电力系统分析潮流计算matlab.docx
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电力系统分析潮流计算matlab
目录:
一、软件需求说明书...................................................................................3
二、概要设计说明书...................................................................................4
1、编写潮流计算程序.........................................................................4
2、数据的输入测试.............................................................................4
3、运行得出结果.................................................................................4
4、进行实验结果验证.........................................................................4
三、详细设计说明书...................................................................................5
1、数据导入模块.................................................................................5
2、节点导纳矩阵模块.........................................................................5
3、编号判断模块.................................................................................5
4、收敛条件判定模块..........................................................................5
5、雅可比矩阵模块..............................................................................5
6、迭代计算模块..................................................................................5
7、计算输出参数模块..........................................................................5
四、程序代码...............................................................................................6
五、最测试例.............................................................................................15
1、输入结果.......................................................................................15
2、输出结果.......................................................................................15
3、结果验证.......................................................................................15
一、软件需求说明书
本次设计利用MATLAB/C++/C(使用MATLAB)编程工具编写潮流计算,实现对节点电压和功率分布的求取。
潮流方程的求解基本方法是迭代,包括牛顿-拉夫逊法,以及P-Q分解法,本次设计采用牛顿迭代法。
牛顿迭代法(Newton's method)又称为牛顿-拉夫逊方法,它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。
多数方程不存在求根公式,因此求精确根非常困难,甚至不可能,从而寻找方程的近似根就显得特别重要。
方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根。
牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根。
牛顿迭代法是取x0之后,在这个基础上,找到比x0更接近的方程的跟,一步一步迭代,从而找到更接近方程根的近似跟。
牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x)=0的单根附近具有平方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根。
