基于matlab的电力系统潮流计算电气专业课程设计

基于matlab的电力系统潮流计算电气专业课程设计内容摘要：

5 最后一种算法是直流潮流算法 [13],它的使用是通过设置 PF_DC 为 1，运行 runpf而进行的，或者直接使用 rundcpf。 直流潮流的计算是通过直接的不迭代的的方法解母线电压相角和指定母线的有功注入获得，基于方程 3 和 4。 对于交流潮流解法，如果 ENFORCE_Q_LIMS 选项被设为 true（默认为 false），并且运行过程中有任何发电机组的无功越限，相应的母线被转换为 PQ 母线（节点），将无功出力设定在限制值，并且案例重新计算。 该母线的电压幅值为满足无功限制的要求将偏离指定值。 如果参考母线（节点）的有功出力达到限制值，该节点将自动转化为 PQ 母线（节点），在下一轮迭代中第一个依然存在的 PV母线（节点）将被当作松弛母线（节点），这将导致该母线（节点）的机组有功出力稍微偏离指定值。 通常，没有 MATPOWER 的潮流解法中不包含变压器分接头的改变或者操作，或者部分系统从网络中解列等。 潮流计算的解法，除了高斯－赛德尔法之外，都可以很好的解决甚至是大规模网络，因为这些算法和计算充分利用了 MATLAB 的内部稀疏矩阵处理。 最优潮流 最优化潮流的概念是 60年代初法国学者 Carpentien 提出的，把电力系统经济调度和潮流计算结合在一起。 即以潮流计算为基础，进行经济、安全、有功功率与无功功率的全面优化。 从数学的角度来看最优计算是一个大型的多约束条件的非线规划的问题。 它的技术关键是计算函数的不等约束条件，解决非线性收敛问题和考虑离散变量问题。 最优计算可描述为满足方程等约束条件和不 等约束条件，求得的一组控制变量和状态参数使得目标函数达到最优。 和经典的 MATPOWER 传统方法相比，采用 fmincon 和 MINOPF 算法的广义交流最优潮流解法有一些特殊的优点： （ 1）可以混合多项式和分段线性成本函数； （ 2）负荷调度； （ 3）机组 P－ Q 容量曲线； （ 4）支路相角差限制； （ 6）附加用户供应线性约束； （ 7）附加用户供应成本。 MATPOWER 提供多种解算最优潮流问题（ OPF）的方法，可以通过访问函数 runopf的方法实现。 除了提供将计算结果输出 到屏幕之外（默认）， runopf 函数还可输入： [baseMVA,bus,gen,gencost,branch,f,success,et]=runopf(casename)。 除了最优潮流解法之外， OPF的运算还包括一下的值： 齐齐哈尔大学计控学院电气工程系课程设计报 告 6 bus(:,LAM_P) 母线（节点）的有功失配拉格朗日乘子； bus(: , LAM_Q) 母线（节点）的无功失配拉格朗日乘子； bus(:,MU_VMAX) 母线（节点）的电压上限龙格－库塔乘子； bus(:,MU_VMIN) 母线（节点）的电压下限龙格－库塔乘子； gen(:,MU_PMAX) 发电机组有功出力上限的龙格－库塔乘子； gen(:,MU_QMAX) 发电机组无功出力上限的龙格－库塔乘子； gen(:,MU_PMIN) 发电机组有功出力下限的龙格－库塔乘子； gen(:,MU_QMIN) 发电机组无功出力下限的龙格－库塔乘子； branch（ :,MU_SF） 支路首端的潮流限制龙格－库塔乘子； branch(:,MU_ST) 支路末端的潮流限制龙格－库塔乘子。 MATPOWER 选项 MATPOWER软件不但能够进行交流潮流计算，还能够进行直流、最优化 潮流计算。 在进行计算时还可以选择不同的算法及输出格式。 为了实现不同功能， MATPOWER 使用一个选项向量来实现对选项的控制，它类似于 MATLAB 最优化工具箱早期版本中由foptions函数提供的现象向量。 最主要的差别就在于不用再记住每个选项的索引，只需要根据选项的名称就可以对选型的值作出修改。 MATPOWER的默认选项向量是通过调用无参数 mpoption来获得的。 