电力系统潮流及短路电流计算程序教学教材.docx
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电力系统潮流及短路电流计算程序教学教材
电力系统潮流及短路电流计算程序
班级:
姓名:
学号:
1、作业要求
编写程序计算图1所示算例系统的潮流及三相短路电流。
潮流计算:
方法不限,计算系统的节点电压和相角。
短路电流:
4号母线发生金属性三相短路时(zf=0),分别按照精确算法和近似算法计算短路电流、系统中各节点电压以及网络中各支路的电流分布,并对两种情况下的计算结果进行比较。
2、电路图及参数
图13机9节点系统
表19节点系统支路参数
支路
R(p.u.)
X(p.u.)
B/2(TK)(p.u.)
1~4
0
0.0576
1.0
2~7
0
0.0625
1.0
3~9
0
0.0586
1.0
4~5
0.01
0.085
0.088
4~6
0.017
0.092
0.079
5~7
0.032
0.161
0.153
6~9
0.039
0.17
0.179
7~8
0.0085
0.072
0.0745
8~9
0.0119
0.1008
0.1045
表29节点系统发电机参数
发电机编号
节点类型
PG(p.u.)
VG(p.u.)
(p.u.)
(p.u.)
1
平衡
1.04
0.3
1.137
2
PV
1.63
1.025
0.3
1.211
3
PV
0.85
1.025
0.3
1.043
表39节点系统负荷参数
节点编号
节点类型
Pi(p.u.)
Qi(p.u.)
4
PQ
0
0
5
PQ
1.25
0.5
6
PQ
0.9
0.3
7
PQ
0
0
8
PQ
1
0.35
9
PQ
0
0
3、计算步骤
(1)进行系统正常运行状态的潮流计算,求得
(2)形成不含发电机和负荷的节点导纳矩阵YN;
(3)将发电机表示为电流源
(
)和导纳
(
)的并联组合;节点负荷用恒阻抗的接地支路表示;形成包括所有发电机支路和负荷支路的节点导纳矩阵Y,即在YN中的发电机节点和负荷节点的自导纳上分别增加发电机导纳
和负荷导纳
(
);
(4)利用
,计算节点阻抗矩阵,从而得到阻抗矩阵中的第f列;
(5)利用公式(6-7)或(6-10)计算短路电流;
(6)利用公式(6-8)或(6-11)计算系统中各节点电压;
(7)利用公式(6-9)计算变压器支路的电流;对输电线路利用П型等值电路计算支路电流。
4、计算结果
节点导纳矩阵Yn:
Columns1through5
0-17.3611i000+17.3611i0
00-16.0000i000
000-17.0648i00
0+17.3611i003.3074-39.3089i-1.3652+11.6041i
000-1.3652+11.6041i2.5528-17.3382i
000-1.9422+10.5107i0
00+16.0000i00-1.1876+5.9751i
00000
000+17.0648i00
Columns6through9
0000
00+16.0000i00
0000+17.0648i
-1.9422+10.5107i000
0-1.1876+5.9751i00
3.2242-15.8409i00-1.2820+5.5882i
02.8047-35.4456i-1.6171+13.6980i0
0-1.6171+13.6980i2.7722-23.3032i-1.1551+9.7843i
-1.2820+5.5882i0-1.1551+9.7843i2.4371-32.1539i
电压幅值:
1.04001.02501.02501.02580.99561.01271.02581.01591.0324
电压相角:
00.16200.0814-0.0387-0.0696-0.06440.06490.01270.0343
节点有功:
0.71641.63000.85000.0000-1.2500-0.9000-0.0000-1.0000-0.0000
节点无功:
0.27050.0665-0.10860.0000-0.5000-0.3000-0.0000-0.3500-0.0000
修正后的节点导纳矩阵Y:
Columns1through5
0-20.6944i000+17.3611i0
00-19.3333i000
000-20.3982i00
0+17.3611i003.3074-39.3089i-1.3652+11.6041i
000-1.3652+11.6041i3.8716-17.6627i
000-1.9422+10.5107i0
00+16.0000i00-1.1876+5.9751i
00000
000+17.0648i00
Columns6through9
0000
00+16.0000i00
0000+17.0648i
-1.9422+10.5107i000
0-1.1876+5.9751i00
4.1321-16.0184i00-1.2820+5.5882i
