matlab课程设计

课程设计指导书题目：基于MATLAB的电力系统潮流计算学院电气工程学院专业电力工程与管理班级指导人数指导老师：-2-一、课题的内容和要求：电力系统潮流计算是根据给定的系统运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态，即各母线的电压，各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。设计要求用MATLAB编程实现任意给定电力系统的离线潮流计算。通过建立潮流计算的数学模型，用Newton法求解潮流方程。通过本次设计，理解和掌握现代电力系统潮流计算的内容和方法，从而具备分析和计算系统动态稳定和静态稳定的基础。设计要求：1．用Matlab语言编一个潮流计算程序并调试通过。所编制的潮流程序应满足如下几点要求：计算方法可靠，收敛性好；占用较少的计算机内存；计算速度高。2．分别算出IEEE4节点系统及IEEE30节点系统算例的结果。3．课程设计报告要求：说明潮流计算的原理。附上程序框图及每一框图的详细功能说明。附上算例的潮流计算结果。附上计算程序。二、设计的方法与步骤1．潮流计算的极坐标节点功率方程。对于一个具有n个节点的电力系统，根据电路理论，我们可以列出节点电流方程为：-3-niIVYijnjij,,2,1~1（1）这里ijijijjBGY~,代表节点导纳矩阵第i行第j列的元素,jV为节点j电压,iI为节点i的注入电流。将iiiiVjQPIˆ代入（1）式并整理为：nijQPVYViijnjiji,,2,1~ˆ1（2）令：njieYYeVVijijijijjii,,2,1,~,代入（2）式并左、右取共轭得：iijjnjijijjnjijjijQPeVYVeVYeVijjiijji)(1)(1（3）分开虚、实部，注意到：xjxejxsincos,可得极坐标形式的节点功率方程iiQP,如下：niVYVQQVYVPPijjnjijiiiijjnjijiii,,2,10sin0cos11（4）其中：ijjiij。这里值得指出的是，Pi和Qi是节点注入功率，一般情况下它等于：LiGiiLiGiiQQQPPPi=1,2…,n(5)式中：PGi，PLi和QGi，QLi分别代表发电机及负荷的有功功率和无功功率。当节点注入功率Pi，Qi给定时，节点功率方程（4）共有2n个方程，理论上恰-4-好可以求解出2n个变量，即Vi和δi(i=1,2,…,n)。但考虑到电力系统运行的特点，潮流计算并不直接求解上述2n个方程，而是将节点分成三种类型，定出各自的已知量和待求量，再统一进行求解。这三种节点类型分别为：1）平衡节点：在潮流计算中只设一个平衡节点s，即它的电压幅值为给定值，相位为零度，即该节点的电压方向作为参考方向。平衡节点的待求量是节点注入sP和sQ，实际上，整个系统的功率平衡是由这一节点完成的。2）.PQ节点：潮流计算中有大量的这一类节点，即它的节点功率给定，待求量为Vi，δi。只要可以给定功率的发电厂或负荷节点，均可处理为PQ节点。3）.PV节点：在实际电力系统中PV节点对应于有一定无功功率储备的发电厂电压母线和有无功补偿设备的变电站母线。这类节点的给定量为有功Pi和电压幅值Vi，待求量为电压相角δi和节点无功Qi。2．用Newton法解潮流方程假定将节点功率方程（4）表示为：f(x)=0(6)则：0)(,),(),()(221TnxfxfxfxfnnRRxf22:)(其Newton修正方程为：)()(xfxxfT（7）),2,1,0(,1kxxxkk（8）Txf)(称Jacobian矩阵，它的元素可由下式计算：-5-njiiiiiijjijiiiiiiijijjijjiijijjnijjijiiiiiijjijijiijYVVYVVVPNYVVVVPNVYVPHVYVPH121coscoscossinsiniiiiiijjnjijiiiiiiijijjijjiijijjnijjijiiiiiijjijiijYVVYVVVQLYVVVVQLVYVQJVYVQJijsinsinsincoscos211将修正方程写成矩阵形式为：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQPQPQPVVVVVVLJLJLJNHNHNHLJLJLJNHNHNHLJLJLJNHNHNH2211222111221122112222222121222222212111121211111112121111///（9）应该注意到：（9）式中平衡节点以及PV节点的无功不平衡量（即Q分量）所对应的行和列全为零（主对角元素除外），但为了方便编写程序，我们仍利用（9）式的形式，此时应作如下变动：-6-假设节点2为PV节点，可得：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQPPQPVVVVVVLJJLJNHHNHNHHNHLJJLJNHHNH0///00000000000000211222111211211222221211112111111121111同理：若假定节点2为平衡节点，则有如下结构：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQPQPVVVVVVLJLJNHNHLJLJNHNH00///00000000000000000000000000112221111111111111111111作为一般情况，则应同时考虑PV节点和平衡节点的情况形成修正方程。