山东交通学院电力系统分析课程设计报告书院（部）别信息科学与电气工程学院班 级学 号姓 名时间指导教师2014.06.9-2013.06.13 课程设计任务书题目电力系统分析课程设计学院信息科学与电气工程学院专业电气工程及其自动化班 级_学生姓名 学 号6月9日至6月_13日共1周指导教师（签字） 院长 （签字） 2014 年 6 月 13 日一、设计内容及要求复杂网络牛顿一拉夫逊法潮流分析与计算的设计 电力系统潮流计算是电力系统中一项最基本的计算， 设计内容为复杂网络潮 流计算的计算机算法一一牛顿-拉夫逊法。首先，根据给定的电力系统简图，通过手算完成计算机算法的两次迭代过程， 从而 加深对牛顿-拉夫逊法的理解，有助于计算机编程的应用。其次，利用计算机编程对电力系统稳态运行的各参数进行解析和计算； 编程 完成复杂网络的节点导纳矩阵的形成；电力系统支路改变、节点增减的程序变化； 编程 完成各元件的功率损耗、各段网络的电压损耗、各点电压、功率大小和方向的计算。二、设计原始资料 给出一个 46节点、环网、两电源和多引出的电力系统； 参数给定，可以选用直角坐标 表示的牛拉公式计算， 也可以选用极坐标表示的牛 拉公式计算。 具体题目详见附录题单三、设计完成后提交的文件和图表1 计算说明书部分设计报告和手算潮流的步骤及结果2 图纸部分:电气接线图及等值电路；潮流计算的计算机算法，即程序；运算结果等以图片的形式附在设计报告中四、进程安排第一天上午：选题，查资料，制定设计方案； 第一天下午一一第三天下午：手算完成潮流 计算的要求； 第四天上午一一第五天上午：编程完成潮流计算，并对照手算结果，分析误差 第五天下 午：答辩，交设计报告。五、主要参考资料电力系统分析（第三版） 于永源主编，中国电力出版社，2007 年电力系统分析，何仰赞 温增银编著，华中科技大学出版社，2002 年版;电力系统分析，韩桢祥主编，浙江大学出版社，2001年版；电力系统稳态分析，陈珩 编，水利电力出版社；成绩评定表指导教师成绩答辩小组成绩总评成绩潮流计算，电力学名词，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负 荷参量 条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。 潮流计算是 根据给定的电 网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各 部分稳态运行状态参 数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的 功率、枢纽点电压、平衡点 的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母 线节点的电压幅值和相角，以及各 支路的功率分布、网络的功率损耗等。传统的 潮流计算程序缺乏图形用户界面，结果显 示不直观，难于与其他分析功能集成， 网络原始数据输入工作量大且易于出错。 结合电 力系统的特点，对于复杂电力系 统，根据定条件，应用牛顿-拉夫逊法进行计算，在手工 计算中，由于涉及大量 变量、微分方程、矩阵计算，求解很繁琐，计算不同系统时需要 重新计算。运用 MATLAB 软件进行仿真潮流计算，图形界面直观，运行稳定，计算准 确，提高 了计算速度，各个类的有效封装又使程序具有很好的模块性 可维护性和可重用 性。关键字：潮流计算 牛拉法 Matlab目录1潮流计算 11.1潮流计算概述 11.2潮流计算的要求 21.3潮流计算的优势 21.4潮流计算的用途 32 MATLAB 简介42.1MATLAB 概述 43牛顿-拉夫逊法概述 53.1牛顿-拉夫逊基本原理 53.2直角牛顿-拉夫逊法潮流计算求解过程 64设计过程 124.1 题目 D 124.2牛顿拉夫逊法程序流程图 2114.3设计程序 22心得体会 25参考文献 261 潮流计算1.1 潮流计算概述潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态， 如各母线上 的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是 电力系统 稳定计算和故障分析的基础。 通过潮流计算可以判断电网母线电压、 支 路电流和功率 是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在 规划的电力系统，通 过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。 潮流计算还可以为继电保 护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算 等提供原始数据。具体表现在以下方面：(1) 在电网规划阶段，通过潮流计算，合理规划电源容量及接入点，合理规划 网 架,选择无功补偿方案，满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调 相、调压 的要求。(2) 在编制年运行方式时，在预计负荷增长及新设备投运基础上，选择典型方 式进 行潮流计算，发现电网中薄弱环节，供调度员日常调度控制参考，并对规划、 基建部门 提出改进网架结构，加快基建进度的建议。(3) 正常检修及特殊运行方式下的潮流计算，用于日运行方式的编制，指导发 电厂 开机方式，有功、无功调整方案及负荷调整方案，满足线路、变压器热稳定要 求及电压 质量要求。(4) 预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式 调整方 案。总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中， 都需要进行潮流计算以比 较运行 方式或规划供电方案的可行性、 可靠性和经济性。同时，为了实时监控电 力系统的运行 状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力 系统中应用最广泛、 最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系 统的运行方式时，采用离线 潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中， 则采 用在线潮流计算。