02.8047-35.4456i-1.6171+13.6980i0
0-1.6171+13.6980i3.7323-23.6669i-1.1551+9.7843i
-1.2820+5.5882i0-1.1551+9.7843i2.4371-32.1539i
节点阻抗矩阵Z的第4列:
0.0463+0.1252i
0.0329+0.0693i
0.0316+0.0707i
0.0552+0.1493i
0.0589+0.1204i
0.0562+0.1226i
0.0397+0.0838i
0.0416+0.0814i
0.0378+0.0845i
精确计算结果:
短路电流:
模值:
6.4459
相角:
-71.9365
节点电压模值:
0.18310.56870.54270.00000.14660.15060.45370.44630.4495
支路电流:
ijIij
140.5779-3.1264i
271.3702-1.4433i
390.64294-1.4808i
45-0.77968+1.5248i
46-0.6411+1.477i
57-0.89528+1.6436i
69-0.73353+1.5487i
780.50734+0.10234i
890.062766+0.056451i
近似计算结果:
短路电流:
模值:
6.2838
相角:
-69.7198
节点电压模值:
0.16110.52140.51570.00000.18270.16750.42270.43480.4217
五、程序流程图
六、程序及输入文件
input_data.xls文件:
Sheet1
9节点系统支路参数
首节点编号i
尾节点编号j
R(p.u.)
X(p.u.)
B/2(p.u.)
1
4
0
0.0576
0
2
7
0
0.0625
0
3
9
0
0.0586
0
4
5
0.01
0.085
0.088
4
6
0.017
0.092
0.079
5
7
0.032
0.161
0.153
6
9
0.039
0.17
0.179
7
8
0.0085
0.072
0.0745
8
9
0.0119
0.1008
0.1045
Sheet2
9节点系统发电机及负荷参数
节点编号
节点类型
P(p.u.)
Q(p.u.)
U(p.u.)
Xd(p.u.)
E(p.u.)
1
平衡
1.04
0.3
1.137
2
PV
1.63
1.025
0.3
1.211
3
PV
0.85
1.025
0.3
1.043
4
PQ
0
0
5
PQ
-1.25
-0.5
6
PQ
-0.9
-0.3
7
PQ
0
0
8
PQ
-1
-0.35
9
PQ
0
0
powerflow_cal.m文件:
l=9;%支路数
n=9;%节点数
m=6;%PQ节点数
Yn=zeros(n);%初始化节点导纳矩阵Y
DATA1=xlsread('input_data.xls',1);
%计算节点导纳矩阵Y
fork=1:
l
i=DATA1(k,1);
j=DATA1(k,2);
R=DATA1(k,3);
X=DATA1(k,4);
B2=DATA1(k,5);
Yn(i,i)=Yn(i,i)+1i*B2+1/(R+1i*X);
Yn(j,j)=Yn(j,j)+1i*B2+1/(R+1i*X);
Yn(i,j)=Yn(i,j)-1/(R+1i*X);
Yn(j,i)=Yn(j,i)-1/(R+1i*X);
end
disp('节点导纳矩阵Yn:
');
disp(Yn);
G=real(Yn);
B=imag(Yn);
DATA2=xlsread('input_data.xls',2);
P=zeros(1,n);
Q=zeros(1,n);
U=ones(1,n);
P(2:
n)=DATA2(2:
n,3);
Q(4:
n)=DATA2(4:
n,4);
U(1:
3)=DATA2(1:
3,5);
%设置节点电压初值
e
(1)=DATA2(1,5);
e(2:
n)=1.0;
f(1:
n)=0.0;
%设置迭代次数
t=0;
tmax=10;
whilet<=tmax
%计算f(x)
a(1:
n)=0.0;
c(1:
n)=0.0;
fori=2:
n
forj=1:
n
a(i)=a(i)+G(i,j)*e(j)-B(i,j)*f(j);
c(i)=c(i)+G(i,j)*f(j)+B(i,j)*e(j);
end
end
fori=2:
n
deltaP(i)=P(i)-e(i)*a(i)-f(i)*c(i);
end
forj=4:
n
deltaQ(j)=Q(j)-f(j)*a(j)+e(j)*c(j);
end
fork=2:
3
deltaU2(k)=U(k)*U(k)-e(k)*e(k)-f(k)*f(k);
end
fx=[deltaP(2:
n)deltaQ(4:
n)deltaU2(2:
3)]';
%计算雅克比矩阵J
fori=2:
n
forj=2:
n
ifi~=j
