基于MATLAB的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算電氣專業(yè)課程設(shè)計(jì)

1、 計(jì) 控 學(xué) 院College of computer and control engineering Qiqihar university電氣工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于MATLAB的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算系 別 電 氣 工 程 系 專業(yè)班級(jí) 電氣101班 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 提交日期 2013年6月 21日 成 績(jī) 摘 要潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的一項(xiàng)基本運(yùn)算， 是進(jìn)行故障計(jì)算、繼電保護(hù)整定、安全分析的必要環(huán)節(jié)。它根據(jù)給定系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行條件來確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，主要是各節(jié)點(diǎn)電壓幅值相角、網(wǎng)絡(luò)的功率分布及功率損耗等。它既是對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式合理性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行

2、的定量分析依據(jù)，又是電力系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，該方法基于功能分解，把整個(gè)軟件工程看作是一個(gè)個(gè)對(duì)象的組合，由于對(duì)某個(gè)特定問題域來說，該對(duì)象組成基本不變，因此，這種基于對(duì)象分解方法設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)上比較穩(wěn)定，但是比較麻煩?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有成熟的專門應(yīng)用于電力系統(tǒng)分析的計(jì)算軟件，如中國(guó)電力科學(xué)研究院PASAP、美國(guó)電力局BAP等，這些軟件功能強(qiáng)大但價(jià)格不，而且代碼源不公開，不適合普通學(xué)者。本次設(shè)計(jì)基于MATLAB語言編寫的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算和最優(yōu)化計(jì)算軟件MATPOWER，其最大優(yōu)點(diǎn)是代碼公開并且免費(fèi)使用，本次設(shè)計(jì)將介紹利用該軟件如何進(jìn)行潮流分析計(jì)算，并且

3、介紹如何利用電力圖形分析界面POWERGUI對(duì)簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)潮流分析。通過算例，說明了該方法編程簡(jiǎn)便、 運(yùn)算效率高并符合人們的思維習(xí)慣，計(jì)算結(jié)果能滿足工程計(jì)算需要，同時(shí)驗(yàn)證了該方法的有效性。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；潮流分析；MATLAB；MATPOWER目 錄摘要I第 1 章 緒論1 1.1 選題背景及目的1 1.2 MATPOWER的簡(jiǎn)介1 1.3 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)1第 2 章 MATPOWER使用介紹2 2.1 MATPOWER使用的數(shù)據(jù)格式2 2.2 模型3 2.3 電力潮流和最優(yōu)潮流4 2.4 最優(yōu)潮流5 2.5 MATPOWER選項(xiàng)6第 3 章 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算7 3.1 潮流計(jì)算的定義和

4、應(yīng)用7 3.2 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法7第 4 章 MATPOWER在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算上的應(yīng)用8 4.1 MATPOWER 的最優(yōu)潮流解法8 4.2 仿真分析9 4.3 仿真結(jié)果10 4.4 POWERGUI在簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用12總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄 電力系統(tǒng)圖15第1章 緒 論1.1 選題背景及目的潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)計(jì)算分析的一種最基本計(jì)算，通過求取在給定運(yùn)行方式下電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓、電流和功率分布來檢查各元件是否過負(fù)荷、各點(diǎn)電壓是否滿足要求、功率分布和功率省耗是否合理等電力系統(tǒng)狀態(tài)情況，因此受到電力系統(tǒng)運(yùn)行部門、科研機(jī)構(gòu)的高度重視。潮流計(jì)算最早是由人工進(jìn)行計(jì)算，后來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)

5、的飛躍發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)語言編寫潮流仿真計(jì)算軟件來完成是目前主要計(jì)算方法，免費(fèi)軟件MATPOWER最初的基于MATLAB的電力系統(tǒng)潮流和最優(yōu)潮流代碼和為項(xiàng)目POWER WEB 的需要編寫的，并且該軟件完全免費(fèi)。MATPOWER是一直廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的仿真分析。它具有較好的擴(kuò)展和衍生性能。作為一種仿真工具，它為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)大的靈活的仿真環(huán)境。從而更好地對(duì)現(xiàn)實(shí)中的電力系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析和計(jì)算。本次設(shè)計(jì)目的是通過利用MATPOWER對(duì)簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算分析，掌握潮流計(jì)算的基本方法，熟練MATLAB語言，鞏固了電力系統(tǒng)分析課程的專業(yè)知識(shí)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠下良好基礎(chǔ)。1.2 MATPOWER的簡(jiǎn)介MA

