2022年两机五节点网络潮流计算方法牛拉法和pq法_电力系统稳态分析课程设计.docx

精品学习资源电力系统稳态分析课程设计题 目 名 称 两机五节点网络潮流运算方法牛拉法和 pq 法学 生 姓 名学 号系 、专 业 电气工程系电气工程及其自动化指 导 教 师2021 年 12 月 28 日目 录摘要 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ............ ................................. 第一章 原理简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .................. ⋯31.1 对潮流分析地简介 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .. ⋯⋯⋯⋯⋯3欢迎下载精品学习资源1.1.1 潮流运算方法分析比较 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ... ⋯⋯ .31.2 MA TLAB 简介 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ . ⋯⋯⋯41.2.1 矩阵地运算 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51.3 牛顿拉夫逊法运算潮流分布 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..6其次章 程序及结果 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .. ⋯⋯ ..102.1 设计资料及参数 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ...102.1.1 牛顿拉夫逊法地程序框图 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 132.2 用 Matlab 设计程序 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 142.2.1 程序地编写 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 142.2.2 程序运行结果 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ... ⋯⋯⋯ 192.2．3p_q 法程序编写 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 22总 结 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .. ⋯⋯⋯ 32参 考 文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ . ⋯⋯ .32电力系统稳态分析课程设计1.1 对潮流分析地简介潮流分析是讨论电力系统地一种最基本和最重要地运算 .最初，电力系统潮流运算是通过人工手算地，后来为了适应电力系统日益进展地需要，采纳了沟通运算台 .随着电子数字运算机地显现， 1956 年 Ward 等人编制了实际可行地运算机潮流运算程序 .这样，就为欢迎下载精品学习资源日趋复杂地大规模电力系统供应了极其有力地运算手段 .经过几十年地时间，电力系统潮流运算已经进展得特别成熟 .潮流运算是讨论电力系统稳态运行情形地一种运算，是依据 给定地运行条件及系统接线情形确定整个电力系统各个部分地运行状态，如各母线地电压、各元件中流过地功率、系统地功率损耗等等 .电力系统潮流运算是运算系统动态稳固和静态稳固地基础 .在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式地讨论中，都需要利用电力系统潮流运算来定量地比较供电方案或运行方式地合理性、牢靠性和经济性 .1.1.1 潮流运算方法分析比较高斯 - 赛德尔潮流运算法原理简洁，编程实现简洁，特殊是对于配网潮流有其特殊优势.但是高斯 - 赛德尔潮流运算法在牛顿法以及各种解耦法显现以后好像成了一种边缘性地方法 .牛顿 - 拉夫逊法地优点是收敛速度快，如初值挑选较好，算法将具有平方收敛特性，一般迭代 4~5 次便可以收敛到一个特别精确地解，而且其迭代次数与所运算地网络规模基本无关 .牛顿 - 拉夫逊法也具有良好地收敛牢靠性 对于呈病态地系统，牛顿 -拉夫逊法均能牢靠地收敛 .牛顿法地缺点是每次迭代地运算量和所需地内存量较大 .这是由于雅可比阵元素地数目约为 2〔n- 1〕 ×2〔n- 1〕个（直角坐标），且其数值在迭代过程中不断变化 .不过，内存占用量及每次迭代所需地时间与程序设计技巧亲密相关 .牛顿 -拉夫逊法地牢靠收敛取决于一个良好地启动初值，假如初值挑选不当，算法有可能根本不收敛或收敛到一个无法运行地解点上 .对于正常运行地系统，各节电电压一般均在额定值邻近，偏移不会太大，并且各节电地相角差也不大，所以对各节电可以采纳统一地电压初值 .P- Q 分解法是为了改进牛顿 -拉夫逊法在内存占用量及运算速度方面地不足， P- Q 分解法依据电力系统实际运行状态地物理特点，对极坐标形式地牛顿 - 拉夫逊法修正方程式进行了合理地简化 .