基于MATLAB的PQ分解法电力系统潮流计算毕业设计说明

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1、基于P-Q分解法的电力系统潮流计算摘 要电力系统潮流计算是研究电力系统稳定运行情况的一种重要的计算,在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中,都需要利用它来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。本文主要介绍了电力系统潮流计算的基本原理包括电力网络的数学模型和潮流计算的数学模型及潮流计算常用的几种方法,着重介绍了P-Q分解法。P-Q分解法是潮流计算的常用方法之一,派生于用极坐标表示的牛顿-拉夫逊法,是牛顿-拉夫逊法的一种简化计算方法,可以提高运算的速度。其中比较详细地讲述了P-Q分解法的形成过程及计算流程,而且结合一个具有代表性的算例,用P-Q分解法进行潮流计算,其计

2、算过程是通过MATLAB软件实现的,并对计算结果进行了简要的分析。关键词：电力系统潮流计算,P-Q分解法,MATLAB软件Based on P - Q Decomposition Method of The Power System Flow Calculation ABSTRACTPowerSystem Flow Calculation is an important analysis and calculation of power system steady-state operation,. In the study of power system design and the cur

3、rent operation mode are required Power Flow Calculation to quantitatively analyzed and compared to the program or run mode power supply reasonable, reliability and economy or not.This article mainly introduced the basic principles of Power System Flow Calculation and the main methods of power flow c

4、alculation, introduces the P - Q Decomposition Method. P - Q Decomposition Method is one of the commonly used method to compute the tidal current, derived from Newton - Ralph expressed in polar coordinate method, Newton - Ralph Method, a simplified calculation method can improve the speed of operati

5、on. One more detail tells the story of the formation process of P - Q Decomposition Method and calculation process, and combined with a typical example, using P - Q Decomposition Method for power flow calculation, the calculation process is implemented by MATLAB software, and the calculation results

6、 are analyzed in brief.KEY WORDS: Power System Flow Calculation,P - Q Decomposition Method,MATLAB software目录前言1第1章 绪论21.1 潮流计算简介21.2 潮流计算的意义及其发展21.2.1 潮流计算的意义21.2.2 潮流计算的现状及其发展31.3 本毕业设计的主要容3第2章 电力系统潮流计算的基本原理52.1 电力网络的数学模型52.1.1 电力网络的基本方程式52.1.2 节点导纳矩阵及其性质72.2 潮流计算的数学模型82.2.1 潮流计算的节点分类82.2.2 潮流计算的基本

7、方程92.2.3 潮流计算的约束条件10第3章 潮流计算的方法123.1 高斯-赛德尔法123.1.1 高斯-赛德尔法的基本原理123.1.2 高斯-赛德尔法的潮流计算过程123.2 牛顿-拉夫逊法143.2.1 牛顿-拉夫逊法的基本原理143.2.2 牛顿-拉夫逊法的潮流计算过程143.3 P-Q分解法15第4章 P-Q分解法潮流计算164.1 极坐标下的潮流计算模型164.2 P-Q分解法潮流计算184.3 P-Q分解法潮流计算的基本步骤20第5章 算例验证与分析225.1 MATLAB软件225.2 算例225.2.1 算例说明225.2.2 潮流计算过程235.3 算例结果分析27结论

8、28 辞29参考文献30附 录31外文资料翻译4048 / 54前言电力是衡量一个国家经济发展的主要指标,也是反映人民生活水平的重要标志,它已成为现代工农业生产、交通运输以及城乡生活等各方面不可或缺的能源和动力。电力系统是由发电、输电、变电、配电及用电等环节组成的电能生产与消费系统。它是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化为电能,再经输、变、配电将电能供应到各个用户。为此,电力系统在各个环节和不同层次上还应具有相应的信息与控制系统,以便对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度,以保证用户获得安全、经济、优质的电能。电力系统的出现,使电能得到广泛应用,推动了社会生产各领域的变化,

9、开创了电力时代,是近代史上的第二次技术革命。随着电力系统的发展,动力资源开发更加充分,工业布局也更加合理。如今,电力系统的发展程度和技术水准已成为各国经济发展水平的标志之一。而潮流计算是在给定电力系统网络结构、参数和决定系统运行状态的边界条件的情况下确定系统稳态运行状态的一种基本方法,是电力系统规划和运营中不可或缺的一个重要组成部分。可以说,它是电力系统分析中最基本、最重要的计算,是系统安全、经济分析和实时控制与调度的基础,是电力系统研究人员长期研究的一个课题。P-Q分解法是潮流计算的常用方法之一,它是对极坐标下的牛顿-拉夫逊法的一种简化。它的基本思想是根据电力系统实际运行特点对牛顿-拉夫逊法

