电力系统课程设计

课程设计（论文）任务书年级专业学生姓名学号题目名称采用极坐标下的牛顿-拉夫逊计算设计时间2010.12.20-2011.1.6课程名称潮流计算课程设计课程编号121202306设计地点综合仿真实验室一、课程设计（论文）目的1.掌握电力系统极坐标下的牛顿-拉夫逊计算的基本原理；2.掌握并能熟练运用一门计算机语言（MATLAB语言或FORTRAN或C语言或C++语言）；3.采用计算机语言对极坐标下的牛顿-拉夫逊计算进行计算机编程计算。通过课程设计,使学生巩固电力系统潮流计算的基本原理与方法，掌握潮流计算的数值求解方法(节点导纳矩阵，修正方程)，开发系统潮流计算的计算程序。让学生掌握用计算机仿真分析电力系统的方法。同时，通过软件开发，也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。二、已知技术参数和条件在图所示的简单电力系统中，系统中节点1、2为PQ节点，节点3为PV节点，节点4为平衡节点，已给定3.04.01js，2.03.02js，4.03P，02.13V，05.14V，04，网络各元件参数的标幺值如表2所示，给定电压的初始值如表2所示，收敛系数00001.0。试求：采用极坐标下的牛顿-拉夫逊计算图1网络的潮流分布。~12341:k44V11jQP22jQP3V3P三、任务和要求任务：熟练掌握计算机语言，并采用计算机编程进行下列计算：根据电力系统网络推导电力网络数学模型，写出节点导纳矩阵；掌握潮流计算的数值求解方法(节点导纳矩阵，修正方程)，开发系统潮流计算的计算程序。要求：1.手工计算，手写，采用A4纸，得出计算结果。2.编写程序：它包括程序源代码；程序说明；部分程序的流程图；程序运行结果，电子版。注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）[1]何仰赞等.电力系统分析[M].武汉：华中理工大学出版社，2002.3[2]西安交通大学等.电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1993.12五、进度安排2010年12月20日：下达课程设计的计划书，任务书，设计题目及分组情况。2010年12月21日-23日：学生完成潮流计算的手工计算。2010年12月24日：讲述课程设计编程的思路、要求。举例：用MATLAB软件编写的部分程序。2010年12月25日-30日：学生编写程序。2011年1月1日-3日：上机调试程序，得出正确结果。2011年1月4日-5日：整理课程设计报告。2011年1月6日：学生答辩。六、教研室审批意见教研室主任（签字）：年月日七|、主管教学主任意见主管主任（签字）：年月日八、备注指导教师（签字）：学生（签字）：课程设计（论文）评阅表学生姓名学号系专业班级题目名称采用极坐标下的牛顿-拉夫逊计算课程名称潮流计算课程设计一、学生自我总结通过本次课程设计，我明白了老师说的“重中之重”——潮流计算。只有通过精密的设计和计算，才能保证电力系统的稳定性。此次设计加深了我对潮流计算的认识。尤其是在手工计算阶段，对于不懂的问题我都会向组长或者其他组员虚心请教。求节点导纳矩阵，矩阵的逆，列雅克比方程，解修正方程等使我熟悉了重要公式。同时也是我对以前的知识梳理了一遍，获益颇多。当然，在课程设计过程中发现自己存在许多不足。基础知识的不牢固，给我带来了不小的障碍。但是通过自己的努力以及同学们的帮助，我不仅解决了许多疑难问题，修补了知识漏洞，而且顺利完成课程设计。在此致谢。学生签名：2011年1月5日二、指导教师评定评分项目平时成绩答辩课程设计内容综合成绩权重303040单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）：年月日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面。2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。目录1前言………………………………………………………………........12设计主题…………………………………………………....................23潮流计算流程图……………………………………….………….......34手工计算…………………………..………………………………..…45MATLAB程序设计…………………………………………..............105.1程序…………………………………………......…………….......115.2程序运行结果……………………………………………………..136总结与体会………………………………………………………......18参考文献………………………………………………………………..191前言电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂，它将一次能源转换成电能；电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相联。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。实际电力系统的潮流计算主要采用牛顿-拉夫逊法。按电压的不同表示方法，牛顿-拉夫逊潮流计算分为直角坐标形式和极坐标形式两种。本次计算采用极坐标形式下的牛顿-拉夫逊法，牛顿-拉夫逊法有很好的收敛性，但要求有合适的初值。目前matlab已成为国际控制界最流行、使用最广泛的语言了。它强大的矩阵处理功能给电力系统的分析、计算带来很多方便。所以本次课程设计程序设计采用matlab计算。