欢迎下载精品学习资源它无论在内存占用量仍是运算速度方面都比牛顿 -拉夫逊法有较大地改进，是目前运算速度最快地潮流算法 .1.2 Matlab 地简介MA TLAB 是一种交互式、面对对象地程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界， 主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动掌握模拟、数字信号处理、动态分析、绘图等 方面也具有强大地功能 .MATLAB 程序设计语言结构完整，且具有优良地移植性，它地基本数据元素是不需要定义地数组 .它可以高效率地解决工业运算问题，特殊是关于矩阵和矢量地运算 .MA TLAB 与 C 语言和 FORTRAN 语言相比更简洁被把握 .通过 M 语言，可以用类似数学公式地方式来编写算法，大大降低了程序所需地难度并节约了时间，从而可把主要地精力集中在算法地构思而不是编程上 .另外， MATLAB 供应了一种特殊地工具：工 具箱（ TOOLBOXES ） .这些工具箱主要包括：信号处理（ SIGNAL PROCESSING ）、掌握 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、不同层次地用户通过相应工具地学习和应用，可以便利地进行运算、分析及设计工作 .MATLAB 设计中，原始数据地填写格式是很关键地一个环节，它与程序使用地便利性和敏捷性有着直接地关系 . 原始数据输入格式地设计，主要应从使用地角度动身，原就是简洁明白，便于修改.1.2.1 矩阵地运算常数与矩阵地运算即是同该矩阵地每一元素进行运算 .但需留意进行数除时，常数通常只能做除数 .欢迎下载精品学习资源基本函数运算中，矩阵地函数运算是矩阵运算中最有用地部分，常用地主要有以下几个：det〔a〕 求矩阵 a 地行列式eig〔a〕 求矩阵 a 地特点值inv〔a〕 或 a ^ 〔-1〕 求矩阵 a地逆矩阵rank〔a〕 求矩阵 a 地秩trace〔a〕 求矩阵 a地迹（对角线元素之和）我们在进行工程运算经经常遇到矩阵对应元素之间地运算 .这种运算不同于前面讲地数学运算，为有所区分，我们称之为数组运算 .数组地加、减与矩阵地加、减运算完全相同.而乘除法运算有相当大地区分，数组地乘除法是指两同维数组对应元素之间地乘除法，它们地运算符为 “.* 和”“./或”“.”前.面讲过常数与矩阵地除法运算中常数只能做除数 .在数组运算中有了 “对应关系 ”地规定，数组与常数之间地除法运算没有任何限制 .另外，矩阵地数组运算中仍有幂运算（运算符为 .^ ）、指数运算（ exp）、对数运算（ log ）、和开方运算（ sqrt）等 .有了 “对应元素 ”地规定，数组地运算实质上就是针对数组内部地每个元素进行地 .矩阵地幂运算与数组地幂运算有很大地区分 .1.3 牛顿拉夫逊法运算潮流分布一、牛顿拉夫逊法求解过程大致可以分为以下步骤：（ 1）形成节点导纳矩阵（ 2）将各节点电压设初值 U（ 3）将节点初值代入相关求式，求出修正方程式地常数项向量欢迎下载精品学习资源（ 7）检查是否收敛，如不收敛，就以各节点电压地新值作为初值自第3 步重新开头进行狭义次迭代，否就转入下一步（ 8）运算支路功率分布， PV 节点无功功率和平稳节点柱入功率.二、直角坐标系运算〔1〕 牛顿 -拉夫逊法潮流运算地公式.把牛顿法用于潮流运算，采纳直角坐标形式.其中电压和支路导纳可表示为：Vi eiYij Gijjf ijBij（ 1-1）〔2〕PQ 节点地输出有功功率和无功功率是给定地，就第i 节点地给定功率设为Pis 和Qis （称为注入功率） .假定系统中地第 1、2、 ⋯ 、m 节点为 PQ 节点，对其中每一个节点地 N-R 法表达式 :nnPiPisPiPisei〔Gij ejBijf j 〕fi〔Gij f j Bij ej 〕 0j 1 j 1n nQiQisQiQisf i〔GijejBij f j 〕 ei〔Gij f jBij ej 〕0j 1 j 1（ 4）将节点电压初值代入求式，求出雅可比矩阵元素（ 5）求解修正方程，求修正向量（ 6）求取节点电压地新值i =（ 1、2、⋯、m） （ 1-2）(3) PV 节 点 地 有 功 功 率 和 节点 电 压 幅 值 是 给定 地 . 假 定系 统 中 地 第 m+1 、m+2 、⋯、n-1 节点为 PV 节点，就对其中每一 PV 节点可以列写方程：欢迎下载精品学习资源n n欢迎下载精品学习资源Pi Pis PiPisei 〔Gij ej j 1Bijf j 〕f i 〔Gij f j j 1Bij ej 〕 0欢迎下载精品学习资源U 2 U 2 U 2U 2 〔e2f 2 〕（ 1-欢迎下载精品学习资源is i is i i3）i =（ m+1 、m+2 、⋯ 、n-1）(4) 形成雅可比矩阵 .当 j=i 时，对角元素为欢迎下载精品学习资源Pni 〔G e B f 〕G e B f N欢迎下载精品学习资源ei j 1P nij j ij j ii i ii i ii欢迎下载精品学习资源i 〔G f B e 〕 B e G f H欢迎下载精品学习资源fi j 1Q nij j ij j ii i ii i ii欢迎下载精品学习资源i 〔G f B e 〕B e G f L欢迎下载精品学习资源ei j 1Q nij j ij j ii i ii i ii欢迎下载精品学习资源i 〔G e B f 〕 G e B f J欢迎下载精品学习资源fi j 1iU 2ij j ij j ii i ii ii ii欢迎下载精品学习资源e2eiiU2ii 2 ffi（ 1-4）当 j i 时,矩阵非对。