1101180924姚卿卿-潮流上機課程設計報告

課程設計報告(2012—2013年度第一學期)名稱：電力系統(tǒng)潮流上機院系：電氣與電子工程學院班級：實驗電10學號：1101180924學生姓名：姚卿卿指導教師：姜彤設計周數(shù)：兩周成績：日期：2013年1月11日課程設計報告PAGE1一、課程設計的目的與要求培養(yǎng)學生的電力系統(tǒng)潮流計算機編程能力，掌握計算機潮流計算的相關知識二、設計正文（詳細內(nèi)容見附錄）手算計算機計算思考題3.1潮流計算的方法有哪些？各有何特點？1：手算和計算機計算兩大類，其中計算機計算中又可以分為有高斯-賽德爾法、牛頓-拉夫遜法、P-Q分解法等算法。2：特點（1）：手算潮流的特點：可用于求解簡單的網(wǎng)絡中的潮流計算，計算量很大，對于n個節(jié)點的網(wǎng)絡就要列寫n-1的平方的雅克比矩陣，還要進行迭代，所以對于多節(jié)點的網(wǎng)絡用手算一般很難得到準確的結(jié)果，但通過手算可以加深求解潮流問題的過程，是編程解潮流的基礎，還可以在計算機計算之前用手算求一些原始的數(shù)據(jù)。（2）：高斯-賽德爾法特點：算法簡單，對初值的準確度要求不高，但迭代的次數(shù)較多，收斂的速度較慢，在早期的潮流計算程序中應用很多，之后逐漸被牛頓-拉夫遜迭代法所取代，但仍可作為計算程序前幾次迭代的算法，以彌補后者對初值要求高的缺點。（3）：牛頓-拉夫遜法特點：是常用的解非線性方程組的方法，也是當前廣泛采用的計算潮流的方法，其收斂速度快，幾次迭代就可以得到最終的結(jié)果。但其缺點是要求初值的選擇得比較接近它們的精確值，否則迭代過程可能不收斂。（4）：P-Q分解法特點：派生于以極坐標表示時的牛頓-拉夫遜法，其根據(jù)電力系統(tǒng)的特點，對后者的修正方程做了簡化，P-Q分解法的系數(shù)矩陣B’和B”代替了牛拉法中的雅可比矩陣J，階數(shù)降低，其中的元素在迭代過程中不發(fā)生變化，而且元素對稱，這些都大大提高了運算速度，而且精確度幾乎不受影響。P-Q分解法的收斂特性接近于直線，而牛頓-拉夫遜的收斂速度要比P-Q分解法快，但是由于牛頓-拉夫遜每次迭代都要形成雅客比矩陣，所以一次迭代的時間比P-Q分解法長。[2]3.2如果交給你一個任務，請你用已有的潮流計算軟件計算北京城市電網(wǎng)的潮流，你應該做哪些工作？（收集哪些數(shù)據(jù)，如何整理，計算結(jié)果如何分析） 首先分析解潮流需要的數(shù)據(jù)有哪些：（1）各個節(jié)點之間的電阻電抗電導電納變比（2）PQ節(jié)點的等值負荷功率，等值電源功率，注入功率（3）平衡節(jié)點的電壓幅值和相角（4）PV節(jié)點的等值負荷功率和等值電源功率，還有注入的有功功率以及電壓幅值 實際數(shù)據(jù)：（1）各發(fā)電廠的有功和無功功率（2）各變電所母線的有功和無功功率（3）變壓器變比（4）電氣連接圖（5）線路的電阻電抗電導電納 整理數(shù)據(jù)：（1）根據(jù)發(fā)電廠和變電所的數(shù)據(jù)判斷是第幾類節(jié)點（2）寫出PQ節(jié)點的注入的有共和無功功率（3）寫出PV節(jié)點的注入的有功功率和電壓幅值（4）寫出平衡節(jié)點的電壓幅值和相位（5）寫出各非負荷節(jié)點的可提供的最大和最小的有功無功功率限制 結(jié)果分析：（1）根據(jù)各個節(jié)點的電壓可以分析該節(jié)點是否正常工作，有沒有電壓幅值產(chǎn)出或低于限制的情況發(fā)生（2）根據(jù)各節(jié)點的功率可以判斷該節(jié)點是否處于重載或輕載的狀態(tài)，和根據(jù)情況調(diào)節(jié)潮流的分布（3）根據(jù)線路上的功率可分析線路是否出現(xiàn)超出最大容量的問題（4）根據(jù)各線路的損耗可以判斷供電的經(jīng)濟性（5）根據(jù)數(shù)據(jù)可以結(jié)合等耗量微增率和等網(wǎng)損微增率調(diào)節(jié)潮流的分布3.3計中遇到的問題和解決的辦法1：關于C的問題，比如文件的調(diào)用和存儲，關于Break語句的使用等等[1]，經(jīng)老師的講解已經(jīng)比較熟練地掌握。2：數(shù)組從0開始編寫的問題，比如在編寫雅克比矩陣的時候就不能考慮平衡節(jié)點，語句要從1開始循環(huán)。3：寫標注的時候只有一行時使用//，不要輕易使用/**/。這樣有助于將大段的注釋和小段的注釋區(qū)別開。4：不要輕易刪掉程序，可以先注意掉保留在文件中，以防丟失。5：使用F5調(diào)試，逐句調(diào)試可需要邏輯錯誤，觀看有沒有黃色的箭頭可以知道程序是否運行到了提前設定的語句，調(diào)試過程中還可以講光標移至數(shù)組等變量出觀看數(shù)組長度和所賦的值，這樣很利于排查錯誤。6：編寫Y矩陣時的電納是否應該除以2需要仔細看說明。7：編寫修正量的后的輸出結(jié)果不正確，是因為寫完雅克比矩陣沒先和老師的結(jié)果校驗，否就用老師給的解多元一次方程式的函數(shù)解修正量，這個時候會出現(xiàn)方程解不了的情況，自然輸出的量不對。