电力系统分析潮流计算matlab.doc

目录:一、 软件需求说明书。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.3二、 概要设计说明书。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。41、编写潮流计算程序。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。4 2、数据的输入测试。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.4 3、运行得出结果.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.4 4、进行实验结果验证.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。4三、 详细设计说明书。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。51、数据导入模块。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。52、节点导纳矩阵模块.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.53、编号判断模块.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.54、收敛条件判定模块.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。55、雅可比矩阵模块。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。56、迭代计算模块.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.57、计算输出参数模块。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。5四、 程序代码。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。6五、 最测试例.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.151、输入结果.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。152、输出结果。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。153、结果验证.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.15一、 软件需求说明书 本次设计利用MATLAB/C+/C(使用MATLAB)编程工具编写潮流计算，实现对节点电压和功率分布的求取。潮流方程的求解基本方法是迭代,包括牛顿-拉夫逊法,以及P-Q分解法，本次设计采用牛顿迭代法。牛顿迭代法（Newtonsmethod)又称为牛顿-拉夫逊方法,它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法.多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难,甚至不可能,从而寻找方程的近似根就显得特别重要。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x)=0的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f（x)=0的单根附近具有平方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根。牛顿迭代法是取x0 之后，在这个基础上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代,从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算，一般来说,各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的(平衡节点外）可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率方程，由于功率方程里功率是已知的,电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法解方程组,需要将上述功率方程改写成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导,得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为额定电压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量(未知的）构成了误差方程,解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。二、 概要设计说明书1、编写潮流计算程序本程序主要分为七个模块:数据导入模块、节点导纳矩阵模块、编号判断模块、收敛条件判定模块、雅可比矩阵模块、迭代计算模块、计算输出参数模块。下图为潮流迭代框图.2、 数据的输入测试 本次设计是将电力系统分析课本P88例题进行潮流计算。3、 运行得出结果 得出电压、有功功率、无功功率、角度的数据。4、进行实验结果验证三、 详细设计说明书 1、数据导入模块： 利用Excel输入已知节点、支路数据,通过“读取”将数据导入MATLAB中. 2、节点导纳矩阵模块： 利用已知的电阻电抗及导纳的值，根据导纳的计算公式,计算出节点的自导纳及节点间的互导纳的值，按照节点编号组成导纳矩阵,利用MATLAB“real”和“imag”调用导纳矩阵中的实部和虚部,分别形成电导和电纳的矩阵。 3、编号判断模块： 当首节点在变压器左侧，设为1，位于变压器右侧，设为2，既非1也非0为不含变压器; 节点类型为PQ时，为1,节点类型为PV时，为2，节点类型为V时，为3。 4、收敛条件判定模块: 根据节点的类型赋初值，并进行失配功率的初步计算,判断是否符合收敛条件maxPi，Qi0。0001)%雅各比矩阵的形成 J=zeros(2PQjd+PVjd); %矩阵定义 U=ones(n,1)； %为方便运算将电压取出放入一个新的矩阵 for i=1:PQjd U（i，1）=angle_u（i+n-1，1)； end angle=zeros(n,1）; %为方便运算将角度取出放入一个新的矩阵 for i=1：n-1 angle(i，1）=angle_u(i,1）； end %H% %H部分生成 for i1=1:n-1 for i2=1：n-1 if i1=i2 J（i1，i2）=U（i1，1)*U(i2,1）*(G（i1，i2)sin（angle(i1，1）-angle(i2,1）)-B（i1，i2）cos(angle(i1，1)-angle（i2，1)）； end if i1=i2 for i3=1：n if i3=i1 J（i1，i2）=J（i1,i2）+U(i1，1)U(i3，1)*(G（i1，i3)sin(angle(i1,1）-angle（i3,1）-B（i1，i3)*cos(angle(i1，1）-angle（i3,1)）； end end end end end %N% %N部分生成 for i1=1:n1 for i2=1：PQjd if i1=i2 J(i1,i2+n-1)=-U(i1，1)*(G(i1，i2)*cos（angle(i1，1）angle（i2,1)-B（i1,i2）sin（angle（i1，1)-angle（i2，1)）)； end if i1=i2 J(i1，i2+n1)=(2)*U（i1，1）U(i1，1）*G（i1,i1）； for i3=1：n if i3=i1 J(i1,i2+n-1）=J(i1,i2+n1)-U(i3，1)*(G(i1，i3)*cos（angle(i1，1）angle（i3，1）+B（i1,i3)sin(angle（i1，1)angle(i3，1)）; end end end end end %K% %K部分生成 for i1=1：PQjd for i2=1:n-1 if i1=i2 J(i1+n1，i2）=U（i1，1)U（i2，1）（G（i1,i2）*cos（angle(i1,1）angle(i2,1)）-B（i1,i2）*sin(angle（i1，1）-angle（i2，1）); end if i1=i2 for i3=1:n if i3=i1 J(i1+n1，i2）=J（i1+n-1,i2)-U（i1，1）U（i3，1）(G（i1，i3)*cos(angle（i1，1）-angle（i3,1)+B(i1，i3）sin（angle(i1,1）angle(i3，1)）； end end end end end %L% %L部分生成 for i1=1:PQjd for i2=1:PQjd if i1=i2 J(i1+n1,i2+n1)=U（i1,1）*(G（i1，i2)sin（angle(i1,1)-angle(i2，1）)-B（i1,i2)*cos(angle(i1，1）angle(i2，1）); end if i1=i2 J（i1+n-1,i2+n-1）=2U(i1，1）U(i1,1）B(i1，i1）; for i3=1：n if i3=i1 J（i1+n-1,i2+n-1)=J(i1+n-1，i2+n-1)U（i3,1）*（G(i1，i3)sin(angle（i1,1）-angle(i3，1)）-B（i1,i3）cos（angle（i1,1)angle（i3，1）); end end end end enddelta_au=-inv（J)delta_PQ； %解修正方程angle_u=angle_u+delta_au； 形成新的初始值%再次计算失配功率 k=1; k_=PQjd+1； delta_PQ= zeros(PQjd2+PVjd,1）； for i4=1:n% if c(i4,6）=1 delta_PQ(k，1）=zhuru_PQ(k,1）; delta_PQ(k+n-1，1)=zhuru_PQ（k+n-1，1)； i6=1； for i5=1:n if c（i5，6）=1 delta_PQ(k,1）=delta_PQ(k,1）angle_u（n-1+k)angle_u（n-1+i6)(G（i4，i5）*cos（angle_u(k,1)angle_u(i6，1)）+B(i4，i5）*sin（angle_u(k，1）angle_u（i6,1）)； delta_PQ（k+n1,1)=delta_PQ(k+n-1,1)angle_u(n-1+k)angle_u(n-1+i6)*（G（i4,i5)*sin(angle_u（k,1）angle_u（i6,1)）-B（i4,i5）cos(angle_u(k，1)-angle_u（i6,1）); i6=i6+1; end if c（i5,6）=2 delta_PQ(k,1)=delta_PQ（k,1)-angle_u(n-1+k)*c（i5，1)*(G（i4，i5)*cos（angle_u（k，1)-angle_u(i6，1)+B(i4,i5)*sin(angle_u(k,1）-angle_u(i6,1); delta_PQ(k+n-1，1）=delta_PQ（k+n1,1)angle_u（n-1+k)*c（i5，1)（G（i4，i5）*sin(angle_u（k，1）angle_u（i6,1)B（i4，i5)*cos（angle_u(k,1）-angle_u（i6,1)）)； i6=i6+1； end if c(i5,6)=3 delta_PQ(k,1）=delta_PQ（k，1）-angle_u(n-1+k)*c（i5,1)（G(i4，i5）cos(angle_u(k，1)+B（i4,i5)sin(angle_u（k,1）); delta_PQ（k+n-1，1）=delta_PQ（k+n1，1）-angle_u(n1+k）c（i5，1)*（G(i4,i5）*sin(angle_u（k，1）)-B(i4，i5)*cos（angle_u(k，1）)； end end k=k+1; end % if c（i4，6)=2 delta_PQ(k_，1）=zhuru_PQ（k_,1）; i6=1； for i5=1:n if c（i5，6）=1 delta_PQ（k_，1)=delta_PQ（k_，1）c（i4，1）angle_u（n1+i6）（G(i4，i5）*cos（angle_u(k_，1）angle_u（i6,1)+B(i4,i5)*sin(angle_u（k_,1)angle_u（i6，1）)； i6=i6+1; end if c(i5，6）=2 delta_PQ（k_，1）=delta_PQ(k_,1)-c（i4,1)c(i5，1）*(G（i4,i5）cos（angle_u（k_，1）-angle_u(i6，1）+B(i4，i5)*sin（angle_u(k_，1）angle_u（i6，1)）); i6=i6+1; end if c（i5,6）=3 delta_PQ（k_,1）=delta_PQ（k_,1）c（i4，1）*c(i5，1）(G（i4，i5）cos（angle_u(k_，1)+B（i4，i5)*sin（angle_u(k_，1）； end end k_=k_+1； end end %再次进行精度判断前的准备 m=0； zhongjian_delta_PQ=delta_PQ;zhongjian_delta_PQ=abs（delta_PQ）;jingdu=max(zhongjian_delta_PQ);m=m+1; end %迭代完毕%电压与角度换算结果输出 U=ones(n,1）; for i=1：PQjd U（i,1)=angle_u(i+n-1，1）; end angle=zeros(n,1); for i=1：n-1 angle(i,1)=angle_u（i，1）； endangle_jiaodu=angle/（2pi）360；%计算各个节点功率 P=zeros（n,1)； Q=zeros(n,1）; for i1=1：n for i2=1:n P（i1，1)=P(i1，1)+U（i1，1)*U(i2，1）(G(i1，i2)cos(angle（i1，1）angle(i2,1)）+B(i1,i2)*sin(angle(i1,1）-angle（i2，1）)）； Q（i1,1）=Q(i1，1）+U(i1，1）U（i2，1）*(G（i1,i2)*sin（angle(i1，1）-angle（i2,1)）B(i1，i2)*cos（angle（i1,1）angle（i2,1)）； end end五、最测试例本次设计试例为电力系统分析课本P88例题3-3.1、输入数据 支路数据如下： 节电数据如下:2、 输出结果J矩阵 k 电压U 角度 有功功率P 无功功率Q3、 结果验证 输出结果与课本P90结果一致，潮流计算程序正确.20