6、TPOWER是一個(gè)基于文件的組建包，用來解決電力潮流和優(yōu)化潮流的問題。它致力于為研究人員和教育從業(yè)者提供一種易于使用和可更新的仿真工具。MATPOWER的設(shè)計(jì)理念是用盡可能簡(jiǎn)單、易懂，可更新的代碼來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)秀的功能。最初的基于MATLAB的電力系統(tǒng)潮流和最優(yōu)潮流代碼和為項(xiàng)目POWER WEB 的需要編寫的，并且該軟件完全免費(fèi)。MATPOWER是一直廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的仿真分析。它具有較好的擴(kuò)展和衍生性能。1.3 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)本次設(shè)計(jì)通過利用MATPOWER仿真工具把給出的典型的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算出來，進(jìn)而還可以進(jìn)行潮流計(jì)算的最優(yōu)算法，對(duì)不同的成本模型的默認(rèn)OPF算法進(jìn)行控制，所得的結(jié)果借用

7、特定的數(shù)據(jù)格式表達(dá)出來。第2章 MATPOWER使用介紹2.1 MATPOWER使用的數(shù)據(jù)格式在進(jìn)行潮流計(jì)算之前，首先要對(duì)電網(wǎng)的各參數(shù)（如基準(zhǔn)容量、母線、線路、大電機(jī)、變壓器等）寫成MATPOWER所用的數(shù)據(jù)文件格式。MATPOWER所用的所有數(shù)據(jù)文件均為MATLAB的M文件或者M(jìn)AT文件，用來定義和返回變量：baseMVA、bus、branch、gen等。baseMVA變量是一個(gè)標(biāo)量，用來設(shè)置基準(zhǔn)容量。對(duì)于計(jì)算中采用有名值，可以根據(jù)需要設(shè)置，如100MVA；對(duì)于計(jì)算中采用標(biāo)么值，一般設(shè)置為1。bus變量是一個(gè)矩陣，用來設(shè)置電網(wǎng)中各母線參數(shù)，其格式為：bus_i、type、Pd、Qd、Gs、B

8、s、area、Vm、Va、baseKV、zone、Vmax、Vmin。bus-i用來設(shè)置母線編號(hào)，范圍為129997。type用來設(shè)置母線類型，1為PQ節(jié)點(diǎn)母線，2為PV節(jié)點(diǎn)母線，3為平衡（參考)節(jié)點(diǎn)母線。Pd和Qd用來設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功和無功功率。Gs、Bs用來設(shè)置與母線并聯(lián)電導(dǎo)和電納。baseKV用來設(shè)置該母線基準(zhǔn)電壓。Vm和Va用來設(shè)置母線電壓的幅值、相位初值。Vmax和Vmin用來設(shè)置工作時(shí)母線最高、最低電壓幅值。area和zone用來設(shè)置電網(wǎng)斷面號(hào)和省耗分區(qū)號(hào)，一般都設(shè)置為1，前者可設(shè)置范圍為l100，后者可設(shè)置范圍為1999。branch變量是一個(gè)矩陣，用來設(shè)置電網(wǎng)中各支路參數(shù)

9、，其格式為：fbus、tbus、r、x、b、rateA、mteB、mteC、ratio、aJlgle、status。fbus和tbus用來設(shè)置該支路由起始節(jié)點(diǎn)(母線)編號(hào)和終止節(jié)點(diǎn)(母線)編號(hào)。r、x和b用來設(shè)置該支路的電阻、電抗和充電電納。rateA、rateB和rate分別用來設(shè)置該支路長(zhǎng)期、短期和緊急允許功率。ratio用來設(shè)置該支路的變比，如果支路元件僅僅是導(dǎo)線為0；如果支路元件為變壓器，則該變比為fl，us側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓與thus側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓之比。angle用來設(shè)置支路的相位角度，如果支路元件為變壓器，就是變壓器的轉(zhuǎn)角；如果支路元件不是變壓器，相位角度為0度。status用來設(shè)

