基于MATLAB 的电力系统潮流计算

河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要

摘 要

潮流计算是电力系统最基本、最常用的计算。根据系统给定的运行条件、网络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线的电压（幅值及相角），各元件中流过的功率、整个系统的功率损耗等。潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手段和重要工作环节。因此潮流计算在电力系统的规划设计、生产运行、调度管理及科学研究中都有着广泛的应用。

本次设计的主要目的就是面向一般的电力网络，形成节点导纳矩阵，确定合适的算法，编写通用的计算程序，得到计算结果。设计中主要介绍了牛顿拉夫逊和PQ分解两种算法，PQ分解法虽然在结构上比牛顿法更加简化，但是针对一般网络现代计算机在存储空间及计算速度上已经十分强大，鉴于对牛顿法的熟悉与其算法的直观性，本次设计在编程时采用了牛顿拉夫逊法的直角坐标形式。解方程的过程利用Matlab的强大计算功能，编写M语言，合理设置变量，实现通用计算功能。

关键词: 电力系统，潮流计算，牛顿—拉夫逊法，Matlab。

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河南城建学院本科毕业设计（论文） Abstract

Abstract

Power system load flow calculation is the most basic and commonly used calculations. Given according to the system operating conditions, the network connection and device parameters can be determined by power flow calculation of the bus voltage (magnitude and phase angle), the power flowing through the components, overall system power consumption and so on. Flow calculation is to achieve economic development of power system supply the necessary means and important part of the work. Therefore flow calculation in power system planning and design, production and operation, scheduling management, and scientific research have a wide range of applications.

The main purpose of this design is for the general electricity network, the formation of the node admittance matrix, determine the appropriate method, the preparation of general-purpose computer program to get results. Introduces the design and the PQ decomposition Newton Raphson two algorithms, PQ decomposition although the structure is more streamlined than the Newton method, but for the general network of modern computer storage space and computing speed has been very strong, in view of the Newton Familiar with its intuitive algorithm, this design in programming using Newton Raphson polar form. The process of solving equations using matlab powerful computing capabilities, the preparation of M language, a reasonable set variables, to achieve general-purpose computing functions.

Keywords: power system, power flow calculation, Newton - Raphson method, Matlab.

II

河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录

目录

摘 要 ............................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................................ II 目录 .................................................................................................................................................... III 1 引言 .................................................................................................................................................. 1

1.1 潮流计算目的........................................................................................................................ 1 1.2 潮流计算意义........................................................................................................................ 1 1.3 潮流计算发展史................................................................................................................... 1 1.4基于MATLAB 的电力系统潮流计算发展前景 ................................................................. 2 2简单电力系统潮流计算.................................................................................................................... 4

2.1简单辐射网络的潮流计算 .................................................................................................... 4

2.1.1简单支路的潮流分布和电压降落 ............................................................................ 4 2.1.2 辐射型网络的手工潮流计算方法 ........................................................................... 6 2.2 简单环网的潮流计算 ............................................................................................................ 7

2.2.1两端电压相等 .............................................................................................................. 7 2.2.2两端电压不相等 .......................................................................................................... 8

3 复杂电力系统潮流计算的计算机算法 ......................................................................................... 10

3.1电力网络方程及等值电路 .................................................................................................. 10 3.2节点导纳矩阵形成及修改 .................................................................................................. 11 3.3节点的分类 ......................................................................................................................... 14

3.3.1 PQ节点 ................................................................................................................ 14 3.3.2 PV节点 ................................................................................................................ 14 3.3.3 平衡节点 ............................................................................................................. 14 3.4潮流计算的约束条件 .......................................................................................................... 15 3.5牛顿-拉夫逊法（直角坐标） ............................................................................................. 15

3.5.1牛顿-拉夫逊法的推导过程 .................................................................................... 15 3.5.2潮流计算时的修正方程（直角坐标） .................................................................. 17 3.5.3雅可比矩阵的特点: ................................................................................................ 19 3.5.4牛顿-拉夫逊法计算步骤 ........................................................................................ 19 3.6 P-Q分解法潮流计算 .......................................................................................................... 20

3.6.1 P-Q分解法潮流计算概述 ...................................................................................... 20 3.6.2 P-Q分解法的潮流计算步骤 .................................................................................. 20 3.6.3 P-Q分解法的特点 .................................................................................................. 21

4 Matlab概述 ................................................................................................................................... 22

4.1Matlab简介 ......................................................................................................................... 22 4.2 Matlab中的变量 ................................................................................................................ 22 4.3 Matlab编程........................................................................................................................ 23

4.3.1矩阵的输入 .............................................................................................................. 23 4.3.2矩阵的运算 .............................................................................................................. 24

III

河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录 4.3.3 MatLab的控制流 .................................................................................................... 24

5 牛顿法潮流计算程序设计及实例 ................................................................................................. 26

5.1手算 ...................................................................................................................................... 26 5.2计算机算法的数据输入 ....................................................................................................... 29 5.3潮流计算程序...................................................................................................................... 30 5.3 计算结果分析..................................................................................................................... 36 结 论 .................................................................................................................................................. 37 参考文献 ............................................................................................................................................ 38 附录A 程序流程图 ........................................................................................................................... 39 附录B Matlab仿真 .......................................................................................................................... 40 致谢 .................................................................................................................................................... 43

IV

河南城建学院本科毕业设计（论文） 引言

1 引言

1.1 潮流计算目的

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路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。

1.2 潮流计算意义

在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。

在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。

正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。 预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。

总结为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。

1.3 潮流计算发展史

回顾电力系统潮流计算的发展史，其经历了几个阶段：开始是手算，只能求解简单系统的潮流，而且还需采用一些简化假设。其后在20世纪50年代曾广泛采用计算台(包括直流计算台和交流计算台)解算潮流。这实际上是一种物理模拟方法。限于其规模，只能进行小型电力系统的潮流解算。自50年代开始，随着

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