1、内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计题 目：基于 MATLAB 的电力系统 复杂潮流分析学生姓名：刘建峰学 号：1167130207专 业：电气工程及其自动化班 级：电气 20112 班指导教师：刘景霞内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书2摘要电力系统潮流计算是电网分析的基础应用，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。给定电力系统的网络结构、参数和决定电力系统运行状况的边界条件，确定电力系统运行的方法之一是朝流计算。MATLAB 是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界，主要用于矩阵运算采用迭代法，通过建立矩阵的修正方程来依次迭代，逐步逼近真值来计
2、算出电力网的电压，功率分布。PQ 分解法是极坐标形式牛顿-拉潮流计算的一种简化计算方法， 。PQ 分解法通过对电力系统具体特点的分析，对牛顿法修正方程式的雅可比矩阵进行了有效的简化和改进。由于这些简化只涉及修正方程式的系数矩阵，并未改变节点功率平衡方程和收敛判据，因不会降低计算结果的精度。用手算和计算机算法对其进行设计。使用 MATLAB 软件进行编程，在很大程度上节省了内存，减少了计算量。通过对本题计算我们了解了一些工程计算和解决工程问题的方法。关键词：潮流计算，PQ 分解法，MATLAB 内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书3Electrical power system comp
3、lex tidal current analysis based on MATLABPower Flow Analysis Grid computing is the basis of applications, the complex power system under normal and fault conditions for the calculation of steady state operation. Given the power system network structure, parameters and decisions operation of the pow
4、er system boundary conditions, to determine the method of operation of the power system is one of North Korea flow calculation.MATLAB is an interactive, object-oriented programming language, widely used in industry and academia, mainly for matrix calculation. Using iteration, the amendment through t
5、he establishment of matrix iterative equation to turn, gradually moving towards a true value to calculate the voltage electricity grid, power distribution.PQ decomposition method is the form of polar coordinates Newton - the widening trend of a simplified calculation method. P-Q decomposition method
6、 adopted by the specific characteristics of the power system analysis, Newtons Law of the Jacobian matrix formula has effectively simplified and improved. As a result of these simplified formula that involves only the coefficient matrix, the balance of power has not changed node equations and the co
7、nvergence criterion, because the results will not reduce the accuracy.Use MATLAB software programming, saving memory to a large extent, reduce the amount of computation. By this calculation we understand that a number of engineering calculation and solve engineering problemsKeywords : The trend, the
8、 PQ decomposition method, MATLAB内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书4目录内蒙古科技大学课程设计任务书 .5第一章 引言 .71.1 研究背景及意义 .71.2 潮流计算的意义 .81.3 电 力 系 统 稳 态 分 析 潮 流 计 算 总 结 .91.4 MATLAB 的概述 .9第二章 理论计算 .112.1 P-Q 法潮流计算的基本步骤 .112.2 PQ 分解法 潮流计算流程图 .122.3 两机五节点网络潮流计算 .13第三章 程序设计 .183.1 设计流程 .1832 程序设计 .183.3 程序运行结果 .22第四章 设计感想 .44参考