10、置支路工作狀態(tài)，1表示投入運(yùn)行，0表示退出運(yùn)行。gen變量也是一個(gè)矩陣，用來設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)(電源)參數(shù)，其格式為：bus、Qg、Qmax、Qmin、Vg、mBase、status、Pmax、Pmin。bus用來設(shè)置接人發(fā)電機(jī)(電源)的母線編號(hào)。Pg和Qg用來設(shè)置接人發(fā)電機(jī)(電源)的有功和無功功率。Pmax和Pmin用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的有功功率最大、最小允許值。9max和Qmin用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的無功功率最大、最小允許值。Vg用來設(shè)置接人發(fā)電機(jī)(電源)的工作電壓。mBase用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的功率基準(zhǔn)，如為缺省值，就是baselVA變量的值。status用來設(shè)置

11、發(fā)電機(jī)(電源)工作狀態(tài)，l表示投入運(yùn)行，0表示退出運(yùn)行。2.2 模型交流模型（AC），固定負(fù)荷被當(dāng)作恒定有功和無功功率注入，Pd和 Qd分別被指定為 bus矩陣的第三列和第四列。任何母線的恒阻抗泄漏元件的泄漏導(dǎo)納都通過 Gsh和 Bsh被指定到第五和第六列。 （2-1）所有的線路，包括輸電線路、變壓器和調(diào)相機(jī)，都通過標(biāo)準(zhǔn)的“p”模型建立包括串聯(lián)電阻 R電抗 X以及所有的線路充電電容 Bc，和理想的變壓器串聯(lián)，對(duì)于調(diào)相機(jī)包括調(diào)節(jié)比例t移相角qshift。參數(shù) R，X，B，t和qshift，在線路矩陣 branch的第 3，4，5，9和 10列。線路首端和末端的電壓和電流通過線路導(dǎo)納矩陣通過以下公

12、式相關(guān)聯(lián)： （2-2）分散的線路導(dǎo)納矩陣和母線泄漏導(dǎo)納矩陣被 MATPOWER聯(lián)合成為復(fù)合母線導(dǎo)納矩陣 Ybus，并以它來關(guān)聯(lián)母線電壓向量 Vbus和母線電流向量 Ibus： I =YV類似的，通過形成導(dǎo)納矩陣 Yf和 Yt來計(jì)算線路首末端的電流向量，在給定母線電壓Vbus的情況下： （2-3）其中 Vf和 Vt分別為所有支路首末端電壓的復(fù)向量，diag將一個(gè)向量轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)以它為對(duì)角元素的對(duì)角矩陣直流公式（DC）對(duì)直流模型來說，仍然是使用原來的參數(shù)，并且做了以下的假設(shè)： 線路阻抗 R和充電電容 Bc被忽略（也就是說支路是無損的）。 分離的支路的調(diào)整注入和Bbr矩陣之間的原理在MATPOWER中

13、通過生成一個(gè)母線Bus矩陣和Pbus注入向量來處理，它用來在一致電壓相角的情況下計(jì)算母線的有功功率： (2-4) 類似的，MATPOWER建立矩陣Bf和向量Pf,shift用來計(jì)算支路功率注入向量Pf和Pt： （2-5） （2-6）2.3 電力潮流和最優(yōu)潮流 MATPOWER擁有 5種潮流計(jì)算方法，他們可以通過 runpf來調(diào)用。除了可以輸出到屏幕之外（作為默認(rèn)方式），runpf還可以有以下的返回選項(xiàng)可以選擇參數(shù)來輸出解：>> baseMVA,bus,gen,branch,success,et=runpf(casename)；這些解的值被存儲(chǔ)在以下的結(jié)果中： bus(VM) bus

14、 voltage magnitudes(母線電壓幅值)；bus(VA) bus voltage angles （母線電壓相角）；gen(PG) generator real power injections(發(fā)電機(jī)有功輸入)；gen(QG) generator reactive power injections(發(fā)電機(jī)無功輸入)；branch(PF) real power injected into “from”；end of branch（支路首端的有功輸入）；branch(PT) real power injected into “to”；branch(QF) reactive power

15、 injected into “from”；end of branch（支路首端的無功輸入）；branch(QT) reactive power injected into “to”；end of branch（支路末端的無功輸入）；success 1=solved successfully,0=unable to solve(1表示計(jì)算成功，0表示失敗)；et computation time required for solution(計(jì)算所用時(shí)間)。默認(rèn)的潮流計(jì)算方法是標(biāo)準(zhǔn)的潮流法12，采用全雅克比矩陣，迭代求解。這種方法在許多文教科書中都有提到。法則 2和法則 3是改進(jìn)型快速解耦算法1