10、的修正方程进行简化,但是这种简化并不影响计算的精度。它要求的迭代次数较采用牛顿-拉夫逊法时多,但每次迭代所需时间则较牛顿-拉夫逊法时少,从总的计算速度上来说,P-Q分解法要比牛顿-拉夫逊法快。因此,运用P-Q分解法进行潮流计算时,可以提高运算的速度。而MATLAB软件具有强大的矩阵处理功能,是潮流计算的首选工具。第1章 绪论1.1 潮流计算简介电力系统潮流计算是研究电力系统稳定运行情况的一种计算,它根据给定的运行条件及系统接线情况来确定整个电力系统各部分的运行状态、各母线电压、各元件中流过的功率、系统的功率损耗等。在电力系统的规划设计和现有电力系统运行方式的研究中,需要利用潮流计算来定量地分析

11、比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。此外,电力系统潮流计算也是系统动态稳定和静态稳定的基础。因此,潮流计算是研究电力系统的一种很重要也很基础的计算,是电力系统研究人员长期研究的一个课题。电力系统潮流计算分为离线计算和在线计算两种,前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式,后者则主要用于对正在运行系统的随时监视和及时控制。对电力系统潮流计算的要求有三点：计算方法的可靠性或收敛性；占用存少、计算速度快；计算的方便性和灵活性。1.2 潮流计算的意义及其发展1.2.1 潮流计算的意义潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算,即节点电压和功率分布,用以检查系统各元件是否过负荷,各

12、点电压是否满足要求,功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。现有的电力系统的运行和扩建、新的电力系统的规划设计以及对电力系统进行静态和稳态分析都是以潮流计算为基础。潮流计算的结果可用于如电力系统稳态研究、安全估计或最优潮流等。在运行方式管理中,潮流是确定电网运行方式的基本出发点；在规划领域,需要运用潮流分析来验证规划方案的合理性；在实时运行环境,调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以及校验运行的可靠性。在电力系统调度运行的多个领域,潮流问题都是研究电力系统稳态问题的基础和前提。1.2.2 潮流计算的现状及其发展潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题,求解的方法有很多种。利用

13、计算机进行潮流计算始于20世纪50年代,当时求解的方法是以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法导纳法,后来为解决导纳法的收敛差的问题,出现了以阻抗矩阵为基础的逐次代入法阻抗法。到20世纪60年代,针对阻抗法占用计算机存大的问题又出现了分块阻抗法及牛顿-拉夫逊法。由于牛顿-拉夫逊法在收敛性、占用存、计算速度方面都超过了阻抗法,因而成为20世纪60年代末以后普遍采用的方法。同时国外也广泛研究了诸如非线性规划法、直流法、交流法等各种不同的潮流计算方法。20世纪70年代以来,又涌现了更新的潮流计算方法。其中有快速分解法和保留非线性的高速潮流计算法,而快速分解法从1975年就开始在国使用,并习惯被称之为P-Q

14、分解法。P-Q分解法在计算速度上大大超过了牛顿-拉夫逊法,不但能应用于离线潮流计算,也能用于在线潮流计算,因而受到很多人的青睐。目前对潮流算法的研究仍然非常活跃,但大多数都是围绕着改进的牛顿-拉夫逊法和P-Q分解法进行的。此外,随着人工智能理论的发展,遗传算法、人工神经网络、模糊算法等也逐渐被引入潮流计算。但是,到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿-拉夫逊法和P-Q分解法的地位。随着电力系统规模的扩大和对计算速度要求的提高,计算机并行计算技术也将成为潮流计算中重要的研究领域。1.3 本毕业设计的主要容本文主要是分析电力网络的运行状况,运用P-Q分解法进行潮流计算,具体来讲要完成以下两点：

15、1学习潮流计算的基本原理。本文对电力系统网络导纳矩阵的形成过程及几种常见的潮流计算算法进行了介绍,并详细讲述了P-Q分解法的基本原理及形成过程。2举例分析。真实的电力网络是既简单又复杂的,其简单性在于所包含的电气元件基本相同,而复杂性在于网络结构多试多样。本文引用了一个基本含有所有类型元件,并包含少许节点和线路的例子。通过软件编程和手工计算两种方法进行潮流计算,并对结果进行了简要的分析。第2章 电力系统潮流计算的基本原理2.1 电力网络的数学模型所谓数学模型,是指反映电力系统中运行状态参数如电压、电流、功率等与网络参数之间的关系,反映网络性能的数学方程式。不难想象,符合这种要求的方程式有节电压

16、方程、回路电流方程、割集电压方程等1。2.1.1 电力网络的基本方程式电力网络可以用结点方程式或回路方程式表示出来。在结点方程式中表示网络状态的变量是各节点的电压,在回路方程式中是各回路中的回路电流2。一般若给出网络的支路数b,结点数n,则回路方程式数m为：m=b-n+1,结点方程式数m为：m=n-1,因此,回路方程式数比结点方程式数多d=m-m=b-2n+2。在一般电力系统中,各结点母线和间有发电机、负荷、线路电容等对地支路,结点和结点之间也有输电线路和变压器支路,一般b2n,而且用结点方程式易建立直观的方程式,输电线连接状态的变化时也易变更网络方程式。因此,电力系统的基础网络方程式一般用结