此外，电力系统 潮流计算也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。所以潮流计算是研究电力系统的一种很重要和基础的计算。1.2 潮流计算的要求电力系统运行必须满足一定技术和经济上的要求。 这些要求够成了潮流问题 中某些变量的约束条件，常用的约束条件如下：1 节点电压应满足UiminUjmax(i = 12|n)imin 兰 5 兰 jmax从保证电能质量和供电安全的要求来看，电力系统的所有电气设备都必须运行在额定电压附近。PU节点电压幅值必须按上述条件给定。因此，这一约束条件对PQ 节点而言2. 节点的有功功率和无功功率应满足ppGi min Gi maxQQi maxGi minPQ 节点的有功功率和无功功率，以及 PU 节点的有功功率，在给定是就必须 满足 上述条件，因此，对平衡节点的 P 和 Q 以及 PU 节点的 Q 应按上述条件进行 检验。3. 节点之间电压的相位差应满足L IT I I Iij i ji j max为了保证系统运行的稳定性，要求某些输电线路两端的电压相位不超过一定 的数 值。这一约束的主要意义就在于此。因此，潮流计算可以归结为求解一组非线性方程组，并使其解答满足一定 的约束 条件。常用的方法是迭代法和牛顿法，在计算过程中，或得出结果之后用 约束条件进行 检验。如果不能满足要求，则应修改某些变量的给定值，甚至修改 系统的运行方式，重 新进行计算。1.3 潮流计算的优势电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系 统正常 和故障条件下稳态运行状态的计算。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。 对现有电 力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和 暂态稳定分析 都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用于电力系统稳态研究， 安全估计或最优潮流 等，实际电力系统的潮流计算主要采用牛顿-拉夫逊法。借由 MATLA 可以轻松实现计算复杂的电力系统潮流分布。1.4 潮流计算的用途流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的 各种问 题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划 方案能否满足 各种运行方式的要求； 对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预 知各种负荷变化和网 络结构的改变会不会危及系统的安全， 系统中所有母线的电 压是否在允许的范围以内，系统中各种元件（线路、变压器等）是否会出现过负荷， 以 及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。潮流计算是电力系统分析最基本的计算。除它自身的重要作用之外， 在电力系统 分析综合程序（PSASP）中，潮流计算还是网损计算、静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰静态稳定计算、短路计算、静态和动态等 值计算的基础2 MATLAB 简介2.1MATLAB 概述MATLA的含义是矩阵实验室(Matrix Laboratory ),是美国MathWork公司 于1982推出的一套高性能的数值计算可视化软件，包括MATLA主程序、SIMULINK动 态系统仿真包和各种专业工具箱它集数值分析，矩阵计算，信号处 理和图形显示于一 体，构成一个方便的，界面友好的用户环境，具有极强大的计 算功能和极高的编程效率，特别适合于科学计算、数值分析、系统仿真和信号处理等任务。MATLA程学设计语 言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数 据元素是不需要定义的数组。它可以高 效率的解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。通过MATLA语言，可以用 类似数学公式的方式来编写算法， 大大降低了程序需要的难度别难并节省了时间，从而 可把主要的经历集中在算法的构思而不是编程上。学习运用MATLA计算电力系统潮流 分布是本次课程设计的重点，可以说，作为工科学生，会运用MATLA来解决工程问题 已成为必须。到目前为止，MATLA已发展成为国际上最优秀的科技应用软件之一。它的 功能 十分强大，不仅仅可以实现计算潮流分布，还可以模拟仿真各式各样的数值系统， 工程。这里将借助MATLA来完成用直角牛顿-拉夫逊法计算电力系统潮流分布。3 牛顿 -拉夫逊法概述3.1 牛顿-拉夫逊基本原理 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。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统 进行规划 设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。 潮流计算结果可用 如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模 型和方法有直接影响。实际 电力系统的潮流技术那主要采用牛顿-拉夫逊法。牛顿-拉夫逊法(简称牛顿法)在数学上是求解非线性代数方程式的有效方 法。其要 点是把非线性方程式的求解过程变成反复地对相应的线性方程式进行求 解的过程。即通常 所称的逐次线性化过程。对于非线性代数方程组：f(x)=O 即fj(Xj,X2l(,Xn) =0(i =101, n) (3-1-1)在待求量X的某一个初始估计值X(O)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：f(x(0) f(x(0)：x(0) =0(3-1-2)上式称之为牛顿法的修正方程式。由此可以求得第一次迭代的修正量 X(o八-t(X(o) j f(x(0)(3-1-3)将：X(0)和X(0)相加，得到变量的第一次改进值x(l)。接着就从x(l)出发，重复 上述计算过程。因此从一定的初