基于MatlabC/C++数学函数库的电力系统潮流计算.pdf
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1、 l 匐 矽 似 基于Ma t l a b C C + + 数学函数库的电力系统潮流计算 Po w er f l ow cal cuI a t i on based on m a t l ab C, C+ + m at hem at i c f un ct i on l i br ar y 黄东。 ,梁京章 HU ANG Do n g。 L I ANG J i n g z h a n g ( 1 广西工业职业技术学院 电子与电气工程系,南宁 5 3 0 0 0 1 ;2 广西大学 信息网络中心,南宁 5 3 0 0 0 3 ) 摘要 :介绍了MAT L A B C C + 数学函数库的一些特点
2、及其在Vi s u a l c+ +中的调用方法。推导了 完整的电力系统潮流计算公式的矢量化表达。结合MAT L A B O C+ 数学库提供的矩阵运 算机制 ,编写出简洁、直观且高效的c + + 程序代码。潮流计算修正方程的求解采用了A MD 排序 O L D L T 分解的方法 ,有效减少注入元数量 ,提高了计算速度。对I E E E 1 1 8 至1 0 0 0 等4 个系统进行的仿真结果表明 ,该方法在电力系统复杂计算中运用的具有可行性。 关键词 :电力系统;潮流计算;Ma t l a b C C + 数学函数库;矢量化 中图分类号 :T P 3 9 1 文献标识码 :B 文章编号:1
3、 0 0 9 -0 1 3 4 ( 2 0 1 1 ) 1 (I- ) 一 0 2 1 3 - 0 3 Doi : 1 0 3 9 6 9 i 1 1 1 () 6 8 0 引言 自从 1 9 8 4年 Ma t h Wo r k s 公司首次推出 Ma t l a b V1 0版本到 目前为止推出的 Ma t l a d R 2 0 0 7 a 版本 以来 , Ma t l a b已发展成为国际上最为优秀的科技应 用软件之一。其强大的科学计算,使得 Ma t 1 a b在 许多科学领域成为计算机辅助设计与分析、算法 研究和应用开发的基 本工具 和首选平 台。作 为一 个科 学计算软件 ,Ma
4、 t l a b集成 了强大 的矩阵运算 功能,如果能在程序开发 中充分利用其这一功能, 将大大缩短开发周期 ,而且 又使程 序具有很好的 运 行速 度 。 潮流计算是电力系统 中应用最广 、最基本及 最重要的一种计算 ,它的任务是对给定的运行条 件确定系统的运行状 态,如母线上 的电压 ( 幅值 及相角) 、网络 中的功率分布及功率传输。其实质 在数 学上是求解多变量非线性代数方程组。为 了 提高计算 的性能 ,到 目前为止 ,所提 出的解算方 法和研究成果有 :高斯一塞德尔法、牛顿 一 拉弗逊 法、P Q分解法等。其中,牛顿一拉弗逊法及其派 生的 P Q分解法,在现代的电力系统计算 中得到
5、 了广泛 的应用 u 。 随着现代调度中心的建立 ,为 了对电力系统 进行安全实时监控 ,电力调度 中心需要根据实时 采集到 的系统数据判断电力系统 当前的运行状 态 并预测可能 出现的故障。于是 ,出现 了在线潮 流 计算。可见,在线潮流计算系统的一个重要 的特 点就是反 应快速。这就使得,如何使潮流计算程 序具有快速的运行速度,成为了必要。 将 Ma t l a b与其它语 言混合编程 用于电力系统 潮 流计算 ,可以充分利用两种 语言的优点。本文 在这里探讨 了一个使用 Ma t l a b C C + +数学函数 库 与 V i s u a l C + +混合编程实现快速潮流计算的方法
6、。 将 潮 流 计 算 公 式 进 行 矢 量 化 处理 ,即 尽 可 能将 循 环 运算 转化 为矩 阵运 算,充分利 用 Ma t l a b的 C C + +数 学函数库强大 的矩阵计算能力和稀疏解方 程等常用算法 ,并利用 AMD算法对节点进行优化 处理 ,结合 P Q分解法修正方程系数的特点,使用 L DL T算法求解 ,可以使运算速度较普通高斯算法 成倍提高 8 - 9 】 。充分利用两 个开发工具 的优 点, 可以快 速实现界面友好 ,运算速 度快并且可 以脱 离 Ma t l a b的潮流计算程序。 1 Ma t la b C C + + 数学函数库 Ma t l a b C
