现代电力系统潮流计算作业Word文件下载.docx

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4

Qd

注入负荷的无功功率

MVar

5

Gs

与母线并联的电导

6

Bs

与母线并联的电纳

7

areanumber

电网断面号，一般设置为1

8

Vm

母线电压的幅值

p.u.

9

Va

母线电压的相角

度

10

baseKV

基准电压

kV

11

zone

损耗分区号，一般设置为1

12

Vmax

工作时，母线的最高电压幅值

13

Vmin

工作时，母线的最低电压幅值

表1.2发电机参数矩阵主要数据格式说明

bus

发电机所在母线的编号

Pg

接入发电机的有功功率

Qg

接入发电机的无功功率

Qmax

发电机的最大输出无功功率

Qmin

发电机的最小输出无功功率

Vg

发电机的工作电压幅值

mBase

发电机的功率基准值，默认为baseMVA

MVA

status

发电机是否投入运行，大于0表示投入运行，小于或等于0表示退出运行

Pmax

发电机的最大输出有功功率

Pmin

发电机的最小输出有功功率

表1.3支路参数矩阵主要数据格式说明

fbus

起始母线编号

tbus

终止母线编号

r

支路电阻

x

支路电抗

b

支路充电电纳

rateA

支路长期运行允许的功率

rateB

支路短期运行允许的功率

rateC

支路紧急运行允许的功率

ratio

支路上变压器的变比，如果支路元件不是变压器，则该值为0

angle

支路上变压器的转角，如果支路元件不是变压器，则该值为0

支路的初始工作状态，1表示投入运行，0表示退出运行

angmin

支路最小相角差

angmax

支路最大相角差

1.3case9数据分析

根据以上分析，打开一个算例，比如默认的case9，进行分析。

算例case9.m文件包含两个变量和四个矩阵。

其中baseMVA=100，表示功率的基准值为100MVA。

三个基本的矩阵定义如下。

表1.4算例case9的母线参数矩阵

bus_i

type

area

345

1.1

0.9

90

30

100

35

125

50

表1.5算例case9的发电机参数矩阵

Pc1

Pc2

300

-300

250

163

85

270

14

15

16

17

18

19

20

21

Qc1min

Qc1max

Qc2min

Qc2max

ramp_agc

ramp_10

ramp_30

ramp_q

apf

表1.6算例case9的支路参数矩阵

0.0576

-360

360

0.017

0.092

0.158

0.039

0.17

0.358

150

0.0586

0.0119

0.1008

0.209

0.0085

0.072

0.149

0.0625

0.032

0.161

0.306

0.01

0.085

0.176

根据参数矩阵，可以推测出case9的电力系统单线图，如图1.1所示。

该系统是一个环形网络，包含三个带有发电机的母线，其中母线1是平衡节点，母线2和3均为PV节点，其他的母线都是PQ节点。

所有的母线电压初始幅值均设置为1（p.u.），相角为0度，电压基准值为345kV。

系统包含3个负荷，分别是母线5上的负荷为90+j30（MVA），母线7上的负荷为100+j35（MVA），母线9上的负荷为125+j50（MVA）。

支路1-4，3-6，8-2只有电抗值，电阻和电纳均为0，可以推测该支路为变压器支路的等效。

图1.1系统单线图

2计算潮流并分析

2.1调用runpf计算case9系统的潮流

在MATLAB命令行窗口输入“runpf”或“runpf（‘case9’）”，或者直接运行“runpf.m”，得到case9系统的潮流计算结果：

MATPOWERVersion5.1,20-Mar-2015--ACPowerFlow（Newton）

Newton'

smethodpowerflowconvergedin4iterations.

Convergedin0.03seconds

================================================================================

|SystemSummary|

Howmany?

Howmuch?

P（MW）Q（MVAr）

----------------------------------------------------------------------

Buses9TotalGenCapacity820.0-900.0to900.0

Generators3On-lineCapacity820.0-900.0to900.0

CommittedGens3Generation（actual）320.034.9

Loads3Load315.0115.0

Fixed3Fixed315.0115.0

Dispatchable0Dispatchable-0.0of-0.0-0.0

Shunts0Shunt（inj）-0.00.0

Branches9Losses（I^2*Z）4.9551.31

Transformers0BranchCharging（inj）-131.4

Inter-ties0TotalInter-tieFlow0.00.0

Areas1

MinimumMaximum

---------------------------------------------------------

VoltageMagnitude0.958p.u.@bus91.003p.u.@bus6

VoltageAngle-4.35deg@bus99.67deg@bus2

PLosses（I^2*R）-2.46MW@line8-9

QLosses（I^2*X）-16.74MVAr@line8-2

|BusData|

BusVoltageGenerationLoad

#Mag（pu）Ang（deg）P（MW）Q（MVAr）P（MW）Q（MVAr）

----------------------------------------------------

11.0000.000*71.9524.07--

21.0009.669163.0014.46--

31.0004.77185.00-3.65--

40.987-2.407----

50.975-4.017--90.0030.00

61.0031.926----

70.9860.622--100.0035.00

80.9963.799----

90.958-4.350--125.0050.00

--------------------------------

Total:

319.9534.88315.00115.00

|BranchData|

BrnchFromToFromBusInjectionToBusInjectionLoss（I^2*Z）

#BusBusP（MW）Q（MVAr）P（MW）Q（MVAr）P（MW）Q（MVAr）

---------------------------------------------------------------

11471.9524.07-71.95-20.75-0.0003.32

24530.73-0.59-30.55-13.690.1740.94

356-59.45-16.3160.89-12.431.4496.31

43685.00-3.65-85.007.890.0004.24

56724.114.54-24.01-24.400.0950.81

678-75.99-10.6076.500.260.5064.29

782-163.002.28163.0014.460.00016.74

88986.50-2.53-84.04-14.282.46512.40

994-40.96-35.7241.2321.340.2662.26

----------------

4.95551.31

2.2潮流计算结果分析

Matpower工具箱的潮流计算结果由四部分组成：

程序运行信息，系统概述，母线数据，支路数据。

其中，程序运行信号包含潮流计算类型，使用的迭代算法，迭代次数，所用时间。

本次潮流计算是交流潮流计算，采用了Newton法，迭代了4次得到了符合精度要求的结果，耗时0.03s。

系统概述描述了系统的基本信息。

包括系统元件的数量，元件的功率大小，电压和功率损耗的极值。

如case9系统包含9个节点，3个发电机，3个负荷，9条支路。

总装机容量820MW，在线容量820MW，实际发电320MW，负荷消耗有功315MW，总网损4.95MW。

母线9上电压幅值最小：

0.958（p.u.），电压相角也最小：

-4.35°

，母线6上电压幅值最大：

1.003（p.u.），母线2上相角最大：

9.67°

，支路8-9上消耗了最多的有功功率：

2.46MW。

母线数据包含母线电压结果，发电机输出功率，负荷消耗功率，累计功率。

表2.1潮流计算结果母线数据

母线

编号

电压幅值pu

电压相角deg

发电机有功MW

发电机无功MVar

负荷消耗有功MW

负荷消耗无功MVar

1.000

0.000*

71.95

24.07

-

9.669

163.00

14.46

4.771

85.00

-3.65

0.987

-2.407

0.975

-4.017

90.00

30.00

1.003

1.926

0.986

0.622

100.00

35.00

0.996

3.799

0.958

-4.350

125.00

50.00

累计：

319.95

34.88

315.00

115.00

支路数据包含起始母线注入功率、终止母线注入功率和支路上的功率损耗。

表2.1潮流计算结果支路数据

支路编号

起始母线

终止

起始母线注入有功MW

起始母线注入无功MVar

终止母线注入有功MW

终止母线注入无功MVar

支路有功损耗MW

支路无功损耗MVar

-71.95

-20.75

-0.000

3.32

30.73

-0.59

-30.55

-13.69

0.174

0.94

-59.45

-16.31

60.89

-12.43

1.449

6.31

-85.00

7.89

0.000

4.24

24.11

4.54

-24.01

-24.40

0.095

0.81

-75.99

-10.60

76.50

0.26

0.506

4.29

-163.00

2.28

16.74

86.50

-2.53

-84.04

-14.28

2.465

12.40

-40.96

-35.72

41.23

21.34

0.266

2.26

累计损耗：

4.955

51.31

通过以上数据可以发现系统的有功功率守恒：

发电机发出的总有功功率为319.95MW，负荷消耗的总有功功率为315MW，网损为4.955MW。

另外可以得到系统的潮流分布图如图2.1所示。

图2.1系统潮流分布图

3迭代算法分析

3.1牛顿法分析

打开newtonpf.m文档，可以看到matpower的牛顿法的介绍和代码。

函数的输入参数包含系统的节点导纳矩阵，节点的注入复功率，初始电压，平衡节点、PV节点和PQ节点的标号列向量，以及包含终止误差、最大迭代次数和输出选项的结构体。

返回节点电压，收敛标志和迭代次数。

通过分析可以得到matpower的牛顿法的程序流程图，如图3.1所示，这和一般的牛顿法潮流计算程序并没有什么区别。

图3.1牛顿法潮流计算程序流程图

以下是newtonpf函数的每行程序的定义。

function[V,converged,i]=newtonpf（Ybus,Sbus,V0,ref,pv,pq,mpopt）

%NEWTONPF使用完整的牛顿法求解潮流

%[V,CONVERGED,I]=NEWTONPF（YBUS,SBUS,V0,REF,PV,PQ,MPOPT）

%通过分别给定完整系统的导纳矩阵（针对所有节点），节点的注入

%复功率（针对所有节点），节点电压的初始值，和平衡节点、PV节点和PQ节

%点标号的列向量，求解节点电压。

节点电压矢量包含发电机节点（包括平衡

%节点）的设定值和平衡节点的参考角度，以及幅度的大小和角度的初始值。

%MPOPT是一个MATPOWER选项结构体，可用于设置终止误差限，最大迭代次数和

%输出选项（有关详细信息，请参阅MPOPTION）。

如果未指定此参数，则使用

%默认选项。

最终返回节点电压相量，收敛标志以及迭代次数。

%

%参考RUNPF.

%%缺省参数设置

ifnargin<

7%如果输入参数少于7项

mpopt=mpoption;

%则设置mpopt的缺省值为mpoption

end

%%求解选项

tol=mpopt.pf.tol;

%终止误差限

max_it=mpopt.pf.nr.max_it;

%最大迭代次数

%%初始化

converged=0;

%收敛标志位清零，不收敛

i=0;

%迭代次数清零

V=V0;

%初始电压值

Va=angle（V）;

%电压相位初始值

Vm=abs（V）;

%电压幅值初始值

%%为了更新电压，建立电压的指针

npv=length（pv）;

%PV节点数目

npq=length（pq）;

%PQ节点数目

j1=1;

j2=npv;

%%PV节点的电压相角

j3=j2+1;

j4=j2+npq;

%%PQ节点的电压相角

j5=j4+1;

j6=j4+npq;

%%PQ节点的电压幅值

%%计算修正方程式的常数项

mis=V.*conj（Ybus*V）-Sbus;

%计算误差

F=[real（mis（[pv;

pq]））;

%delta（P）有功误差

imag（mis（pq））];

%delta（Q）无功误差