17、点方程式表示,电力系统基本网络如图2-1所示。图2-1 电力系统基本网络上图中,把发电机端子和负荷端子抽出来,剩下的输电线路及其它输电系统表示为Net网络。在发电机结点和负荷结点上标出任意序号：1,2,n。在Net部不包含电源,并且各节点和间连接的线路对地电容、电力电容器等都作为负荷来处理。令端子1,2,n的对地电压分别为,由各端子流向输电系统Net的电流相应为,则此网络方程组可表示为 式2-1可简写为或写成其中式2-4的Y 称为节点导纳矩阵。因输电系Net仅有无源元件构成,而导纳矩阵是对称矩阵,于是有电压V和电流I的关系用式2-12-5表示时称为节点导纳方程式。若电压V用电流I表示,则2-3

18、式可化为式2-7称为节点阻抗方程式,阻抗矩阵也是对称矩阵。2.1.2 节点导纳矩阵及其性质电力网络的节点电压方程：式2-8中 为节点注入电流列向量。由于规定注入网络的电流为正,流出网络的电流为负,因此,电源节点的电流为正,负荷节点的电流为负。而既无电源又无负荷的联络节点为零,带有地方负荷的电源节点为二者代数之和。式2-8中 为节点电压列向量。由于节点电压是对参考节点而言的,因而要先参考节点。在电力系统中,一般选作为参考节点,若整个网络无接地支路,则需选定某一节点作为参考节点。假设网络中节点数为不含参考节点n,则、均为n维列向量,为nn阶节点导纳矩阵。节点导纳矩阵的节点电压方程：,展开为：是一个

19、nn阶节点导纳矩阵,其阶数就等于网络中除参考节点外的节点数。节点导纳矩阵的对角元素i=1,2,n称为自导纳, 相当于在节点i处施加单位电压,其它节点全部接地时,经节点i注入网络的电流,即而 在数值上就等于与节点i直接相连的所有支路导纳的总和。节点导纳矩阵的非对角元素i=1,2,n ；j=1,2,n ；ij称为互导纳, 相当于在节点i施加单位电压,其它节点全部接地时,经节点j注入网络的电流,即而 数值上就等于连接节点i、j支路的导纳的负值,显然 恒等于。由上述可知,有如下性质：（1） 是方阵,其阶数等于除参考节点外的节点数一般,取为参考节点,编号为零。（2） 的对角元素等于与该节点所连接导纳的总

20、和,在与无接地支路的节点对应的行和列中,对角元素为非对角元素之和的负值。（3） 的非对角元素等于连接节点i,j支路导纳的负值。一般情况下,的对角元素往往大于非对角元素的负值,即。（4） 一般是对称矩阵,即,这是由网络的互异特性决定的,一般只要求求取这个矩阵的上三角或下三角部分。若网络中含有源元件如移相变压器,则对称性不再成立。（5） 是稀疏矩阵,其各行非零非对角元素就等于与该行相对应节点所连接的不接地支路数。一般,网络越大,节点数越多,的零元素也越多,稀疏性越强1。2.2 潮流计算的数学模型2.2.1 潮流计算的节点分类用一般的电路理论求解网络方程,目的是给出电压源或电流源研究网络的电流或电压

21、分布,一般用线性方程式表示。而在电力系统中,给出发电机或负荷连接母线上电压或电流都是向量的情况是很少的。一般是给出发电机母线上的有功功率P和母线电压的幅值U,给出负荷母线上负荷损耗的有功功率P和无功功率Q,由这些已知量去求电力系统的各种电气量1。所以,根据电力系统中各节点性质的不同,可以把节点分成三类：1PQ节点这类节点,已知的是节点注入功率P、Q,待求的是节点电压值U及相位角。一般未接发电设备的变电所母线和出力固定的发电厂母线可作为PQ节点,这类节点在电力系统中占大部分。2PV节点这类节点,已知的是节点注入有功功率P、电压幅值U,待求的是无功功率Q、电压相位角。在运行中往往要有一定可调节的无

22、功电源,来维持给定的电压值。一般为有一定无功功率储备的发电厂母线和具有一定无功功率电源的变电所母线,这类节点为数不多,甚至可有可无。3平衡节点这类节点,一般只设一个,全网功率由它来平衡。平衡节点电压幅值U及相位角时已知的,待求的是注入功率P、Q。若平衡节点上既有负荷功率户,又有电源功率时,一般负荷功率户是已知的,待求的仅是电源功率。因此,平衡节点一般选为主调频发电厂母线,但进行潮流计算时也可按别的原则来选择。例如,为提高导纳法潮流程序的收敛性,可选出线最多的发电厂母线作为平衡节点3。以上三类节点的4个运行参数P、Q、U、中,已知量都是两个,待求量也是两个,只是类型不同而已。2.2.2 潮流计算