电力系统潮流计算,一般来说,各个母线所供负荷的功率是已知的,各个节点电压是未知的(平衡节点外)可以根据网络结构形成节点导纳矩阵,然后由节点导纳矩阵列写功率方程,由于功率方程里功率是已知的,电压的幅值和相角是未知的,这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。
为了便于用迭代法解方程组,需要将上述功率方程改写成功率平衡方程,并对功率平衡方程求偏导,得出对应的雅可比矩阵,给未知节点赋电压初值,一般为额定电压,将初值带入功率平衡方程,得到功率不平衡量,这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量(未知的)构成了误差方程,解误差方程,得到节点电压不平衡量,节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值,将新的初值带入原来的功率平衡方程,并重新形成雅可比矩阵,然后计算新的电压不平衡量,这样不断迭代,不断修正,一般迭代三到五次就能收敛。
二、概要设计说明书
1、编写潮流计算程序
本程序主要分为七个模块:
数据导入模块、节点导纳矩阵模块、编号判断模块、收敛条件判定模块、雅可比矩阵模块、迭代计算模块、计算输出参数模块。
下图为潮流迭代框图。
2、数据的输入测试
本次设计是将《电力系统分析》课本P88例题进行潮流计算。
3、运行得出结果
得出电压、有功功率、无功功率、角度的数据。
4、进行实验结果验证
三、详细设计说明书
1、数据导入模块:
利用Excel输入已知节点、支路数据,通过“读取”将数据导入MATLAB中。
2、节点导纳矩阵模块:
利用已知的电阻电抗及导纳的值,根据导纳的计算公式,计算出节点的自导纳及节点间的互导纳的值,按照节点编号组成导纳矩阵,利用MATLAB“real”和“imag”调用导纳矩阵中的实部和虚部,分别形成电导和电纳的矩阵。
3、编号判断模块:
当首节点在变压器左侧,设为1,位于变压器右侧,设为2,既非1也非0为不含变压器;
节点类型为PQ时,为1,节点类型为PV时,为2,节点类型为VƟ时,为3。
4、收敛条件判定模块:
根据节点的类型赋初值,并进行失配功率的初步计算,判断是否符合收敛条件max{ΔPi,ΔQi}<
。
如不符合,则进行后续的计算。
5、雅可比矩阵模块:
根据节点类型确定雅克比矩阵的阶数,然后根据n维非线性方程组的修正方程求出雅克比矩阵。
6、迭代计算模块:
解修正方程,并进行收敛条件判断,如不符合条件则进行下一次迭代,以一直到符合条件为止。
7、计算输出参数模块:
当满足收敛条件max{ΔPi,ΔQi}<
时,结束迭代计算,计算电压、有功功率、无功功率、电压角度等参数。
四、程序代码
clear%清除变量;
filename='E:
\MATLAB\zhilu.xlsx';
a=xlsread(filename);%读取支路信息;
filename='E:
\MATLAB\jiedian.xlsx';
c=xlsread(filename);%读取节点信息
b=zeros(a(1,7));%定义节点导纳矩阵
G=zeros(a(1,7));
B=zeros(a(1,7));
fori1=1:
(a(1,7))
if(a(i1,5)==0)%%%首节点在变压器左侧
b(a(i1,1),a(i1,1))=b(a(i1,1),a(i1,1))+1/(a(i1,3)+1j*a(i1,4));
b(a(i1,2),a(i1,2))=b(a(i1,2),a(i1,2))+1/((a(i1,3)+1j*a(i1,4))*a(i1,6)^2);
b(a(i1,1),a(i1,2))=b(a(i1,1),a(i1,2))+(-1/((a(i1,3)+1j*a(i1,4))*a(i1,6)));
b(a(i1,2),a(i1,1))=b(a(i1,2),a(i1,1))+(-1/((a(i1,3)+1j*a(i1,4))*a(i1,6)));%%%进行导纳计算
G(a(i1,1),a(i1,1))=real(b(a(i1,1),a(i1,1)));
G(a(i1,2),a(i1,2))=real(b(a(i1,2),a(i1,2)));
G(a(i1,1),a(i1,2))=real(b(a(i1,1),a(i1,2)));
G(a(i1,2),a(i1,1))=real(b(a(i1,2),a(i1,1)));
B(a(i1,1),a(i1,1))=imag(b(a(i1,1),a(i1,1)));
B(a(i1,2),a(i1,2))=imag(b(a(i1,2),a(i1,2)));
B(a(i1,1),a(i1,2))=imag(b(a(i1,1),a(i1,2)));
B(a(i1,2),a(i1,1))=imag(b(a(i1,2),a(i1,1)));
elseif(a(i1,5)==1)%%%首节点在变压器右侧
b(a(i1,1),a(i1,1))=b(a(i1,1),a(i1,1))+1/((a(i1,3)+1j*a(i1,4))*a(i1,6)^2);
b(a(i1,2),a(i1,2))=b(a(i1,2),a(i1,2))+1/(a(i1,3)+1j*a(i1,4));
b(a(i1,1),a(i1,2))=b(a(i1,1),a(i1,2))+(-1/((a(i1,3)+1j*a(i1,4))*a(i1,6)));
b(a(i1,2),a(i1,1))=b(a(i1,2),a(i1,1))+(-1/((a(i1,3)+1j*a(i1,4))*a(i1,6)));%%%进行导纳计算
G(a(i1,1),a(i1,1))=real(b(a(i1,1),a(i1,1)));
G(a(i1,2),a(i1,2))=real(b(a(i1,2),a(i1,2)));