8：出現(xiàn)內(nèi)存溢出的錯誤，讓中斷程序。這時候要重新檢查定義的數(shù)組和數(shù)組復制的情況，修改數(shù)組的長度。9：編寫支路功率損耗的時候沒有考慮對地的電納的影響。10：計算不平衡量時只單獨計算gDelta_P和gDelta_Q，導致后來計算修正量時不會給ob1.Value(i)賦值，經(jīng)老師講解后使用gDelta_PQ數(shù)組將gDelta_P和gDelta_Q的數(shù)據(jù)存入以后解決。三、課程設計總結(jié)或結(jié)論1：手算潮流和計算機計算潮流的意義所在（1）手算：通過對一個三節(jié)點的網(wǎng)絡進行兩次牛拉法的迭代我體會到了手算潮流的復雜，充分了解了計算機計算的優(yōu)越性，但是，在手算的過程中讓我回憶并復習了本學期學習的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的內(nèi)容，尤其是網(wǎng)絡中潮流負荷哪樣的分布規(guī)律，為何這樣分布，怎樣簡單快捷的求取潮流的分布，加深了對物理概念的理解。（2）計算機計算：如果一個九節(jié)點的網(wǎng)絡用手算可想而知其復雜性，這就是計算機計算的最大的好處，隨著電力網(wǎng)絡日益龐大和復雜，只用手算實際網(wǎng)絡已經(jīng)變得不是很實際，通過編程計算只需運用一樣的公式就可以利用循環(huán)語句完成對多節(jié)點的計算，還可以利用計算機的功能對所得到的結(jié)果判斷正誤。運用電子計算機計算一般要用到一下的幾個步驟：簡歷數(shù)學模型，確定計算方法，制定計算流程，編制計算程序，這次主要進行了編制計算程序的步驟，前面的幾步是根據(jù)前人的方法直接應用于程序之中?？傊嬎銠C計算提高了計算效率，結(jié)果的準確性，大大縮短了計算的時間。2：我的收獲（1）關于C++2008的應用：大一時候?qū)W習的是C語言的應用，編寫的程序都不會超過50行，這次一下子寫幾百行的程序?qū)ξ襾碇v是一個很大的挑戰(zhàn)，編程的過程中遇到了很多問題，多謝有同學的指導，研究生學長的支持，齊鄭老師的講解才得以完成。我充分理解了編程的難處，一個長的程序必須需要明確的思路，先把最終目標分解成幾個小目標，用幾個小的函數(shù)實現(xiàn)，最后用主函數(shù)調(diào)用幾個子函數(shù)完成最終計算任務。 （2）本次實際操作編程讓我對潮流的計算的理解更加深刻，尤其是對雅克比矩陣的H，N，J，L，R，S系數(shù)對對角線元素和分對角線元素的區(qū)別，三種類型的節(jié)點的區(qū)別，節(jié)點導納矩陣的變壓器模型，計算不平衡節(jié)點時候的三種不同類型節(jié)點的區(qū)別，修正方程與潮流方程的區(qū)別，Q方程改成V方程，在修正方程中不考慮平衡節(jié)點等等問題。 （3）對于不考慮平衡節(jié)點的實現(xiàn)方法是用數(shù)組在循環(huán)中避開第一個節(jié)點，也就是從i=0開始循環(huán)；對于節(jié)點導納矩陣節(jié)點間的數(shù)據(jù)和節(jié)點的自數(shù)據(jù)依照書上的不同的公式編輯，在循環(huán)中用if語句區(qū)分，對于節(jié)點類型的區(qū)別也是在循環(huán)中應用if語句對節(jié)點類型區(qū)分，有變壓器的支路則比較麻煩需要考慮[2]67頁的公式。（4）對于最終計算出各節(jié)點電壓、相位，各線路傳輸功率及損耗，平衡節(jié)點注入功率，對于結(jié)果的分析沒做什么工作，我想可以根據(jù)思考題3.2的解答對結(jié)果進行處理，得到一些使用的結(jié)論。根據(jù)各個節(jié)點的電壓可以分析該節(jié)點是否正常工作，有沒有電壓幅值產(chǎn)出或低于限制的情況發(fā)生；根據(jù)各節(jié)點的功率可以判斷該節(jié)點是否處于重載或輕載的狀態(tài)，和根據(jù)情況調(diào)節(jié)潮流的分布；根據(jù)線路上的功率可分析線路是否出現(xiàn)超出最大容量的問題；根據(jù)各線路的損耗可以判斷供電的經(jīng)濟性；根據(jù)數(shù)據(jù)可以結(jié)合等耗量微增率和等網(wǎng)損微增率調(diào)節(jié)潮流的分布。四、參考文獻《C語言程序設計》，魏海新主編，機械工業(yè)出版社；《電力系統(tǒng)計算：電子數(shù)字計算機的應用》，西安交通大學等合編。北京：水利電力出版社；《現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析》，王錫凡主編，科學出版社；《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》，陳珩，中國電力出版社，2007年，第三版；五、附錄1、計算機計算潮流程序流程圖潮流計算開始讀入節(jié)點和支路數(shù)據(jù)形成節(jié)點導納矩陣賦電壓初值判斷是否符合迭代要求（用迭代次數(shù)k表示）計算不平衡量?P、?Q形成Jacobi