23、的基本方程采用导纳矩阵时,式2-8可展开成如下形式：由于实际电网中测量的节点注入量一般不是电流而是功率,因此用节点注入功率来表示注入电流。而节点功率和节点电流的关系为：其中。因此,用导纳矩阵时,PQ节点可表示为 。把它带入2-12中 ,得式2-14就是电力系统潮流计算的数学模型潮流方程。它具有如下特点：（1） 它是一组代数方程,表征的是电力系统的稳定运行特性。（2） 它是一组非线性方程,只能用迭代方法求解。（3） 由于电压和导纳即可用直角坐标又可用极坐标表示,因而潮流方程有多中表达形式：极坐标表示、直角坐标表示、混合坐标表示。若取 , ,得潮流方程的极坐标形式：若取 , ,得潮流方程的直角坐标

24、形式：若取 , ,得潮流方程的混合坐标形式：不同坐标形式的潮流方程适合不同的迭代解法。如利用牛顿-拉夫逊迭代法求解,采用直角坐标和混合坐标形式方便；而P-Q分解法则应采用混合坐标形式。2.2.3 潮流计算的约束条件电力系统运行必须满足一定的技术和经济条件,这就构成了潮流问题中某些变量的约束条件,常见的约束条件如下：1节点电压应小于节点最大额定电压并大于最小额定电压,即： 从保证电能质量和供电安全考虑,所有电气设备都必须运行在额定电压附近。PV节点电压幅值必须按上述条件给定,因此,这一约束条件是对PQ节点而言的。2节点功率应小于节点最大额定功率并大于最小额定功率,即： 2-19PQ节点的P和Q、

25、PV节点的P,在给定时就必须满足上述条件,对平衡节点的P和Q、PV节点的Q应按上述条件进行校验。3节点间电压的相位差应小于最大额定相位差,即： 为保证系统稳定运行,要求某些输电线路两端的电压相位不超过一定数值,这一约束的主要意义就在于此4。第3章 潮流计算的方法3.1 高斯-赛德尔法高斯-赛德尔法原理比较简单,主要以节点导纳矩阵为基础。下面简单介绍一下其原理和潮流计算的过程。3.1.1 高斯-赛德尔法的基本原理设有n个联立的非线性方程： 3-1则未知数x可表示为： 3-2若已求得各变量的第k次迭代值,则第k+1次迭代值为： 3-3只要给定变量的初值就可按式3-3迭代计算,一直进行到所有变量都满

26、足收敛条件：即可2。3.1.2 高斯-赛德尔法的潮流计算过程设电力系统中有n个节点,没有PV节点,平衡节点编号为s,功率方程可表示如下： 3-4对每个PQ节点都可列出一个方程式,因而共有n-1个方程式。在这些方程式中,注入功率和都是给定的,平衡节点电压也是已知的,因而只有n-1个节点的电压是未知量,从而有可能求得唯一解。将上式写成高斯-赛德尔法的迭代形式： 若系统中有PV节点,假设节点p为PV节点,设节点电压为。假定高斯-赛德尔迭代法已完成第k次迭代,接着要做第k+1次迭代前,先按式3-6求出p的注入无功功率 然后代入式3-7,求出p点电压 在迭代中,按上式求得的p点电压不一定等于设定的电压,

27、所以在下次迭代中,应以设定的对电压进行修正,但其相位角仍保持上式所求得的值,使得 若所求得的PV节点的无功功率越限,则该PV节点转化为PQ节点。归纳起来,高斯-赛德尔迭代法计算潮流的步骤为：（1） 设定各节点电压初值,并给定迭代误差判据。（2） 对每一PQ节点,将前次迭代的电压值代入功率迭代方程,求出新值。（3） 对PV节点,求出其无功功率,并判定其是否越限,若越限则将PV节点转化为PQ节点。（4） 判别各节点电压前后二次迭代值向量差的模是否小于给定误差,若不小于,则回到第2步,继续计算,否则转到第5步。（5） 根据功率方程求出平衡节点注入功率。（6） 求支路的功率分布和功率损耗。3.2 牛顿

28、-拉夫逊法牛顿-拉夫逊法是数学中求解非线性方程式的典型方法,它是通过泰勒级数展开,忽略二阶以上高阶项,原理是逐次将非线性方程组线性化,再多次形成和求解修正方程,直至满足要求10。3.2.1 牛顿-拉夫逊法的基本原理设非线性方程组： 3-9在待求量x的某一个初值附近,将上式展开成泰勒级数,并略去二阶及以上的高阶项,得到如下的经线性化的方程组：式3-10称为牛顿-拉夫逊法的修正方程式,由此可求得第一次迭代的修正量：将和相加,得变量的第一次改进值。然后从出发,重复上述计算过程。从一定初值出发,应用牛顿-拉夫逊法求解的迭代格式为：上式中,是函数对于变量的一阶偏导数矩阵,即雅可比矩阵J,k为迭代次数。由