16、0.MATPOWER采用XB和 BX變換，參見文獻(xiàn)1.法則 4是標(biāo)準(zhǔn)的高斯賽德爾方法5,基于意大利 Bologna大學(xué)的 Alberto Borhetti的貢獻(xiàn)的代碼開發(fā)。要使用出默認(rèn)的牛頓法之外的其他算法，PF_ALG選項(xiàng)必須正確的設(shè)置。比如說，要使用 XB快速解耦算法： >> mpopt= mpoption('PF_ALG',2)；>> runpf(casename,mpopt)。最后一種算法是直流潮流算法13,它的使用是通過設(shè)置 PF_DC為 1，運(yùn)行 runpf而進(jìn)行的，或者直接使用 rundcpf。直流潮流的計(jì)算是通過直接的不迭代的的方法解母線

17、電壓相角和指定母線的有功注入獲得，基于方程 2、3和 4。對(duì)于交流潮流解法，如果 ENFORCE_Q_LIMS選項(xiàng)被設(shè)為 true（默認(rèn)為 false），并且運(yùn)行過程中有任何發(fā)電機(jī)組的無功越限，相應(yīng)的母線被轉(zhuǎn)換為 PQ母線（節(jié)點(diǎn)），將無功出力設(shè)定在限制值，并且案例重新計(jì)算。該母線的電壓幅值為滿足無功限制的要求將偏離指定值。如果參考母線（節(jié)點(diǎn)）的有功出力達(dá)到限制值，該節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)轉(zhuǎn)化為 PQ母線（節(jié)點(diǎn)），在下一輪迭代中第一個(gè)依然存在的 PV母線（節(jié)點(diǎn)）將被當(dāng)作松弛母線（節(jié)點(diǎn)），這將導(dǎo)致該母線（節(jié)點(diǎn)）的機(jī)組有功出力稍微偏離指定值。通常，沒有 MATPOWER的潮流解法中不包含變壓器分接頭的改變或者操

18、作，或者部分系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)中解列等。潮流計(jì)算的解法，除了高斯賽德爾法之外，都可以很好的解決甚至是大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)檫@些算法和計(jì)算充分利用了 MATLAB的內(nèi)部稀疏矩陣處理。2.4 最優(yōu)潮流最優(yōu)化潮流的概念是60年代初法國(guó)學(xué)者Carpentien提出的，把電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和潮流計(jì)算結(jié)合在一起。即以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、安全、有功功率與無功功率的全面優(yōu)化。從數(shù)學(xué)的角度來看最優(yōu)計(jì)算是一個(gè)大型的多約束條件的非線規(guī)劃的問題。它的技術(shù)關(guān)鍵是計(jì)算函數(shù)的不等約束條件，解決非線性收斂問題和考慮離散變量問題。最優(yōu)計(jì)算可描述為滿足方程等約束條件和不等約束條件，求得的一組控制變量和狀態(tài)參數(shù)使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)。和經(jīng)典的

19、MATPOWER 傳統(tǒng)方法相比，采用fmincon 和MINOPF 算法的廣義交流最優(yōu)潮流解法有一些特殊的優(yōu)點(diǎn)： （1）可以混合多項(xiàng)式和分段線性成本函數(shù)； （2）負(fù)荷調(diào)度； （3）機(jī)組PQ 容量曲線； （4）支路相角差限制； （6）附加用戶供應(yīng)線性約束； （7）附加用戶供應(yīng)成本。MATPOWER提供多種解算最優(yōu)潮流問題（OPF）的方法，可以通過訪問函數(shù) runopf的方法實(shí)現(xiàn)。除了提供將計(jì)算結(jié)果輸出到屏幕之外（默認(rèn)），runopf函數(shù)還可輸入：>>baseMVA,bus,gen,gencost,branch,f,success,et=runopf(casename)。除了最優(yōu)潮流解

20、法之外，OPF的運(yùn)算還包括一下的值：bus(:,LAM_P) 母線（節(jié)點(diǎn)）的有功失配拉格朗日乘子；bus(: , LAM_Q) 母線（節(jié)點(diǎn)）的無功失配拉格朗日乘子；bus(:,MU_VMAX) 母線（節(jié)點(diǎn)）的電壓上限龍格庫(kù)塔乘子；bus(:,MU_VMIN) 母線（節(jié)點(diǎn)）的電壓下限龍格庫(kù)塔乘子；gen(:,MU_PMAX) 發(fā)電機(jī)組有功出力上限的龍格庫(kù)塔乘子；gen(:,MU_QMAX) 發(fā)電機(jī)組無功出力上限的龍格庫(kù)塔乘子；gen(:,MU_PMIN) 發(fā)電機(jī)組有功出力下限的龍格庫(kù)塔乘子；gen(:,MU_QMIN) 發(fā)電機(jī)組無功出力下限的龍格庫(kù)塔乘子；branch（:,MU_SF） 支路首端