H(i,j)=-(G(i,j)*e(i)+B(i,j)*f(i));
N(i,j)=B(i,j)*e(i)-G(i,j)*f(i);
else
H(i,j)=-a(i)-(G(i,i)*e(i)+B(i,i)*f(i));
N(i,j)=-c(i)+(B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i));
end
end
end
fori=4:
n
forj=2:
n
ifi~=j
M(i,j)=B(i,j)*e(i)-G(i,j)*f(i);
L(i,j)=G(i,j)*e(i)+B(i,j)*f(i);
else
M(i,j)=c(i)+(B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i));
L(i,j)=-a(i)+(G(i,i)*e(i)+B(i,i)*f(i));
end
end
end
fori=2:
3
forj=2:
n
ifi~=j
R(i,j)=0;
S(i,j)=0;
else
R(i,j)=-2*e(i);
S(i,j)=-2*f(i);
end
end
end
J=[H(2:
n,2:
n)N(2:
n,2:
n);M(4:
n,2:
n)L(4:
n,2:
n);R(2:
3,2:
n)S(2:
3,2:
n)];
ifmax(abs(fx))<0.0001
%输出结果
break;
else
%求解修正方程获得dx
dx=-J^(-1)*fx;
dx=dx';
e(2:
n)=e(2:
n)+dx(1:
n-1);
f(2:
n)=f(2:
n)+dx(n:
2*(n-1));
t=t+1;
end
end
ift>tmax
str='潮流计算不收敛';
disp(str);
else
a(1:
n)=0.0;
c(1:
n)=0.0;
fori=1:
n
forj=1:
n
a(i)=a(i)+G(i,j)*e(j)-B(i,j)*f(j);
c(i)=c(i)+G(i,j)*f(j)+B(i,j)*e(j);
end
end
fori=1:
n
U(i)=e(i)+1i*f(i);
amp(i)=abs(U(i));
arg(i)=angle(U(i));
P(i)=e(i)*a(i)+f(i)*c(i);
Q(i)=f(i)*a(i)-e(i)*c(i);
end
disp('电压幅值:
');
disp(amp);
disp('电压相角:
');
disp(arg);
disp('节点有功:
');
disp(P);
disp('节点无功:
');
disp(Q);
end
%计算短路电流
f=4;
zf=0.0;
%修正节点导纳矩阵
Xd=DATA2(1:
3,6);
E=DATA2(1:
3,7);
fori=1:
3
Ii(i)=E(i)/(1i*Xd(i));
end
Y=Yn;
fori=1:
3
Y(i,i)=Y(i,i)+1/(1i*Xd(i));
end
forj=4:
n
Y(j,j)=Y(j,j)+(-P(j)+1i*Q(j))/(U(j)*U(j));
end
disp('修正后的节点导纳矩阵Y:
');
disp(Y);
Z=Y^(-1);
disp('节点阻抗矩阵Z的第4列:
');
disp(Z(:
4));
%精确计算
disp('精确计算结果:
');
U0=U;
If=U0(f)/(Z(f,f)+zf);
amp=abs(If);
arg=atand(imag(If)/real(If));
disp('短路电流:
');
disp('模值:
');
disp(amp);
disp('相角:
');
disp(arg);
fori=1:
n
U(i)=U0(i)-Z(i,f)*If;
amp=abs(U);
end
disp('节点电压模值:
');
disp(amp);
disp('支路电流:
');
str=['i''j''Iij'];
disp(str);
fork=1:
l
i=DATA1(k,1);
j=DATA1(k,2);
r=DATA1(k,3);
x=DATA1(k,4);
z=r+1i*x;
I=(U(i)-U(j))/z;
str=[num2str(i)''num2str(j)''num2str(I)];
disp(str);
end
%近似计算
disp('近似计算结果:
');
U0(1:
n)=1.0;
If=U0(f)/(Z(f,f)+zf);
amp=abs(If);
arg=atand(imag(If)/real(If));
disp('短路电流:
');
disp('模值:
');
disp(amp);
disp('相角:
');
disp(arg);
fori=1:
n
U(i)=U0(i)-Z(i,f)*If;
amp=abs(U);
end
disp('节点电压模值:
');
disp(amp);
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