7、C + +数学函数库是 Ma t l a b扩展中的 重要组成部分,共包含 了大约 4 0 0个的 Ma t l a b数 学 函数 ,分 别用 C语 言 和 C + +语 言 编 写 ,用 户 只 要按 照一定的规则 ,就可以在 C语言和 C + +语言 编写的应用程序中轻松的调用它们。 C数 学 函数 库 是 建 立 在 一 个 名 为 mx A r r a y 的 结构 体 之 上,通 过 操 作 mx A r r a y可 以实 现 对 Ma t l a b阵 列 ( Ar r a y )的操 作 。 而 C + +数 学 函 数 库 则是建立在基础类 mwA r r a y之上。mw
8、 Ar r a y类是 利用 C + +的类机制对结构体 m x A r r a y和一些相应 收稿日期:2 0 1 0 -1 2 - 0 3 作者简介:黄东 ( 1 9 6 5 一),女,广西岑溪人 ,副教授,研究方向为电工、电气自动化。 第3 3 卷第1 期2 0 1 1 - 1 ( 上) 2 1 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 化 的函数进行封装。由于 C + +类具有继承 、重载的 特性 ,C + +数学函数库直 接支持大部分 的 Ma t l a b 运算符号和所有的 Ma t l a b数学函数 ,使得通过其 写 出来的程序与直接用
9、Ma I l a b写的 M 程序具有相 当的形式 ,如 同在纸上进行公式演算一般。但有 一 些 Ma f l a b运算符号 ,如 、 、 、 、 A 、 、 等。 这主要是这些符号 ,在 C + +语法 中,是非法的标 识符,不过在 C + +数学 函数 库中则提供 了相应功 能的函数 ,见下表 : Ma t l a b 运算符 C + + 数学函数库 功能 l ml d i v i d e 矩阵左除 r d i v i d e 阵列右除 t i me s 阵列乘法 p o we r 阵列乘方 c t r a n s p o s e 复数共轭转置 t r a n s p o s e 非复数
10、的转置 c o l o n 创建 系列索引 mp o we r 矩 阵乘方 同样 ,虽然 MA T L AB C C + +数学函数库中的 大多数 函数的调用方法与 Ma t l a b之中的一样,但 它们之间还是存在有一些区别 : 1 )在使 用 多值 返 回函数 时 ,由于 C+ +只允 许有一个返 回值 ,想返回多个值则需要使用指针 传 递 。 2 )在 C C + +中使用矩阵变量时,必须要先进 行变量声明。同时,如果使用的是 Ma t l a b C数学 函数 库的 mx Ar r a y结构体变量,在变量使用结束 后,需要调用 函数 mx De s t r o y A r r a
11、y ( ) 进 行销毁 , 否则将有可能引起 内存泄露。 MA T L A B C C + +数 学 函数 库,除 了封 装 大 量高效率、高精度、高可靠性 的数组、矩阵运算 函数 及 数 值 分 析 的 方 法 之 外 ,还 支 持 稀 疏 矩 阵 ( s p a r s e a r r a y )类型,并提供了完善的创建和操作 稀 疏 矩 阵 的 库 函数 。这使 得 原 本 复 杂 烦 琐 的稀 疏 技术变得简单 。用户只需遵循其创建和操作 的原 则 口 ,即可实现稀疏技术的运用。 2 数学函数库在V is u a l C + +6 0 中的 运用 Ma t l a b C C + +数
12、学函数库在 V i s u a l C + + 6 0中 的调用方法很简单。 2 1 4 第3 3 卷第1 期2 0 1 1 -1 ( 上) 首先 ,在 i n c l u d e fi l e s 、l i b r a r y fi l e s 的路 径中 添加如下路径 : e x t e m i n c l u d e ; e x t e mk i nc l u d e c p p; e x t e mk l i b wi n 3 2; e x t e mk l i b wi n3 2 k mi c r os of t k r n s v c 6 0。 其次 ,在工程 S e t t i
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