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研究生课程考试成绩单（试卷封面）院系电气工程学院专业电气工程学生姓名郝攀学号152247课程名称电气工程设计与开发1_偏软（S016156）授课时间2015年9月至2016年6月周学时2学分2.0简要评语考核论题总评成绩（含平时成绩）备注任课教师签名：日期：年月日学号：152247东南大学研究生课程《电气工程设计与开发1_偏软》课程报告院（系、所）电气工程学院学科（专业）电气工程研究生姓名郝攀学科门类与学位级别工学硕士导师姓名张金旺入学年月2015年8月31日结题报告日期2016年5月16日东南大学电气工程学院一、课程结题报告选题题目基于C#的潮流计算软件研究方向电力系统及其自动化题目来源国家部委省市厂、矿自选有无合同经费数备注题目类型基础研究应用研究综合研究其它基础研究课程指导教师选择（备注：每位同学可以选择指导教师中的两位，其中一位为主选，另一位为备选，指导教师从以下三位教师中选择：蒋浩、黄允凯、王玉荣。）主选教师：蒋浩备选教师：黄允凯结题报告内容一、课程设计目标：（1）目标：从工程化角度培养学生从事软件特别是面向对象程序的架构设计、编程开发和软件测试能力。（2）要求：1.开发语言的选择：C++/JAVA/C#及其他面向对象程序语言，数据库平台的选择不限；2.软件功能的要求：软件具有完整的功能，具有可视化人机交互功能，具有基本的输入输出界面，可以进行数据的输入、输出，数据保存推荐数据库的方式；3.工作量的要求：除系统自动生成的代码外，独立开发的代码以不低于2000行为宜。4.备注：本课程是软件设计与开发，不能采用仿真形式代替，不能以课题组已经开发的软件代替。二、设计步骤：（1）根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选：本设计选择C#进行设计；（2）编写潮流计算界面；（3）编写潮流计算程序，实现界面的功能；（4）找到案例电力网络的等值电路图，在编写的软件上调试。（5）运用设计软件进行潮流计算，并与参考结果比对测试。（6）根据测试结果，记录测试bug,修改原程序。1（7）编写课程设计报告。三、设计原理（1）牛顿-拉夫逊原理牛顿迭代法是取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（1），然后由节点导纳矩阵列写功率方程（2）（3）（4），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（5）（6），并对功率平衡方程求偏导（7）（8），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。有关潮流计算基本原理如下：（1）（2）（3）（4）（5）2（6）（7）（8）（2）牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤：1.形成各节点导纳矩阵Y；2.设个节点电压的初始值U和相角初始值e还有迭代次数初值；3.计算各个节点的功率不平衡量；4.根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行；5.计算雅可比矩阵中的各元素；6.修正方程式个节点电压；7.利用新值自第（3）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环；8.计算平衡节点输出功率和各线路功率。四、软件说明书（1）功能目标及总体设计本软件具有两大模块，分别实现两大计算功能：第一，不限节点个数的节点导纳矩阵，如图1；第二，不限节点个数的无控制潮流计算，如图2；本软件采用C/S架构，用户需用PC、工作台等安装软件并运行。两大模块中，节点导纳矩阵计算是潮流计算的基础，需要先进行节点导纳矩阵计算，再进行潮流计算。本软件的功能模型流程图如图3。图1.节点导纳计算按钮3图2.潮流计算按钮图3.功能模型流程图（2）主模块详细设计1.模块一的实现：通过用户指定的节点个数、支路索引矩阵、支路参数矩阵，动态的建立存储节点导纳矩阵实部和虚部的G阵、B阵。计算思路及相应的界面如下：a)根据索引，作为G阵、B阵脚标的依据，根据参数阵中r,x的值计算各支路互导纳，再计算出节点的自导纳。相对应代码在Line355-390；b)根据参数阵中的b,修正导纳矩阵B阵的自导纳。相对应代码在Line390-408；c)根据参数阵中的变比k及变压器π型等效电路的计算规则，对已得的G阵、B阵修正。相对应代码在Line409-460；Y开始阅读关于根据关于要求赋值支路索引阵，支路参数阵，各节点个数。点击节点导纳矩阵按钮是否进行潮流计算根据几点编号及类型，输入计算所需要的功率、电压、相角信息点击潮流计算按钮点击菜单中保存按钮N4d)除了在含有对地电容的支路,B阵计算思路基本与G阵相同；e)模块一界面数据输入部分：如图4；图4.模块一界面数据输入部分f)模块一界面数据输出部分：如图5；图5.模块一界面数据输出部分2.模块二的实现：本算法采用牛顿拉夫逊法求解潮流，计算原理同设计原理，计算思路及相应的界面如下：a)设个节点电压的初始值U和相角初始值e还有迭代次数初值。相对应代码在Line499-551；b)计算各个节点的功率不平衡量。