21、的潮流限制龍格庫(kù)塔乘子；branch(:,MU_ST) 支路末端的潮流限制龍格庫(kù)塔乘子。2.5 MATPOWER選項(xiàng)MATPOWER軟件不但能夠進(jìn)行交流潮流計(jì)算，還能夠進(jìn)行直流、最優(yōu)化潮流計(jì)算。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)還可以選擇不同的算法及輸出格式。為了實(shí)現(xiàn)不同功能，MATPOWER 使用一個(gè)選項(xiàng)向量來實(shí)現(xiàn)對(duì)選項(xiàng)的控制，它類似于MATLAB 最優(yōu)化工具箱早期版本中由foptions函數(shù)提供的現(xiàn)象向量。最主要的差別就在于不用再記住每個(gè)選項(xiàng)的索引，只需要根據(jù)選項(xiàng)的名稱就可以對(duì)選型的值作出修改。MATPOWER的默認(rèn)選項(xiàng)向量是通過調(diào)用無參數(shù)mpoption來獲得的。因此，輸入：>>runopf(ca

22、se30,mpoption)，就是另外一種執(zhí)行默認(rèn)選項(xiàng)的OPF算法的方法，MATPOWER選項(xiàng)向量實(shí)現(xiàn)對(duì)以下的控制： （1）潮流算法；（2）潮流計(jì)算的中止標(biāo)準(zhǔn)；（3）最優(yōu)潮流（OPF）算法；（4）對(duì)不同成本模型的默認(rèn)OPF算法；（5）冗余水平；（6）結(jié)果輸出方式。第3章 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算3.1 潮流計(jì)算的定義和應(yīng)用 作為研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種基本電氣計(jì)算，潮流計(jì)算的任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件和網(wǎng)路結(jié)構(gòu)來確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，比如各母線上的電壓（幅值及相角），網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等。潮流計(jì)算的結(jié)果是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算和故障分析的基礎(chǔ)。 在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要

23、進(jìn)行潮流計(jì)算以比較運(yùn)行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也需要進(jìn)行大量而快速的潮流計(jì)算。因此，潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運(yùn)算。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式時(shí)，采用離線潮流計(jì)算；在電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控中，則采用在線潮流計(jì)算。3.2 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模的擴(kuò)大，原始的用解析法進(jìn)行手工計(jì)算的方法進(jìn)行潮流分析已經(jīng)是不可能的了，基本上現(xiàn)在的潮流分析都是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。 運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行潮流分布計(jì)算，一般要完成以下四個(gè)步驟： (1) 建立數(shù)學(xué)模型。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算屬于穩(wěn)態(tài)分析范疇，不涉及系統(tǒng)元件的動(dòng)

24、態(tài)特性和過渡過程。因此其數(shù)學(xué)模型不包含微分方程，是一組高階非線性方程。 (2) 確定計(jì)算方法。非線性代數(shù)方程組的解法離不開迭代，因此，潮流計(jì)算方法首先要求它是能可靠的收斂，并給出正確答案。現(xiàn)在比較常用的方法有牛頓-拉夫遜法和P-Q分解法。 牛頓-拉夫遜(簡(jiǎn)稱牛頓法)是數(shù)學(xué)中解決非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性。在解決電力系統(tǒng)潮流計(jì)算問題時(shí)，是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，因此，只要我們能在迭代過程中盡可能保持方程式矩陣的稀疏性，就可以大大提高牛頓法潮流程序的效率。P-Q分解法是從改進(jìn)和簡(jiǎn)化牛頓法潮流程序的基礎(chǔ)上提出來的，它的基本思想是：把節(jié)點(diǎn)功率表示為電壓向量的極坐標(biāo)方程式，抓住主要矛盾，以有功功