G(a(i1,1),a(i1,2))=real(b(a(i1,1),a(i1,2)));
G(a(i1,2),a(i1,1))=real(b(a(i1,2),a(i1,1)));
B(a(i1,1),a(i1,1))=imag(b(a(i1,1),a(i1,1)));
B(a(i1,2),a(i1,2))=imag(b(a(i1,2),a(i1,2)));
B(a(i1,1),a(i1,2))=imag(b(a(i1,1),a(i1,2)));
B(a(i1,2),a(i1,1))=imag(b(a(i1,2),a(i1,1)));
else%%%不含变压器支路
b(a(i1,1),a(i1,1))=b(a(i1,1),a(i1,1))+1/(a(i1,3)+1j*a(i1,4))+1j*a(i1,5);
b(a(i1,2),a(i1,2))=b(a(i1,2),a(i1,2))+1/(a(i1,3)+1j*a(i1,4))+1j*a(i1,5);
b(a(i1,1),a(i1,2))=b(a(i1,1),a(i1,2))+(-1/((a(i1,3)+1j*a(i1,4))));
b(a(i1,2),a(i1,1))=b(a(i1,2),a(i1,1))+(-1/((a(i1,3)+1j*a(i1,4))));%%%进行导纳计算
G(a(i1,1),a(i1,1))=real(b(a(i1,1),a(i1,1)));
G(a(i1,2),a(i1,2))=real(b(a(i1,2),a(i1,2)));
G(a(i1,1),a(i1,2))=real(b(a(i1,1),a(i1,2)));
G(a(i1,2),a(i1,1))=real(b(a(i1,2),a(i1,1)));
B(a(i1,1),a(i1,1))=imag(b(a(i1,1),a(i1,1)));
B(a(i1,2),a(i1,2))=imag(b(a(i1,2),a(i1,2)));
B(a(i1,1),a(i1,2))=imag(b(a(i1,1),a(i1,2)));
B(a(i1,2),a(i1,1))=imag(b(a(i1,2),a(i1,1)));
end
end
%%%%计数各个节点个数
PQjd=0;
PVjd=0;
VOjd=0;
fori2=1:
a(1,7)
ifc(i2,6)==1
PQjd=PQjd+1;
end
ifc(i2,6)==2
PVjd=PVjd+1;
end
ifc(i2,6)==3
VOjd=VOjd+1;
end
end
%注入功率的计算
zhuru_PQ=zeros(PQjd*2+PVjd,1);
k=1;
fori3=1:
a(1,7)
ifc(i3,6)==1
zhuru_PQ(k,1)=c(i3,2)-c(i3,4);
zhuru_PQ(k+a(1,7)-1,1)=0;
fori10=1:
a(1,7)
zhuru_PQ(k+a(1,7)-1,1)=zhuru_PQ(k+a(1,7)-1,1)+B(i3,i10);
end
zhuru_PQ(k+a(1,7)-1,1)=zhuru_PQ(k+a(1,7)-1,1)-c(i3,5)
k=k+1;
end
ifc(i3,6)==2
zhuru_PQ(k,1)=c(i3,2)-c(i3,4);
k=k+1;
end
end
n=a(1,7);
%%%%%后续矩阵变量定义
angle_u=zeros(PQjd*2+PVjd,1);%迭代角度、电压矩阵
angle_u(n:
PQjd*2+PVjd,1)=1;%电压初值设为1,角度初值设为0
delta_au=zeros(PQjd*2+PVjd,1);
delta_au(n:
PQjd*2+PVjd,1)=0;
%角度、电压修正量向量
%%%%%失配功率的计算
k=1;
k_=PQjd+1;
delta_PQ=zeros(PQjd*2+PVjd,1);
fori4=1:
n
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%PQ节点的计算
ifc(i4,6)==1
delta_PQ(k,1)=zhuru_PQ(k,1);
delta_PQ(k+n-1,1)=zhuru_PQ(k+n-1,1);
i6=1;
fori5=1:
n
ifc(i5,6)==1
delta_PQ(k,1)=delta_PQ(k,1)-angle_u(n-1+k)*angle_u(n-1+i6)*(G(i4,i5)*cos(angle_u(k,1)-angle_u(i6,1))+B(i4,i5)*sin(angle_u(k,1)-angle_u(i6,1)));
delta_PQ(k+n-1,1)=delta_PQ(k+n-1,1)-angle_u(n-1+k)*angle_u(n-1+i6)*(G(i4,i5)*sin(angle_u(k,1)-angle_u(i6,1))-B(i4,i5)*cos(angle_u(k,1)-angle_u(i6,1)));
i6=i6+1;
end
ifc(i5,6)==2
delta_PQ(k,1)=delta_PQ(k,1)-angle_u(n-1+k)*c(i5,1)*(G(i4,i5)*cos(angle_u(k,1)-angle_u(i6,1))+B(i4,i5)*sin(angle_u(k,1)-angle_u(i6,1)));
delta_PQ(k+n-1,1)=delta_PQ(k+n-1,1)-angle_u(n-1+k)*c(i5,1)*(G(i4,i5)*sin(angle_u(k,1)-angle_u(i6,1))-B(i4,i5)*cos(angle_u(k,1)-angle_u(i6,1)));
i6=i6+1;
end