相对应代码在Line557-589；c)根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行。相对应代码在Line556；d)计算雅可比矩阵中的各元素。相对应代码在Line590-710；e)修正方程式个节点电压。相对应代码在Line715-730；5f)利用新值自第c）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环；g)计算平衡节点输出功率，PV节点注入无功。相对应代码在Line745-761；h)计算各线路功率。相对应代码在Line762-800；i)模块二界面数据输入部分：如图6；图6.模块二界面数据输入部分j)模块二界面数据输出部分：如图7。6图7.模块二界面数据输出部分（3）辅助功能介绍1.文件菜单栏：如图所示，包含新建、打开、保存、退出功能，如图8。图8.文件菜单栏2.关于菜单栏：如图所示：包含如何支路索引、如何赋值支路、如何解读结果，如图9，并给出如何索引支路的例子，如图10。7图9.关于菜单栏图10.关于菜单栏例（4）测试1.测试文档1测试用例选择现代电力系统分析2003版，王锡凡主编,P74页的5节点系统，并附计算结果可供读者参考，如图11,12。图11.测试用例8图12.测试用例参考结果图13.测试1结果2.测试文档2选用IEEE14节点典型算例数据对软件进行测试。给出IEEE14节点系统接线图，如图14所示：9图14.IEEE14节点系统接线图IEEE14节点系统包括5台发电机(节点1、2、3、6、8，其中1节点为平衡节点，节点2、3、6、8为PV节点)，3台可调变压器(支路4—7、4—9、5—6)和1个无功补偿点(节点9)，系统数据统计表如下表所示：表1.IEEE14节点基本数据统计表节点数支路数可调变压器数无功补偿设备数发电机数1420315表2.IEEE14发电机数据节点号有功下限有功上限无功下限无功上限电压下限电压上限10.11.0-0.40.50.951.120.20.5-0.40.50.951.130000.40.951.1600-0.060.240.951.1800-0.060.240.951.110表3.IEEE14节点系统支路参数数据支路号首末节点电阻电抗1/2电纳11-20.019380.059170.0264022-30.046990.019790.0219032-40.058110.176320.0187041-50.054030.223040.0246052-50.056950173880.0170063-40.067010.171030.0173074-50.013350.042110.0064087-80.00000.176150.0000097-90.00000.110010.00000109-100.031810.084500.00000116-110.094980.198900.00000126-120.122910.155810.00000136-130.066150.130270.00000149-140.127110.270380.000001510-110.082050.192070.000001612-130.220920.199880.000001713-140.170930.348020.00000表4.IEEE14节点系统变压器数据支路号首末节点电阻电抗变比变比下限变比上限185-600.252020.9320.91.1194-700.209120.9780.91.1204-900.556180.9690.91.1表5.IEEE14节点系统负荷数据母线号有功无功20.2170.12730.9420.1940.478-0.03950.0760.01660.1120.07590.2950.166100.090.058110.0350.018120.0610.016130.1350.058140.1490.0511图15.测试2结果3.测试bug记录对于数据自身问题，程序存在计算不收敛现象。4.功能测试结果：只要是合理的电力系统数据，计算功能良好，均可以正常实现计算功能。五、结束语本课程设计采用Visualstudio2015为开发平台,应用VC#语言开发了一套简单的电网潮流计算软件，数据的存储利用txt文本。实现一系列复杂的复数运算和非线性方程的迭代计算，可以进行电力系统的节点导纳矩阵计算、潮流计算。非常感谢蒋浩老师在设计过程中的帮助和支持，以及来自同学的热心帮助。六、参考文献[1]何鹏飞，王征.C#实用编程百例.北京：清华大学出版社，2004.1-20[2]李春葆,曾平.C#程序设计教程.第3版.北京：清华大学出版社，2015.3-7[3]于国防,李剑.C#语言Windows程序设计.第2版.北京:清华大学出社,2015.46-55[4]单渊达,等.电能系统基础.北京：机械工业出版社,2001.[5]刘天琪.现代电力系统分析理论与方法.北京：中国电力出版社，2007.47-63[6]吴锡凡.现代电力系统分析.北京：科学出版社，2003.113-147[7]张伯明等.高等电力网络分析.第2版.北京：清华大学出版社，2007.241-27512研究生签名：年月日13指导教师对选题报告的综合意见指导教师（签名）年月日选题报告审议情况记录１、课程审核小组成员：组长：成员：２、课程审核小组意见记录３、课程审核小组组长（签名）课程审核小组成员（签名）年月日备注：