9、文献 .45内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书5内蒙古科技大学课程设计任务书课程名称 电力系统稳态分析课程设计设计题目 两机五节点网络潮流计算 P-Q 法指导教师 刘景霞 时间 1 周一、教学要求电力系统稳态分析课程设计以设计和优化电力系统的潮流分析为重点，提高学生综合能力为目标，尽可能结合实际工程进行。设计内容的安排要充分考虑学校现有的设备，设计时间及工程实际需要，并使学生初步学会运用所学知识解决工程中的实际问题。二、设计资料及参数（一）设计原始资料1、待设计电气设备系统图2、电力系统网络各元件参数3、电力系统电气元件的使用规范4、电力工程电气设计手册（二）设计参考资料1、 电力系
10、统稳态分析 ，陈珩，中国电力出版社，2007，第三版2、 电力系统分析 ，韩祯祥，浙江大学出版社，2005，第三版3、 电力系统分析课程实际设计与综合实验 ，祝书萍，中国电力出版社，2007，第一版三、设计要求及成果1.根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选） 。2.在给定的电力网络上画出等值电路图。3.运用计算机进行潮流计算。4.编写设计说明书。基本要求：1.编写潮流计算程序；2.在计算机上调试通过（？） ；内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书63.运行程序并计算出正确结果（？） ；4.写出课程设计报告（包括以下内容） （1 份）（1）程序框图；（2）源
11、程序；（3）符号说明表；（4）算例及计算结果5.编写计算说明书（1 份） 。四、 进度安排根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（半天）学习软件（MATLAB 或 C 语言等）（一天半）编程计算复杂系统潮流计算（三天）编写计算设计书（一天）五、评分标准课程设计成绩评定依据包括以下几点：1） 工作态度（占 10%） ；2） 基本技能的掌握程度（占 20%） ；3） 程序编写是否合理是否有运行结果(40%)；4） 课程设计说明书编写水平(占 30%)。5） 分为优、良、中、合格、不合格五个等级。考核方式：设计期间教师现场检查；评阅设计报告GG0 . 0 8 + j 0 . 2 4 0 . 0
12、 1 + j 0 . 0 30.06+j0.180.06+j0.180 . 0 4 + j 0 . 1 20.08+j0.240.02+j0.060 . 4 5 + j 0 . 1 5 0 . 4 + j 0 . 0 50 . 6 + j 0 . 1- ( 0 . 2 + j 0 . 2 )123 45内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书7第一章 引言1.1 研究背景及意义电力系统在运行时，在电源电势激励作用下，电流或功率从电源通过系统各元件流入负荷，分布于电力网各处，称为潮流分布。潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，即根据给定电力系统的网络结构和参数，在满足电力系统运行状态参
13、数的边界条件情况下，确定电力系统稳态运行状态的最基本的方法。它的任务是在给定的接线方式和运行条件下，确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值和相角） 、网络中的功率分布及功率损耗等，是电力系统的稳态计算。潮流计算是对电力系统正常运行状况的分析和计算，即电力系统中的电压、电流、功率的计算，即潮流计算；潮流计算方法很多：高斯塞德尔法、牛顿拉夫逊法、P-Q 分解法、直流潮流法，以及由高斯塞德尔法、牛顿拉夫逊法演变的各种潮流计算方法。潮流计算可以用传统的手工方式进行，也可以计算机为工具通过软件完成。两种方法各有优缺点。前者物理概念清晰，可用来计算一些接线较简单的电力网，但若将其用于接线复杂的电力网则
14、计算量过大，难于保证计算准确性。后者从数学上看可归结为用数值方法解非线性代数方程，数学逻辑简单完整，借助计算机可快速精确地完成计算，但其缺点是物理概念不明显，物理规律被埋没在循环往复的数值求解过程中。潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求：对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各元件（线路、变压器等）是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。因此
15、潮流计算的目的是： 为电力系统规划设计提供接线、电气设备选择和导线截面选择的依据。 提供电力线运行方式和制定检修计划的依据。 提供继电保护、自动装置设计和整定计算的依据。内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书8 为调压计算、经济运行计算、短路和稳定计算提供必要的数据。潮流计算的研究是从 20 世纪 50 年代随着电网的产生而开始的，涌现出各种算法都是围绕着算法的可靠性或收敛性；对计算机内存量的要求和计算速度；计算的方便性和灵活性等。1.2 潮流计算的意义潮 流 计 算 是 研 究 电 力 系 统 稳 态 运 行 情 况 的 一 种 基 本 电 气 计 算 ， 常 规 潮 流计 算 的 任
16、 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 。 通 过 潮 流 计 算 可 以 判断 电 网 母 线 电 压 、 支 路 电 流 和 功 率 是 否 越 限 ， 如 果 有 越 限 ， 就 应 采 取 措 施 ，调 整 运 行 方 式 。 对 于 正 在 规 划 的 电 力 系 统 ， 通 过 潮 流 计 算