ifc(i5,6)==3
delta_PQ(k,1)=delta_PQ(k,1)-angle_u(n-1+k)*c(i5,1)*(G(i4,i5)*cos(angle_u(k,1))+B(i4,i5)*sin(angle_u(k,1)));
delta_PQ(k+n-1,1)=delta_PQ(k+n-1,1)-angle_u(n-1+k)*c(i5,1)*(G(i4,i5)*sin(angle_u(k,1))-B(i4,i5)*cos(angle_u(k,1)));
end
end
k=k+1;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%PV节点的计算
ifc(i4,6)==2
delta_PQ(k_,1)=zhuru_PQ(k_,1);
i6=1;
fori5=1:
n
ifc(i5,6)==1
delta_PQ(k_,1)=delta_PQ(k_,1)-c(i4,1)*angle_u(n-1+i6)*(G(i4,i5)*cos(angle_u(k_,1)-angle_u(i6,1))+B(i4,i5)*sin(angle_u(k_,1)-angle_u(i6,1)));
i6=i6+1;
end
ifc(i5,6)==2
delta_PQ(k_,1)=delta_PQ(k_,1)-c(i4,1)*c(i5,1)*(G(i4,i5)*cos(angle_u(k_,1)-angle_u(i6,1))+B(i4,i5)*sin(angle_u(k_,1)-angle_u(i6,1)));
i6=i6+1;
end
ifc(i5,6)==3
delta_PQ(k_,1)=delta_PQ(k_,1)-c(i4,1)*c(i5,1)*(G(i4,i5)*cos(angle_u(k_,1))+B(i4,i5)*sin(angle_u(k_,1)));
end
end
k_=k_+1;
end
end
zhongjian_delta_PQ=abs(delta_PQ);%%%%取绝对值
jingdu=max(zhongjian_delta_PQ);%%%%为迭代精度的判断做赋值准备
while(jingdu>0.0001)
%%%%%%%雅各比矩阵的形成
J=zeros(2*PQjd+PVjd);%%%%矩阵定义
U=ones(n,1);%%%%为方便运算将电压取出放入一个新的矩阵
fori=1:
PQjd
U(i,1)=angle_u(i+n-1,1);
end
angle=zeros(n,1);%%%%为方便运算将角度取出放入一个新的矩阵
fori=1:
n-1
angle(i,1)=angle_u(i,1);
end
%%%%%H%%%%%%%%%%H部分生成
fori1=1:
n-1
fori2=1:
n-1
ifi1~=i2
J(i1,i2)=-U(i1,1)*U(i2,1)*(G(i1,i2)*sin(angle(i1,1)-angle(i2,1))-B(i1,i2)*cos(angle(i1,1)-angle(i2,1)));
end
ifi1==i2
fori3=1:
n
ifi3~=i1
J(i1,i2)=J(i1,i2)+U(i1,1)*U(i3,1)*(G(i1,i3)*sin(angle(i1,1)-angle(i3,1))-B(i1,i3)*cos(angle(i1,1)-angle(i3,1)));
end
end
end
end
end
%%%%%N%%%%%%%%%%N部分生成
fori1=1:
n-1
fori2=1:
PQjd
ifi1~=i2
J(i1,i2+n-1)=-U(i1,1)*(G(i1,i2)*cos(angle(i1,1)-angle(i2,1))-B(i1,i2)*sin(angle(i1,1)-angle(i2,1)));
end
ifi1==i2
J(i1,i2+n-1)=(-2)*U(i1,1)*U(i1,1)*G(i1,i1);
fori3=1:
n
ifi3~=i1
J(i1,i2+n-1)=J(i1,i2+n-1)-U(i3,1)*(G(i1,i3)*cos(angle(i1,1)-angle(i3,1))+B(i1,i3)*sin(angle(i1,1)-angle(i3,1)));
end
end
end
end
end
%%%%%K%%%%%%%%%%K部分生成
fori1=1:
PQjd
fori2=1:
n-1
ifi1~=i2
J(i1+n-1,i2)=U(i1,1)*U(i2,1)*(G(i1,i2)*cos(angle(i1,1)-angle(i2,1))-B(i1,i2)*sin(angle(i1,1)-angle(i2,1)));
end
ifi1==i2
fori3=1:
n
ifi3~=i1
J(i1+n-1,i2)=J(i1+n-1,i2)-U(i1,1)*U(i3,1)*(G(i1,i3)*cos(angle(i1,1)-angle(i3,1))+B(i1,i3)*sin(angle(i1,1)-angle(i3,1)));
end
end
end
end
end
%%%%%L%%%%%%%%%%L部分生成
fori1=1:
PQjd
fori2=1:
PQjd
ifi1~=i2
J(i1+n-1,i2+n-1)=-U(i1,1)*(G(i1,i2)*sin(angle(i1,1)-angle(i2,1))-B(i1,i2)*cos(angle(i1,1)-angle(i2,1)));
end
ifi1==i2
J(i1+n-1,i2+n-1)=2*U(
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