29、此可见,牛顿-拉夫逊法的核心便是反复形成并求解修正方程式。其突出优点是收敛速度快,若初值选择恰当,算法将具有平方收敛特性,一般迭代4-5次便可收敛到一个非常精确的解。它也有良好的收敛可靠性,即使是对高斯法呈病态的系统,它也能可靠收敛,但所需的存量及每次迭代所需的时间较高斯-赛德尔法多3。3.2.2 牛顿-拉夫逊法的潮流计算过程应用牛顿-拉夫逊法进行潮流计算的步骤如下：（1） 输入原始数据和信息,形成节点导纳矩阵。（2） 选节点电压初值,求修正方程式的常数项向量及雅可比矩阵的各元素。（3） 解修正方程式,求变量的修正向量和节点电压的新值。（4） 若含有PV节点,则检查该类节点的无功功率是否越限。

30、（5） 检查是否收敛,当电压趋于真解时,功率偏移量将趋于零。若不收敛,则以各节点电压新值作为初值返回第二步重新迭代,否则转入下一步。（6） 计算支路功率分布,PV节点无功功率和平衡节点注入功率,最后输出结果5。3.3 P-Q分解法P-Q分解法是从改进和简化的牛顿-拉夫逊法潮流计算的基础上提出来的,它的基本思想是：把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式,以有功功率误差作为修正电压向量相角的依据,以无功功率误差作为修正电压幅值的依据,把有功功率和无功功率的迭代分开进行。有关P-Q分解法的推导过程及计算流程详见第4章。第4章 P-Q分解法潮流计算4.1 极坐标下的潮流计算模型当采用极坐标时,潮流问题

31、的待求量为各节点电压的幅值U和相角。而平衡节点的电压向量是给定的,因此不参加迭代8。设系统中有m个PQ节点,则PV节点有n-个。对于PV节点,因电压幅值给定,这就减少了n-个未知数,而PV节点的注入无功功率为可调节量,不能预先给定,也就失去了约束作用。因此,对于PV节点,将式2-14按泰勒级数展开并略去和的二次及以后各项,则修正方程变为：取 , ,得到潮流方程的极坐标形式：式中表示i、j两节点电压的相角差,则每个节点的功率差可表示为： 上述方程式中把节点功率、表示为节点电压U和相角的函数,其中 、为外加功率当表示发电机等注入功率时为正,当表示负荷等流出功率时为负,节点功率差为两者的代数和。由式

32、4-14-2可知,各节点的、分别对、U求偏导数,并将各节点的、U值代入,可得雅可比矩阵J。其具体形式如下：则可得修正方程组： 用分块矩阵可表示为：雅可比矩阵中各、U元素对式4-4取偏导数,即则雅可比矩阵各元素如下：需要指出的是,在上述迭代过程中,若某个PV节点因无功功率越限而转化为PQ节点时,修正方程中也应更换或增加相应的行。在极坐标下,应增加一行对应于节点的无功功率不平衡量的关系式,在列向量中,若时,取,若时,取。4.2 P-Q分解法潮流计算P-Q分解潮流计算法是牛顿-拉夫逊潮流计算的一种简化方法,它充分利用了电力系统本身的运行特点来改进和提高计算速度,其所作的简化有以下几点。先将式4-4极

33、坐标表示的牛顿-拉夫逊法修正方程展开为 4-5由于交流高压电网中输电线路等元件的电抗远远大于电阻,因此电力系统中有功功率主要与各节点电压相角有关,无功功率则主要受各节点电压幅值的影响。故可近似忽略电压幅值和相角变化对有功和无功功率分布的影响,令N=0和J=0则式4-5展开后可简化为：4-6这样,就把2n阶的线性方程组变成了两个n阶的线性方程组,计算量和存方面都有很大改善。但H、L在迭代过程中不断变化,而且又都是不对称矩阵,因此,第二个简化,就是把式4-6中的系统矩阵简化为在迭代过程中不变的对称矩阵。一般情况下,线路两端电压相角差不大通常不超过10-20,因此可认为：4-7此外,与系统各节点无功

34、功率相应的导纳必远小于该节点自导纳的虚部,即 4-8因此 4-9考虑到上述关系,式4-6的系数矩阵中各元素可表示为： 4-10所以 式4-6可改写为 4-11其中将式4-11左乘,可得修正方程 4-12或 上式中虽然和形式相同,但为n-1阶矩阵,为n-m-1阶矩阵。由于和均为对称的常数矩阵,在迭代中保持不变,因此在计算中可以减少计算的工作量。由于P-Q分解法只是对牛顿-拉夫逊法的雅可比矩阵作简化,而对其功率平衡方程式及收敛判据都未做改变,因而它与牛顿-拉夫逊法同解3。但这种简化并不影响计算的精度,它要求的迭代次数较采用牛顿-拉夫逊法时多,但每次迭代所需的时间则较牛顿-拉夫逊法时少,从总的计算速

