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k);
Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1);
end
if k==(n-1) %将用于内循环的指针置于初始值，以确保雅可比矩阵换行
k=0;
end
end
end
end
end
k=0;
for i=1:n %对PV节点的处理
if B2(i,6)==3
h=h+1;
for j=1:n
if j~=isb
k=k+1;
if i==j %对角元素的处理
Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+imag(I(h,1));
Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+real(I(h,1));
Jacbi(2*h,2*k-1)=2*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h,2*k)=2*real(B2(i,3));
else %非对角元素的处理
Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h,2*k-1)=0;
Jacbi(2*h,2*k)=0;
end
if k==(n-1) %将用于内循环的指针置于初始值，以确保雅可比矩阵换行
k=0;
end
end
end
end
end
Jacbi

%求解修正方程，获取节点电压的不平衡量
DetaU=zeros(2*n-2,1);
DetaU=inv(Jacbi)*DetaS;
DetaU

%修正节点电压
j=0;
for i=1:n %对PQ节点处理
if B2(i,6)==2
j=j+1;
B2(i,3)=B2(i,3)+DetaU(2*j,1)+DetaU(2*j-1,1)*sqrt(-1);
end
end
for i=1:n %对PV节点的处理
if B2(i,6)==3
j=j+1;
B2(i,3)=B2(i,3)+DetaU(2*j,1)+DetaU(2*j-1,1)*sqrt(-1);
end
end
B2

%开始循环**********************************************************************
while abs(max(DetaU))>pr
OrgS=zeros(2*n-2,1); %!!!初始功率参数在迭代过程中是不累加的，所以在这里必须将其初始化为零矩阵
h=0;
j=0;
for i=1:n
if i~=isb&B2(i,6)==2
h=h+1;
for j=1:n
OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));
OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))-real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));
end
end
end
for i=1:n
if i~=isb&B2(i,6)==3
h=h+1;
for j=1:n
OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));
OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))-real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));
end
end
end
OrgS
%创建DetaS
h=0;
for i=1:n
if i~=isb&B2(i,6)==2
h=h+1;
DetaS(2*h-1,1)=real(B2(i,2))-OrgS(2*h-1,1);
DetaS(2*h,1)=imag(B2(i,2))-OrgS(2*h,1);
end
end
t=0;
for i=1:n
if i~=isb&B2(i,6)==3
h=h+1;
t=t+1;
DetaS(2*h-1,1)=real(B2(i,2))-OrgS(2*h-1,1);
DetaS(2*h,1)=real(PVU(t,1))^2+imag(PVU(t,1))^2-real(B2(i,3))^2-imag(B2(i,3))^2;
end
end
DetaS
%创建I
i=zeros(n-1,1);
h=0;
for i=1:n
if i~=isb
h=h+1;
I(h,1)=(OrgS(2*h-1,1)-OrgS(2*h,1)*sqrt(-1))/conj(B2(i,3));
end
end
I
%创建Jacbi
Jacbi=zeros(2*n-2);
h=0;
k=0;
for i=1:n
if B2(i,6)==2
h=h+1;
for j=1:n
if j~=isb
k=k+1;
if i==j
Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+imag(I(h,1));
Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+real(I(h,1));
Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k)+2*real(I(h,1));
Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1)-2*imag(I(h,1));
else
Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k);
Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1);
end
if k==(n-1)
k=0;
end
end
end
end
end
k=0;
for i=1:n
if B2(i,6)==3
h=h+1;
for j=1:n
if j~=isb
k=k+1;
if i==j
Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+imag(I(h,1));
Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+real(I(h,1));
Jacbi(2*h,2*k-1)=2*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h,2*k)=2*real(B2(i,3));
else
Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3));
Jacbi(2*h,2*k-1)=0;
Jacbi(2*h,2*k)=0;
end
if k==(n-1)
k=0;
end
end
end
end
end
Jacbi
DetaU=zeros(2*n-2,1);
DetaU=inv(Jacbi)*DetaS;
DetaU
%修正节点电压
j=0;
for i=1:n
if B2(i,6)==2
j=j+1;
B2(i,3)=B2(i,3)+DetaU(2*j,1)+DetaU(2*j-1,1)*sqrt(-1);
end
end
for i=1:n
if B2(i,6)==3
j=j+1;
B2(i,3)=B2(i,3)+DetaU(2*j,1)+DetaU(2*j-1,1)*sqrt(-1);
end
end
B2
Times=Times+1; %迭代次数加1
end
Times

5 总结
通过本次课程设计让我有复习了一次潮流计算的相关知识，跟家清晰了什么事潮流计算以及潮流计算的在电力系统的重要性。电力系统的稳定运行状况即是正常运行状况，是指电力系统在稳定运行条件下电压、功率的分布，也称为潮流分布。电力系统分析的潮流计算是电力系统分析的一个重要的部分。通过对电力系统潮流分布的分析和计算，可进一步对系统运行的安全性，经济性进行分析、评估，提出改进措施。同时潮流分布也是电力系统规划设计的一项基础工作。
整个计算过程的模型建立并不是十分复杂，但计算过程十分繁琐、计算量相当的大，而且由于枝节太多很容易算错。不过在计算潮流计算的过程中却对以往学过的电力系统分析的相关知识进行了一次较为深入的复习。而且整个计算对计算量的要求很大，锻炼了我们的计算能力。而且对细节的把握也得到了锻炼，做题的精细程度得到了提高。

参考文献
[1]何仰赞, 温增银《电力系统分析》（第三版）［M]. 华中科技大学，2002
[2]
[3]王守相，刘玉田 电力系统潮流计算研究现状--《山东电力技术》1996年05期
[4]何仰赞，温增银. 电力系统分析（上册）第三版［M]. 湖北：华中科技大学出版社，2002
[5] 刘同娟. MATLAB在电路分析中的应用.电气电子教学学报.2002
[6] 西安交通大学等.电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1993.12
[7] 李光琦.电力系统暂态分析[M].北京： 水利电力出版社，2002.5
[8]何仰赞，温增银. 电力系统分析（下册）第三版［M]. 湖北：华中科技大学出版社，2002
[9]韦化，李滨，杭乃善，等．大规模水一火电力系统最优潮流的现代内点算法实现[J]．中国电机工程学报，2003．23(6)：13一l8．
[10]Chen Luo—nan，Suzuki Hideki，Katou Kazuo．Mean fieldtheory for optimal power flow[J]．IEEE Transactions OilPower Systems，1997，12(4)：1481·1486