25、率誤差作為修正電壓向量角度的依據(jù)。(3) 制定計(jì)算流程并編制程序。無論采用什么編程語言，其基本流程都是繪制程序流程圖，根據(jù)選定的計(jì)算方法進(jìn)行循環(huán)迭代從而得到最終的計(jì)算結(jié)果。 (4) 上機(jī)計(jì)算及對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。 第4章 MATPOWER在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算上的應(yīng)用為了讓更多的人了解和使用MATPOWER軟件，章對(duì)該軟件的使用方法進(jìn)行了詳細(xì)地介紹，并用實(shí)際算例來進(jìn)行仿真計(jì)算驗(yàn)證軟件的有效性和進(jìn)一步加深讀者對(duì)該軟件的熟悉程度。為了驗(yàn)證MATPOWER潮流計(jì)算和進(jìn)一步加深對(duì)該軟件的熟悉程度本文選用一個(gè)事例來進(jìn)行驗(yàn)證和演示。按MATPOWER潮流計(jì)算仿真計(jì)算軟件使用方法進(jìn)行編程。4.1 MATPOWE

26、R的最優(yōu)潮流解法 MATPOWER 提供多種解算最優(yōu)潮流問題(OPF)的方法，包括一個(gè)基于包含在MATLAB 早期版本最優(yōu)化工具箱中的constr 函數(shù)的解法，它成功的使用了一種二次規(guī)劃技術(shù)，還有一個(gè)解法基于線性規(guī)劃。 鑒于本軟件對(duì)MATPOWER 只是簡(jiǎn)單應(yīng)用，在此就不對(duì)其具體算法進(jìn)行深入的分析了。 5.4 與MATPOWER 的接口 MATPOWER 的輸入文件有其自己的規(guī)定，為matlab 的m 文件格式，但是它與IEEE 的CDF 文件極其相似，并且值得慶幸的是，MATPOWER 專門提供了一個(gè)用于從CDF 格式向其專有格式轉(zhuǎn)化的接口程序cdf2matp，通過調(diào)用這一程序，很容易就實(shí)現(xiàn)

27、了文件格式的轉(zhuǎn)換。 MATPOWER 的輸出結(jié)果既可以顯示在matlab 的控制臺(tái)，也可以以文件的形式保存下來。鑒于課題時(shí)間比較緊張，我沒有對(duì)這個(gè)結(jié)果進(jìn)行讀取和現(xiàn)實(shí)，不過因?yàn)镸ATPOWER 的幫助中對(duì)文件的格式解釋得很清楚，對(duì)這一文件進(jìn)行讀取應(yīng)該不會(huì)太困難。 用version2格式編寫數(shù)據(jù)文件case5-01.m清單，本文采用的是一個(gè)2機(jī)組5個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)圖如圖4-1： 圖4-1 2機(jī)組5節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)圖4.2 仿真分析本次設(shè)計(jì)采用version2格式，每個(gè)電網(wǎng)用變量名為“mpc”的結(jié)構(gòu)體來定義，根據(jù)圖示數(shù)據(jù)利用MATPOWER進(jìn)行編程，以下為對(duì)實(shí)例進(jìn)行編程MATPOWER潮流仿真計(jì)算

28、程序的的M文件:function mpc=case5_01%MATPOWER Case Format : Version 2mpc.version = '2'% system MVA base (系統(tǒng)基準(zhǔn)容量)mpc.baseMVA = 100; % bus data（母線參數(shù)）% bus_i type Pd Qd Gs Bs area Vm Va baseKV zone Vmax Vminmpc.bus = 1 1 160 80 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 2 1 200 100 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 3 1 370 13

29、0 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 4 2 0 0 0 0 1 1. 05 0 100 1 1.1 0.94; 5 3 0 0 0 0 1 1. 05 0 100 1 1.1 0.94; %generator data（發(fā)電機(jī)參數(shù)）% bus Pg Qg Qmax Qmin Vg mBase status Pmax Pmin Pc1 Pc2 Qc1min Qc1max Qc2min Qc2max ramp_agc ramp_10 ramp_30 ramp_q apfmpc.gen = 4 500 0 9990 -9999 1.05 100 1 600 0; 5 0 0 99

30、90 -9999 1.05 100 1 600 0;% branch data（支路參數(shù)）% fbus tbus r x b rateA rateB rateC ratio angle status angmin angmaxmpc.branch = 2 1 0.04 0. 25 0. 5 0 0 0 0 0 1 -360 360; 3 1 0. 1 0. 35 0 0 0 0 0 0 1 -360 360; 2 3 0 .08 0 .3 0. 5 0 0 0 0 0 1 -360 360; 3 5 0 0 .03 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360; 2 4 0 0 .015