35、度上来说,P-Q分解法要比牛顿-拉夫逊法快11。因此,运用P-Q分解法进行潮流计算时,可以提高运算的速度。4.3 P-Q分解法潮流计算的基本步骤运用P-Q分解法计算潮流分布时的基本步骤如下：（1） 形成系数矩阵和,并求其逆阵。（2） 设各点电压的初值和。（3） 按式4-14-2计算有功功率的不平衡量,从而求出。（4） 解修正方程式4-13,求各节点电压相位角的变量。（5） 求各点电压相位角的新值。（6） 按式4-14-2计算无功功率的不平衡量,从而求出。（7） 解修正方程式4-14,求各节点电压大小的变量。（8） 求各节点电压大小的新值。（9） 运用各节点电压的的新值自第三步开始进入下一次迭代

36、。（10） 计算平衡节点功率和线路功率。概括这些基本步骤的原理框图如图4-1所示。图4-1 P-Q分解法基本步骤的原理框图第5章 算例验证与分析5.1 MATLAB软件MATLAB自问世以来,以其学习简单、使用方便及强大的矩阵处理功能而越来越受到世人的关注。目前,它已成为国际控制界最流行、使用最广泛的语言7。它强大的矩阵处理功能给电力系统的分析、计算带来许多方便。因其已被大多数人所熟知和应用,这里就不再赘述9。5.2 算例5.2.1 算例说明试运用P-Q分解法计算如图5-1所示系统中的潮流分布。计算精确度要求为各节点功率不平衡量不大于10-5 。图5-1 算例所示系统电路图对上述算例,经分析可

37、知：该电路不仅包含了PV节点、PQ节点、平衡节点三类节点,而且还包含了一字形和形架空线路,此外还含有非标准变比的变压器。因此,该算例基本上可以模拟电力系统中的所有线路,只是在节点个数上可能有所不同,但并不影响基本运算。若设计一个程序可以实现算例所要求的容,那该程序对大多数线路也同样适用,即具有通用性。5.2.2 潮流计算过程通过分析,可以得到该系统所示电路图中的节点信息和支路信息,现总结如表5-1、5-2所示。表5-1 算例所示系统电路图中的节点信息支路数：节点数：节点信息55节点编号节点类型节点电压节点相角节点有功节点无功111.0500 0221.050-3.7-1.3321.050-2-

38、1421.050-1.6-0.8531.050 5 0表5-2 算例所示系统电路图中的支路信息支路信息支路起始节点支路终止节点线路电阻线路电抗线路对地导纳变压器电阻变压器电抗变比K折算到哪一侧的标志1200000.031.050230.080.300.50000240.10.3500000340.040.250.500003500000.0151.051对上述表格作以下说明：第一：节点类型中,1、2、3分别表示平衡节点、PQ节点、PV节点。第二：K=kk1表示非标准变压器,K=0表示该线路无变压器。第三：输入变压器电阻、电抗时,若无说明,均采用归算到低压侧的数值进行计算。第四：折算到那一侧的标

39、志中,1表示支路起始节点处于高压侧,0表示支路起始节点处于低压侧。1 用程序实现通过对算例的分析,用MATLAB软件进行编程,其详细程序见附录12。程序的运行结果如下：迭代次数11每次没有达到精度要求的有功功率个数为4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 0每次没有达到精度要求的无功功率个数为3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 0各节点的电压标幺值E节点号由小到大为1.0500 1.0398 - 0.0739 i 0.9902 + 0.4096 i 0.8503 - 0.0333 i 0.9398 + 0.4683 i各节点的电压大小U节点号由小到大为1.0500 1.0424 1.071

40、6 0.8510 1.0500各节点的电压相角O节点号由小到大为0 -4.0648 22.4743 -2.2405 26.4877各节点的功率S节点号由小到大为2.4630 + 2.0916 i -3.7000 - 1.3000 i -2.0000 - 1.0000 i-1.6000 - 0.8000 i 5.0000 + 2.2361 i各支路的首端功率Si同B1的顺序为2.4630 + 2.0916 i -1.3134 - 0.0420 i 0.0763 + 0.5496 i1.6866 + 0.7229 i 5.0000 + 2.2361 i各支路的末端功率Sj同B1的顺序为-2.463

