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基于Matlab的IEEE14节点潮流计算程序说明书.docx

发布时间：2022-06-20 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.04M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    1 绪论
    1.1 潮流计算概况
    1.1.1 潮流计算的历史
    1.1.2 潮流计算的发展趋势
    1.2 潮流计算的意义
    1.3 章节安排
    2 潮流计算算法原理及算法实现
    2.1 牛顿—拉夫逊法潮流原理、实现步骤及流程框图
    2.1.1 牛顿—拉夫逊法简介
    2.1.2牛顿-拉夫逊潮流计算原理
    2.1.3 牛顿—拉夫逊法算法的求解过程及流程框图
    2.2 P-Q快速分解法简介
    2.2.1 P-Q快速分解法基本原理
    2.2.2 P-Q快速分解法的求解过程及流程框图
    3潮流计算的案例和源程序
    3.1 IEEE 14 节点案例模型
    3.2 输入数据
    3.2.1 数据的输入
    3.2.2计算节点导纳矩阵
    3.3 源程序
    3.3.1 极坐标牛顿-拉夫逊算法
    3.3.2 P-Q分解法
    3.4结果比较
    3.4.1 迭代次数与运行时间
    3.4.2各节点电压幅值、相角与功率
    3.5 数据分析
    结 论
    致 谢
    参考文献
    电力系统稳态分析 作 学 者 : 院 : 专业(方向): 班 级 : 学 号 ： 自动化学院 电力电子与电力传动 题 目 : 基于 IEEE14 节点的牛顿-拉夫逊法和 P-Q 分解法潮流计算分析与比较 导 师： 任课教师： 2018 年 11
    电力系统稳态分析 基于 EEE14 节点的牛-拉法和 P-Q 法潮流计算分析与比较 摘 要 随着国家电网规模的扩大，潮流计算的计算机解法变得尤为重要。潮流分析计算 是电力系统分析中的一种最基本的分析计算，它的任务是对给定运行条件的电力系统 进行分析，确定系统的运行状态，即求出各母线的电压、网络中的功率分布及功率损 耗。本文采用 IEEE14 节点模型，在 Matlab 2016a 上，使用极坐标的牛顿-拉夫逊法 （Newton-Raphson,简称 N-R）和快速分解法（P-Q）实现电力系统潮流计算。最后对 这两种不同的潮流算法，比较它们在计算时间、迭代次数和精度上的不同，分析两种 算法的优缺点。为简化计算网络的节点导纳矩阵的程序，将普通支路当作变比为一的 变压器支路计算。程序可以对任何仅含有变压器和线路的系统进行潮流计算，并可以 自动判断节点类型。 关键词：潮流计算，牛顿-拉夫逊算法，P-Q 法，MATLAB
    电力系统稳态分析 基于 IEEE14 节点的牛-拉法和 P-Q 法潮流计算分析与比较 ABSTRACT With the expansion of the national grid, computer solutions for power flow calculations have become particularly important. The tidal current analysis calculation is one of the most basic analytical calculations in power system analysis. Its task is to analyze the power system for a given operating condition and determine the operating state of the system, that is, to determine the voltage of each bus and the power in the network. Distribution and power loss. In this paper, the IEEE14 node model is used. On Matlab 2016a, the power system power flow calculation is realized by using the polar coordinates Newton-Raphson (N-R) and fast decomposition method (P-Q). Finally, the two different power flow algorithms are compared in terms of calculation time, iteration number and precision, and the advantages and disadvantages of the two algorithms are analyzed. In order to simplify the procedure for calculating the node admittance matrix of the network, the ordinary branch is calculated as a transformer branch that is proportional to one. The program can perform power flow calculations on any system that only contains transformers and lines, and can automatically determine the node type. KEYWORDS: Flow Calculation;Newton-Raphson algorithm;P-Q algorithm;MATLAB
    基于 IEEE14 节点的牛-拉法和 P-Q 法潮流计算分析与比较 第 I 页 目 录 1 绪论................................................................................................................................... 1 1.1 潮流计算概况................................................................................................................ 1 1.1.1 潮流计算的历史......................................................................................................... 1 1.1.2 潮流计算的发展趋势................................................................................................. 2 1.2 潮流计算的意义............................................................................................................ 2 1.3 章节安排........................................................................................................................ 3 2 潮流计算算法原理及算法实现....................................................................................... 4 2.1 牛顿—拉夫逊法潮流原理、实现步骤及流程框图.................................................... 4 2.1.1 牛顿—拉夫逊法简介................................................................................................. 4 2.1.2 牛顿-拉夫逊潮流计算原理.........................................................................................4 2.1.3 牛顿—拉夫逊法算法的求解过程及流程框图......................................................... 