因此，输入： runopf(‘ case30’ ,mpoption)，就是另外一种执行默认选项的 OPF算法的方法， MATPOWER选项向量实现对 以下的控制： （ 1）潮流算法； （ 2）潮流计算的中止标准； （ 3）最优潮流（ OPF）算法； （ 4）对不同成本模型的默认 OPF算法； （ 5）冗余水平； （ 6）结果输出方式。 齐齐哈尔大学计控学院电气工程系课程设计报 告 7 第 3章 电力系统潮流计算 潮流计算的定义和应用 作为研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构来确定整个系统的运行状态，比如各母线上的电压（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性计算和故障分析的基础。 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。 电力系统潮流计算方法 随着电力系统的规模的扩大，原始的用解析法进行手工计算的方法进行潮流分析已经是不可能的了，基本上现在的潮流分析都是在计算机上进行的。 运用计算机进行潮流分布计算，一般要完成以下四个步骤： (1) 建立数学模型。 电力系统潮流计算属于稳态分析范畴，不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。 因此其数学模型不包含微分方程，是一组高阶非线性方程。 (2) 确定计算方法。 非线性代数方程组的解法离不开迭代，因此，潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛，并给出正确答案。 现在比较常用的方法有牛顿 拉夫逊法和PQ分解法。 牛顿 拉 夫逊 (简称牛顿法 )是数学中解决非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。 在解决电力系统潮流计算问题时，是以导纳矩阵为基础的，因此，只要我们能在迭代过程中尽可能保持方程式矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿法潮流程序的效率。 PQ分解法是从改进和简化牛顿法潮流程序的基础上提出来的，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，抓住主要矛盾，以有功功率误差作为修正电压向量角度的依据。 (3) 制定计算流程并编制程序。 无论采用什么编程语言，其基本流程都是绘制程序流程图，根据选定的计算方法进行循环迭代从而得到最 终的计算结果。 (4) 上机计算及对计算结果进行分析。 齐齐哈尔大学计控学院电气工程系课程设计报 告 8 第 4章 MATPOWER在电力系统潮流计算上的应用 为了让更多的人了解和使用 MATPOWER软件，章对该软件的使用方法进行了详细地介绍，并用实际算例来进行仿真计算验证软件的有效性和进一步加深读者对该软件的熟悉程度。 为了验证 MATPOWER潮流计算和进一步加深对该软件的熟悉程度本文选用一个事例来进行验证和演示。 按 MATPOWER潮流计算仿真计算软件使用方法进行编程。 MATPOWER 的最优潮流解法 MATPOWER 提供多种解算最优潮流 问题 (OPF)的方法，包括一个基于包含在 MATLAB 早期版本最优化工具箱中的 constr 函数的解法，它成功的使用了一种二次规划技术，还有一个解法基于线性规划。 鉴于本软件对 MATPOWER 只是简单应用，在此就不对其具体算法进行深入的分析了。 与 MATPOWER 的接口 MATPOWER 的输入文件有其自己的规定，为 matlab 的 m 文件格式，但是它与 IEEE 的 CDF 文件极其相似，并且值得庆幸的是， MATPOWER 专门提供了一个用于从 CDF 格式向其专有格式转化的接口程序cdf2matp，通过调用这一程序，很容易就实现了文件格式的转换。 MATPOWER 的输出结果既可以显示在 matlab 的控制台，也可以以文件的形式保存下来。 鉴于课题时间比较紧张，我没有对这个结果进行读取和现实，不过因为 MATPOWER 的帮助中对文件的格式解释得很清楚，对这一文件进行。