41、0 + 1.5597 i 1.3134 + 0.1050 i -0.0480 - 0.4504 i-1.5520 - 0.3496 i -5.0000 + 5.2893 i各支路的功率损耗DS同B1的顺序为0.0000 + 3.6513 i 0.0000 + 0.0630 i 0.0283 + 0.0992 i0.1346 + 0.3733 i 0.0000 + 7.5254 i电压迭代次数曲线如图5-2所示。图5-2 电压迭代次数曲线2 手工计算过程第一歩：形成节点导纳矩阵节点导纳矩阵Y中的,无变压器时,数值上就等于与该节点直接连接的所有支路导纳的总和；有变压器时,要对含变压器支路的导纳进行

42、折算。节点导纳矩阵Y中的,无变压器时,数值上就等于连接节点i、j支路导纳的负值；有变压器时,为线路阻抗乘以K求倒数后再去负值。因此,可得节点导纳矩阵Y如下：第二歩：形成矩阵、取节点导纳矩阵Y的虚部,得到矩阵B除去矩阵B中平衡节点所在的行和列即第一行和第一列,得到矩阵除去矩阵B中平衡节点和PV节点所在的行和列即第一行、第一列和第五行、第五列,得到矩阵第三步：求不平衡功率 、修正相角、不平衡功率、修正电压算例所示系统中系统中,不平衡节点共有4个,根据式4-14-2计算可得、；求出、的逆矩阵,将电压矩阵中平衡节点对应的电压值置零,形成新矩阵,根据式4-13计算可得,再将矩阵与矩阵相加,得到新矩阵；将

43、电压矩阵中平衡节点和PV节点对于的电压值置零,形成新矩阵,根据式4-14计算可得,再将矩阵与矩阵相加,得到新矩阵。第四步：将新电压值进行下一轮迭代,直至满足精度要求为止。经手动计算,得到节点1到节点5的功率分别为：2.4630 + 2.0916 i -3.7000 - 1.3000 i -2.0000 - 1.0000 i -1.6000 - 0.8000 i 5.0000 + 2.2361 i5.3 算例结果分析经过软件编程计算和手工计算,发现两者结果一样,都是收敛的。对比牛顿-拉夫逊法潮流计算,采用P-Q分解法进行潮流计算时,虽然迭代的次数比较多,但总体而言,其运算速度明显优于牛顿-拉夫逊

44、法,这对于复杂电力系统网络的潮流计算起到了很大的帮助和简化作用。此外,通过手动计算和软件编程计算,可清楚地知道,手动计算的计算量比较庞大,计算过程繁琐且容易出错,获得最终结果所需的时间长；而用软件编程进行计算则完全不同,由于借助了MATLAB软件强大的矩阵处理功能,使得潮流计算的过程更加简便、迅速,只要程序编写正确,就可以快速地得到运算结果,从而大节省了时间,提高了运算效率。但需要指出的是,无论是手动计算还是软件编程,都离不开电压初值选择,只有选则恰当的电压初值,所得的结果才会收敛,否则一切都是徒劳。结论本次设计的主要任务是全面理解P-Q分解法潮流计算的原理,并会用其进行潮流计算,经过几个月的

45、努力,我初步完成了设计的要求,现总结如下：1. 查找资料和熟悉理论知识的重要性经过查阅各种相关资料及对电力系统潮流计算的理论知识的深入学习,我更加清晰地了解了潮流计算的重要性和潮流计算的计算过程,为以后的毕业设计的顺利进行打下了良好的基础。2. P-Q分解法的优越性P-Q分解法利用了电力系统的一些运行特性,对牛顿-拉夫逊法做了简化,收敛性较好,可提高计算速度,物理概念较为清晰,也是目前计算速度最快的潮流算法。3. 有效利用工具的便捷性本论文在应用P-Q分解法进行潮流计算时,充分利用了MATLAB软件强大的矩阵功能这一优点,使计算过程更加简洁、迅速,从而更好地完成了任务。4. P-Q分解法潮流计

46、算仍存在着一些问题在设计过程中,我发现P-Q分解法潮流计算也存在一些问题,比如若初始电压选的不恰当,可能导致结果不收敛。在本次毕业设计中,我也遇到了很多困难和挫折,但通过我的努力和老师、同学们的帮助,使我顺利地渡过了难关。在不断克服困难的过程中,我所学的的知识得到了更好的运用,能力也有所提升,我想这就是本次毕业设计的目的。这次毕业论文的设计使我的大学生活过的无比充实,也为我的大学生涯划上了一个圆满的句号,在今后的工作和学习中,我会继续严格要求自己,认真对待每一件事,充分发挥自己的价值,做一个对社会有用的人。 辞在大学的学习和生活即将结束,我衷心的感所有曾经指导过我的老师和帮助过我的同学。他们在