17、 ， 可 以 为 选 择 电 网供 电 方 案 和 电 气 设 备 提 供 依 据 。 潮 流 计 算 还 可 以 为 继 电 保 护 和 自 动 装 置 定 整计 算 、 电 力 系 统 故 障 计 算 和 稳 定 计 算 等 提 供 原 始 数 据 。具 体 表 现 在 以 下 方 面 ：(1)在 电 网 规 划 阶 段 ,通 过 潮 流 计 算 ,合 理 规 划 电 源 容 量 及 接 入 点 ,合 理规 划 网 架 ,选 择 无 功 补 偿 方 案 ,满 足 规 划 水 平 的 大 、 小 方 式 下 潮 流 交 换 控 制 、调 峰 、 调 相 、 调 压 的 要 求 。(2)在 编
18、 制 年 运 行 方 式 时 ,在 预 计 负 荷 增 长 及 新 设 备 投 运 基 础 上 ,选 择 典型 方 式 进 行 潮 流 计 算 ,发 现 电 网 中 薄 弱 环 节 ,供 调 度 员 日 常 调 度 控 制 参 考 ,并 对 规 划 、 基 建 部 门 提 出 改 进 网 架 结 构 ,加 快 基 建 进 度 的 建 议 。(3)正 常 检 修 及 特 殊 运 行 方 式 下 的 潮 流 计 算 ,用 于 日 运 行 方 式 的 编 制 ,指 导 发 电 厂 开 机 方 式 ,有 功 、 无 功 调 整 方 案 及 负 荷 调 整 方 案 ,满 足 线 路 、 变压 器 热 稳
19、 定 要 求 及 电 压 质 量 要 求 。(4)预 想 事 故 、 设 备 退 出 运 行 对 静 态 安 全 的 影 响 分 析 及 作 出 预 想 的 运 行方 式 调 整 方 案 。内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书9总 结 为 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
20、。 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 。1.3 电 力 系 统 稳 态 分 析 潮 流 计 算 总 结潮 流 计 算 针 对 电 力 革 统 各 正 常 运 行 方 式 ， 而 静 态 安 全 分 析 则 要 研 究 各 种运 行 方 式 下 个 别 系 统 元 件 退 出 运 行 后 系
21、统 的 状 况 。 其 目 的 是 校 验 系 统 是 否 能安 全 运 行 ， 即 是 否 有 过 负 荷 的 元 件 或 电 压 过 低 的 母 线 等 。 原 则 上 讲 ， 静 态 安全 分 析 也 可 U 用 潮 流 计 算 来 代 替 。 但 是 一 般 静 态 安 全 分 析 需 要 校 验 的 状 态 数非 常 多 ， 用 严 格 的 潮 流 计 算 来 分 析 这 些 状 态 往 往 计 算 量 过 大 ， 因 此 不 得 不 寻求 一 些 特 殊 的 算 法 以 满 足 要 求 。利 用 电 子 数 字 计 算 机 进 行 电 力 系 统 潮 流 计 算 从 20 世 纪
22、50 年 代 中 期 就己 开 始 ， 此 后 ， 潮 流 计 算 曾 采 用 了 各 种 不 同 的 方 法 ， 这 些 方 法 的 发 展 主 要 是围 绕 着 对 潮 流 计 算 的 一 些 基 本 要 求 进 行 的 ， 对 潮 流 计 算 的 要 求 可 以 归 纳 为 下面 几 点 ：(1)计 算 方 法 的 可 靠 性 或 收 敛 性(2)对 计 算 速 度 和 内 存 量 的 要 求(3)计 算 的 方 便 性 和 灵 活 性一 般 情 况 下 ， 采 用 P-Q 分 解 法 计 算 时 要 求 的 迭 代 次 数 较 采 用 牛 顿 -拉 夫逊 法 时 多 ， 但 每 次 迭
23、 代 所 需 的 时 间 则 较 采 用 牛 顿 -拉 夫 逊 法 时 少 ， 以 致 总 的计 算 速 度 仍 是 P-Q 分 解 法 快 。1.4 MATLAB 的概述目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算，潮流计算是其基本应内蒙古科技大学电力系统稳态分析课程设计说明书10用软件之一。现有很多潮流计算方法。对潮流计算方法有五方面的要求：（1）计算速度快（2）内存需要少（3）计算结果有良好的可靠性和可信性（4）适应性好，亦即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其它程序配合的能力强（5）简单。 MATLAB 是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛的应用于工业界和学术界，主要用
24、于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、MATLAB程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素是不需要定义的数组。它可以高效地解决工业计算的问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。MATLAB 与 C 语言和 FORTRAN 语言相比更容易掌握。通过 MATLAB 语言，可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序所需的难度并节省了时间，从而可以把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。另外，MATLAB 提供了一种特殊的工具：工具箱（ TOOLBOXES）.这些工具箱主要包括：信号处理（SIGNAL PROCESSING） 、控制系统（CONTROL SYSTEMS） 、神经网络（NEURAL NETWORKS） 、模糊逻辑(FUZZY LOGIC)、小波(WAVELETS)和模拟（ SIMULATION）等等。不同领域、不同层次的用户通过相应工具的学习和应用，可以方便地进行计算、分析及设计工作。 MATLAB 设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原则是简单明了，便于修改。