3.潮流计算的框图如下框图表示了潮流计算的一般步骤:-9-YYN开始读入网络参数及系统运行参数数据文件设定电压出值1)0(V，0)0(,置最大迭代数20maxk,迭代计数器0k置最大迭代数kmax=20，迭代计数且k=0形成节点导纳矩阵YY~如果kkmaxN打印计算不收敛按（4）计算节点功率不平衡量ΔP，ΔQmax.|ΔPi，ΔQi|εi=1,2,…,n计算支路功率，输出潮流结果按（9）式形成雅可比矩阵，解修正方程，求出ΔV，Δδ计算kkkkVVV11,k=k+1停机-10-4．数据文件的结构为了计算电力系统潮流，我们必须将待计算系统的网络参数（即：线路、变压器和接地支路参数）及运行参数（即：各节点注入功率、节点数量、平衡节点位置、PV节点的状）输入计算机。通常，这些参数以文本的格式存储在计算机的磁盘里，它们按如下格式排列：节点数，平衡节点，平衡节点电压，计算精度0线路参数格式序号,节点i,节点j，r，x，b/20变压器参数格式序号,节点i,节点j，r，x，k00接地支路参数格式序号，节点I，Gi，Bi0节点功率数据格式序号,节点i，PGi,QGi,PDi,QDi0PV节点数据格式序号,节点i,电压Vi，iiQQ,0对于如图4节点电力系统，其数据文件表示为：Z13Y420Y240Y410Y140Y210Z12Y120Z14Z24K：1312S3S1S2S44∽∽-11-4,4,1.05，0.0000101,1,2,0.1,0.40,0.015282,1,4,0.12,0.50,0.019203,2,4,0.08,0.40,0.0141301,1,3,0,0.3,1.1001,1,0，0，0.30,-0.182,2,0，0，-0.55,-0.133,3,0.5,0,0,001,3,1.10,0,005．形成节点导纳矩阵Y定线路及变压器支路参数(i,j,r,x,b/2)和接地支路参数(i,g,b)已分别读入数组：linei()，linej()，liner()，linex()，和lineb()，branchi()，branchg()，branchb()。令:G(n,n)和B(n,n)分别保存节点导纳矩阵的实部和虚部，则如下框图可形成满阵形式的节点导纳矩阵:-12-6形成修正方程这里包括两部分内容，其一为按（9）式的格式形成Jacobian矩阵，且而是按（4）式的格式形成不平衡量TQP],[，NY清零：G、B从k=1到支路总数（不含接地支路）i=linei(k)；j=linej(k)；r=liner(k)；x=linex(k)；b=0;)**();**(xxrrxBIJxxrrrGIJk线路总数而且lineb(k)0bBIJjjBGIJjjG),(;),(从k=1到接地支路数)(),();(),();(kbranchbiiBkbranchgiiGkbranchiibBIJiiBklinebbGIJiiGBIJjiBijBGIJjiGijG),()(),(),(),(,,0),(),(kBIJiiBGIJiiG转换YjBG00),(;00),(0),(),(0),(),()(0kkBIJiiBkkGIJiiGkBIJijBjiBkGIJijGjiGklinebk-13-7．求解修正方程假定Jacobian矩阵为A，不平衡量bQPT],[,修正量,V为x,则求解：bAx（11）即可求出节点电压的幅值和相位。8.求出各支路功率。IEEE30节点标准测试系统数据表1IEEE30母线系统支路数据表(标幺值)支路号首末端母线号支路电阻支路电抗充电电容电纳B/2额定电流11-20.01920.05750.02641.3021-30.04520.18520.02041.3032-40.05700.17370.01840.6543-40.01320.03790.00421.3052-50.04720.19830.02091.3062-60.05810.17630.01870.6574-60.01190.04140.00450.9085-70.04600.11600.01020.7096-70.02670.08200.00851.30106-80.01200.04200.00450.32119-60.00000.20800.00000.65126-100.00000.55600.00000.32139-110.00000.20800.00000.32149-100.00000.11000.00000.651512-40.00000.25600.00000.651612-130.00000.14000.00000.651712-140.12310.25590.00000.321812-150.06620.13040.00000.321912-160.9450.19870.00000.322014-150.22100.19970.00000.162116-170.08240.19230.00000.162215-180.10700.21850.00000.162318-190.06390.12920