6 2.2 P-Q 快速分解法简介......................................................................................................7 2.2.1 P-Q 快速分解法基本原理...........................................................................................8 2.2.2 P-Q 快速分解法的求解过程及流程框图...................................................................9 3 潮流计算的案例和源程序.............................................................................................. 11 3.1 IEEE 14 节点案例模型................................................................................................11 3.2 输入数据...................................................................................................................... 12 3.2.1 数据的输入............................................................................................................... 13 3.2.2 计算节点导纳矩阵.................................................................................................... 13 3.3 源程序.......................................................................................................................... 14 3.3.1 极坐标牛顿-拉夫逊算法..........................................................................................14 3.3.2 P-Q 分解法.................................................................................................................21 3.4 结果比较....................................................................................................................... 26 3.4.1 迭代次数与运行时间............................................................................................... 26 3.4.2 各节点电压幅值、相角与功率................................................................................ 27 3.5 数据分析...................................................................................................................... 29
    第 II 页 基于 IEEE14 节点的牛-拉法和 P-Q 法潮流计算分析与比较 结 论................................................................................................................................... 31 致 谢................................................................................................................................... 32 参考文献............................................................................................................................. 33
    基于 IEEE14 节点的牛-拉法和 P-Q 法潮流计算分析与比较 第 1 页 1 绪论 1.1 潮流计算概况 电力系统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。它的任务 是根据给定的运行条件和网络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。电力系统潮流计算的结果是电力系 统稳定计算和故障分析的基础。 电力系统在运行时，在电源电势激励作用下，电流或功率从电源通过系统各元件 流入负荷，分布于电力网各处，称为潮流分布。所谓潮流计算，是指对电力系统某一 稳态运行方式，确定系统的电压分布和功率分布，即算出各母线（节点）电压幅值和 相角，以及流过所有元件(设备)的有功功率和无功功率。 潮流计算是电力系统分析中的一种最基本也是最重要的计算，它的任务是在给定 的接线方式和运行条件下，确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值和相角）、 网络中的功率分布及功率损耗等，是电力系统的稳态计算[1]。 1.1.1 潮流计算的历史 从数学上说，潮流计算是要求解一组由潮流方程描述的非线性代数方程组。其计 算方法的发展是与人们所能使用的计算工具的发展相联系的。在早期是手算还是交流 计算台模拟方法，都受到系统规模等因素的限制，无法进行大电网的潮流分析。 潮流计算可以用传统的手工方式进行，也可以以计算机为工具通过软件完成。最 初的电力系统潮流计算，一是由于电网规模小，二是计算机技术还未发展，都是人工 计算。随着计算机技术的发展，以及电网规模的不断扩大，目前电力系统潮流计算， 已普遍采用计算机算法计算。两种方法各有优缺点。前者物理概念清晰，可用来计算 一些接线较简单的电力网，但若将其用于接线复杂的电力网则计算量过大，难于保证 计算准确性[2]。后者从数学上看可归结为用数值方法解非线性代数方程，数学逻辑简 单完整，借助计算机可快速精确地完成计算，但其缺点是物理概念不明显，物理规律 被埋没在循环往复的数值求解过程中。 20 世纪 50 年代中期，随着电子计算机的发展，人们开始在计算机上用数学模拟 方法进行潮流计算。最初在计算机上实现的潮流计算方法是以节点导纳矩阵为基础的 高斯迭代法（Gauss 法）。这种方法内存需求小，但收敛性差。后来发展了以阻抗矩
    第 2 页 基于 IEEE14 节点的牛-拉法和 P-Q 法潮流计算分析与比较 阵为基础的算法。这种方法收敛性好，但内存占用量大大增加，限制了解题规模。牛 顿-拉夫逊（Newton-Raphson,N-R）方法是解非线性代数方程组的一种基本算法，在 潮流计算中也得到了应用。20 世纪 60 年代中后期，稀疏矩阵技术和节点编号优化技 术的提出使牛顿-拉夫逊的解题规模和计算效率进一步提高，至今仍是潮流计算中的 广泛采用的优秀算法。20 世纪 70 年代中期，Scoot 在大量计算实践的基础上提出了 快速分解法，使潮流计算的速度大大提高，可以用于实践。快速分解法不但计算速度 快，而且收敛性也相当好，并在 20 世纪 80 年代对快速分解法的收敛性机理给出了比 较满意的解释。 1.1.2 潮流计算的发展趋势 由于潮流计算在电力系统分析中所处的特殊地位和作用，对其计算方法有如下较 高的要求： （1） 调整和修改容易，使用灵活方便[1]； （2） 要有可靠的收敛性，对不同的系统及不同的运行条件都能收敛； （3） 占内存小、计算速度快。 各种算法的改进以及新的算法的提出，很多都是为了使潮流计算能更好地满足以 上要求。 对于一些病态系统，运用非线性潮流计算方法往往会造成计算过程的振荡和不收 敛。这样，人们提出来了将潮流计算方程构造一个函数，求此函数的最小值问题，称 之为非线性规划潮流的计算方法。优点是原则上保证计算过程不会发散。如果将数学 规划和牛拉潮流计算结合起来就是最优乘子法。另外，为了优化系统运行，在所有可 行的潮流解中挑选出满足一定指标要求的一个最佳方案就是最优潮流问题。最优潮流 （optimal power flow，OPF）是一种同时考虑经济性和安全性的电力网络分析优化问 题[3]。OPF 在电力系统的安全运行、经济调度、可靠性分析、能量管理以及电力定价 方面得到了广泛应用。 1.2 潮流计算的意义 潮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
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