31、 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360; Return;結(jié)構(gòu)體mpc的不同字段參數(shù)說明： (1) 字段basseMVA是一個(gè)基準(zhǔn)容量值； (2) 字段bus是一個(gè)矩陣，用來設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中的歌母線參數(shù)。bus_i母線編號(hào)；type母線類型，1為PQ節(jié)點(diǎn)，為PV節(jié)點(diǎn)，3為平衡節(jié)點(diǎn)，4為孤立節(jié)點(diǎn)；Pd 、Qd 表示母線注入負(fù)荷的有功功率和無功功率； Gs、Bs表示與母線并聯(lián)的電導(dǎo)和電納；area 和zone用來設(shè)置電網(wǎng)斷面號(hào)和分區(qū)號(hào)，一般為1，前者可為1100，后者為1999；Vm 、Va 表示母線電壓的幅值、相位初值；Vmax 、Vmin表示母線工作的時(shí)候最高、最低電壓幅值。 (3) 字

32、段gen為一個(gè)矩陣，用來設(shè)置接入電網(wǎng)發(fā)電機(jī)的參數(shù)。矩陣每一行都對(duì)應(yīng)一個(gè)單一的發(fā)電機(jī)，列的參數(shù)分別為：bus設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的母線編號(hào)；Pg 、Qg代發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率；Qmax 、Qmin發(fā)電機(jī)的無功功率最大最小允許值；Vg發(fā)電機(jī)的工作電壓； mBase 發(fā)電機(jī)的基準(zhǔn)功率；status指示發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)；Pmax 、Pmin有功功率的最大最小值。(4) 字段branch也是夜歌矩陣。fbus 、tbus設(shè)置該支路由起始節(jié)點(diǎn)到終止節(jié)點(diǎn)編號(hào)；r、x、b表示電阻、電抗、電納；rateA、rateB、rateC設(shè)置該支路長(zhǎng)期、短期和緊急允許功率；ratio設(shè)置支路的變比，如果支路是導(dǎo)線，那么r

33、atio為0；如果元件為變壓器，則變比為fbus側(cè)電壓與tbus側(cè)母線電壓的比值；angle 支路相位角，如果元件為變壓器，就是支路的轉(zhuǎn)角，如果是導(dǎo)線則為0；status設(shè)置支路的運(yùn)行狀態(tài)，angmin、angmax設(shè)置相位角的最小最大差值。4.3 仿真結(jié)果采用牛頓-拉夫遜法計(jì)算case5_01.m的交流潮流時(shí)，在MATLAB的命令窗口輸入一下命令即可：runpf(case5_01)，計(jì)算結(jié)果如下所示。由的潮流計(jì)算結(jié)果表明該潮流采用的是牛頓法，進(jìn)行了5次迭代，用時(shí)054秒。其各節(jié)點(diǎn)的電壓、相位角度和功率分布和省耗與參考書原值基本一致。MATPOWER Version 4.1, 14-Dec-2

34、011 - AC Power Flow (Newton)Newton's method power flow converged in 5 iterations.Converged in 0.54 seconds=| System Summary =How many? How much? P (MW) Q(MVAr)- - - -Areas 1 Minimum Maximum - -Voltage Magnitude 0.862 p.u. bus 1 1.078 p.u. bus 2 Voltage Angle -4. 78 deg bus 1 21.84 deg bus 4 P Lo

35、sses (I2*R) - 13.81 MW line 2-3Q Losses (I 2*X) - 73.98 MVAr line 2-1= Bus Data =Bus Voltage Generation Load # Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr)- - - - - - - 1 0.862 -4.779 - - 160.00 80.00 2 1.078 17 .854 - - 200.00 100.00 3 1.036 -4.282 - - 370.00 130.00 4 1.050 21.843 500.00 181.31 - - 5 1.050 0.000* 257.94 229.94 - - - - - -=Branch Data =Branch From To From Bus Injection To Bus Injection Loss (I2 * Z) # Bus Bus P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q(MVAr) - - 4.4 POWERGUI在簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用 Simulink的simpowersystems為用戶提供了相當(dāng)豐富的電力系統(tǒng)元件模型，如發(fā)電機(jī)有同步發(fā)電機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)同步發(fā)電機(jī)等，