47、我的学习生涯中给了我很大的帮助,这次的设计能够成功的完成,与他们的帮助是分不开的,在此,特别感我的指导老师对我的关怀和教导。本次的设计和论文是在吴茜琼老师的直接指导下完成的,在论文的选题及设计思路上得到了老师多次的指导与帮助,并且多次给予了我宝贵的意见,不厌其烦的帮我修改论文,接了我无数次的,但老师始终耐心的为我解答各种在设计中遇到的问题。在本次毕业设计过程中,能够得到老师的指导使我感到十分的荣幸,老师严谨的治学作风、热情的待人态度给我留下了深刻的印象。在论文完成之际,再次表示对老师衷心的感,同时也对在设计过程中帮助过我的其他老师和同学,在此也表示诚挚的意。对给予我帮助过的老师和同学们再次表示

48、万分的感！参考文献1 衍. 电力系统稳态分析. :中国电力,19952 何仰赞,温增银. 电力系统分析上、下册. 华中理工大学,19933 韦钢. 电力系统分析基础. : 中国电力,20064 耿银. 电力系统分析基础. : 机械工业,20115 祯祥,吴国炎. 电力系统分析. 大学,19936 王栋. Visual Basic 程序设计实用教程. : 清华大学,20027 维波. MATLAB 在电气工程中的应用. : 中国电力,20078 邱晓燕,天琪. 电力系统分析的计算机算法. : 中国电力.20099 吴天明,新力,建存. MATLAB电力系统设计与分析. :国防工业,200710孟

49、祥萍. 电力系统分析. : 高等教育.200411 武晓朦,飞廷. 电力系统的P- Q 分解法潮流计算J. 现代电子技术,2002 ,142: 105-10612 帆. 电力系统潮流计算程序设计J. 冶金,2007,1062:42-4413军,学军. MATLAB 在电力系统分析中的应用J . 电力系统及其自动化学报, 2000.4, 12: 23-2514 宁,江红梅,渭. 基于MATLAB的电力系统潮流计算J. 西北农林科技大学学报,2004.12,32: 124-12615 周卫星,颖基. 于MATLAB的电力系统潮流计算J.科技咨询导报,2007,10：70-71附 录P-Q分解法潮流

50、计算程序clear;clc;n=5;n1=5;isb=1;pr=0.00001;B1=1 2 0.03i 0 1.05 0;2 3 0.08i+0.3i 0.5i 1 0;2 4 0.1+0.35i 0 1 0;3 4 0.04+0.25i 0.5i 1 0;3 5 0.015i 0 1.05 1;B2=0 0 1.05 1.05 0 1;0 3.7+1.3i 1.05 0 0 2;0 2+1i 1.05 0 0 2;0 1.6+0.8i 1.05 0 0 2;5 0 1.05 0 0 3;X=1 0;2 0;3 0;4 0;5 0;na=3;Y=zeros; YI=zeros; e=zero

51、s; f=zeros; V=zeros; O=zeros;for i=1:n if X=0; p=X; Y=1./X; endendfor i=1:n1 if B1=0 p=B1;q=B1; else p=B1;q=B1; end Y=Y-1./B1*B1; Y1=Y1-1./B1; Y=Y;YI=YI;Y=Y+1./B1*B12+B1./2;YI=YI+1./B1;Y=Y+1./B1+B1./2;YI=YI+1./B1;end G=real;B=imag;BI=imag;for i=1:nS=B2-B2;BI=BI+B2;endP=real;Q=imag;for i=1:ne=realB2;

52、f=imagB2;V=B2;endfor i=1:nif B2=2V=sqrte2+f2;O=atanf./e; endendfor i=2:nif i=nB=1./B;else IC1=i+1;for j1=IC1:nB=B./B; endB=1./B;for k=i+1:nfor j1=i+1:nB=B-B*B; end end endendp=0;q=0;for i=1:nif B2=2p=p+1;k=0;for j1=1:nif B2=2k=k+1;A=BI; end end endendfor i=1:naif i=naA=1./A;else k=i+1;for j1=k:naA=A

53、./A; endA=1./A;for k=i+1:nafor j1=i+1:naA=A-A*A; endend endendICT2=1;ICT1=0;kp=1;kq=1;K=1;DET=0;ICT3=1;while ICT2=0|ICT3=0 ICT2=0;ICT3=0; for i=1:n if i=isb C=0; for k=1:n C=C+V*G*cosO-O+BI*sinO-O; end DP1=P-V*C; DP=DP1./V; DET=absDP1; if DET=pr ICT2=ICT2+1; end end endNp=ICT2;if ICT2=0 for i=2:n DP

54、=B*DP; if i=n IC1=i+1; for k=IC1:n DP=DP-B*DP; end else for LZ=3:i L=i+3-LZ; IC4=L-1; for MZ=2:IC4 I=IC4+2-MZ; DP=DP-B*DP; end end end end for i=2:n O=O-DP; end kq=1;L=0; for i=1:n if B2=2 C=0;L=L+1; for k=1:n C=C+V*G*sinO-O-BI*cosO-O; end DQ1=Q-V*C; DQ=DQ1./V; DET=absDQ1; if DET =pr ICT3=ICT3+1; end end endelse kp=0;