2设计主题题目一：在下图所示的简单电力系统中，系统中节点1、2为PQ节点，节点3为PV节点，节点4为平衡节点，已给定3.04.01js，2.03.02js，4.03P，02.13V，05.14V，04，网络各元件参数的标幺值如表1所示，给定电压的初始值如表2所示，收敛系数00001.0。试求：采用极坐标下的牛顿-拉夫逊计算图示网络的潮流计算。~12341:k44V11jQP22jQP3V3P表1网络各元件参数的标幺值支路电阻电抗输电线路cy21变压器变比k1—20.020.060.01—1—30.010.030.01—2—30.030.07——2—40.00.05—0.96253—40.020.05——表2各节点电压（初值）标幺值参数节点i1234)0()0()0(iiijfeU1.00+j0.01.0+j0.01.0+j0.01.05+j0.03潮流计算流程图本次课程设计采用极坐标下的牛顿-拉夫逊计算网络的潮流计算。其牛顿-拉夫逊潮流计算程序框图如下所示。图3.1极坐标下的牛顿-拉夫逊潮流计算程序框图输入原始数据形成节点导纳矩阵设节点电压初值，相角初值用公式计算不平衡功率△P（i）i△Q（i）i△V2（k）iMax（|△P（K）i△Q（i）i△V2（k）i|ε）ε解修正方程求△δ（k）△V（k）δ（k+1）=δ（k）+△δ（k）V（k+1）=V（k）+△V（k）K0计算平衡节点功率及全部路线功率输出K+1=k是4手工计算插入手写的潮流计算过程5MATLAB程序设计5.1程序%电力系统极坐标下的牛顿-拉夫逊法潮流计算disp('电力系统极坐标下的牛顿-拉夫逊法潮流计算:');clearn=input('请输入结点数：n=');n1=input('请输入PV结点数：n1=');n2=input('请输入PQ结点数：n2=');isb=input('请输入平衡结点：isb=');pr=input('请输入精确度：pr=');K=input('请输入变比矩阵:K=');C=input('请输入支路阻抗矩阵：C=');y=input('请输入支路导纳矩阵：y=');U=input('请输入结点电压矩阵：U=');S=input('请输入各结点的功率：S=');Z=zeros(1,n);N=zeros(n1+n2,n2);L=zeros(n2,n2);QT1=zeros(1,n1+n2);form=1:nforR=1:nC(m,m)=C(m,m)+y(m,R);ifK(m,R)~=0C(m,m)=C(m,m)+1/(C(m,R)/(K(m,R)*(K(m,R)-1)));C(R,R)=C(R,R)+1/(C(m,R)/(1-K(m,R)));C(m,R)=C(m,R)/K(m,R);C(R,m)=C(m,R);endendendform=1:nforR=1:nifm~=RZ(m)=Z(m)+1/C(m,R);endendendform=1:nforR=1:nifm==RY(m,m)=C(m,m)+Z(m);elseY(m,R)=-1/C(m,R);endendenddisp('结点导纳矩阵:');disp(Y);disp('迭代中的雅克比矩阵:');G=real(Y);B=imag(Y);O=angle(U);U1=abs(U);k=0;PR=1;P=real(S);Q=imag(S);whilePRprform=1:n2UD(m)=U1(m);endform=1:n1+n2forR=1:nPT(R)=U1(m)*U1(R)*(G(m,R)*cos(O(m)-O(R))+B(m,R)*sin(O(m)-O(R)));endPT1(m)=sum(PT);PP(m)=P(m)-PT1(m);PP1(k+1,m)=PP(m);endform=1:n2forR=1:nQT(R)=U1(m)*U1(R)*(G(m,R)*sin(O(m)-O(R))-B(m,R)*cos(O(m)-O(R)));endQT1(m)=sum(QT);QQ(m)=Q(m)-QT1(m);QQ1(k+1,m)=QQ(m);endPR1=max(abs(PP));PR2=max(abs(QQ));PR=max(PR1,PR2);form=1:n1+n2forR=1:n1+n2ifm==RH(m,m)=U1(m)^2*B(m,m)+QT1(m);elseH(m,R)=-U1(m)*U1(R)*(G(m,R)*sin(O(m)-O(R))-B(m,R)*cos(O(m)-O(R)));endendendform=1:n1+n2forR=1:n2ifm==RN(m,m)=-U1(m)^2*G(m,m)-PT1(m);elseN(m,R)=-U1(m)*U1(R)*(G(m,R)*cos(O(m)-O(R))+B(m,R)*sin(O(m)-O(R)));endendendform=1:n2forR=1:n1+n2ifm==RJ(m,m)=U1(m)^2*G(m,m)-PT1(m);elseJ(m,R)=U1(m)*U1(R)*(G(m,R)*cos(O(m)-O(R))+B(m,R)*sin(O(m)-O(R)));endendendform=1:n2forR=1:n2ifm==RL(m,m)=U1(m)^2*B(m,m)-QT1(m);elseL(m,R)=-U1(m)*U1(R)*(G(m,R)*sin(O(m)-O(R))-B(m,R)*cos(O(m)-O(R)));endendendJJ=[HN;JL];disp(JJ);PQ=[PP';QQ'];DA=-inv(JJ)*PQ;DA1=DA';form=1:n1+n2OO(m)=DA1(m);endform=n:n1+n2+n2UU1(m-n1-n2)=DA1(m);endUD2=diag(UD);UU=UU1*UD2;form=1:n1+n2O(m)=O(m)+OO(m);endform=1:n2U1(m)=U1(m)+UU(m);endform=1:n1+n2o(k+1,m)=180/pi*O(m);endf