电力系统分析课程设计案例1

信息工程学院

课程设计报告书

题目: 电力系统潮流计算

专业：电气工程及其自动化

班级： 0307406

学号：030740625 030740626

学生姓名：夏丹丹陈志彪

指导教师：高仕红

20##年4月13日

信息工程学院课程设计任务书

年月日

信息工程学院课程设计成绩评定表

摘要

潮流计算是电力网络设计及运行中最基本的计算，对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。本文以一个具体例子分析潮流计算的具体方法，并给出MATLAB仿真。

关键词：电力系统潮流计算 Mmatlab仿真

目录

1 需求分析......................................................... 6

1.1 所给电路图及设计要求........................................... 6

1.2 潮流计算的意义................................................. 6

2 总体设计......................................................... 8

2.1 等值电路图..................................................... 8

2.2 设计思路及方法................................................. 8

3 详细设计......................................................... 9

3.1参数计算........................................................ 9

3.2潮流计算....................................................... 12

3.2 MATLAB仿真 14

4 总结............................................................ 23

参考文献.......................................................... 24

1 需求分析

1.1 二级标题

1.2 潮流计算的意义

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，常规潮流计算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。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。

具体表现在以下方面：

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。

2 总体设计

2.1 等值电路图

2.2 设计思路及方法

潮流计算（load flow calculation）根据电力系统接线方式、参数和运行条件计算电力系统稳态运行状态下的电气量。通常给定的运行条件有电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态量包括各节点电压及其相位角和各支路（元件）通过的电流（功率）、网络的功率损耗等。

此题先按电网平均额定电压VN计算功率损耗，再利用上面求得的功率分布，从电源点开始，顺着功率的传送方向，依次计算各段线路的电压降落，求出各节点电压。对于首端电压和功率已知的线路，只需顺着电路的方向算各个变压器及线路的电压降落和功率损耗，以此求得各节点的电压和功率。

3 详细设计

3.1参数计算

变压器1：

励磁功率：

线路一

设，，

产生的充电功率：

同理可得

变压器2（2台变压器并联运行）：

;

线路2：

产生的充电功率：

变压器3：

线路3（双回路）：

产生的充电功率：

变压器4（两台变压器并联）：

;

线路4：

产生的充电功率：

变压器5（两台三绕组变压器并联）：

线路5（双回路）：

产生的充电功率：

变压器6（两台变压器并联）：

;

发电机A：

发电机B：

发电机C：

发电机D：

发电机E：

3.2潮流计算

变压器1的功率损耗：

a点功率

线路1的功率损耗：

变压器T2的功率损耗：

所以b点功率为

c点功率：

计算线路I的电压分布：

VA=115V;

变压器2中的电压降落：

线路I中的电压降落：

线路II中：

线路III的功率损耗和电压降落：

线路IV的损耗：

点f的功率和电压：

变压器6的功率和损耗：

点g的功率及电压：

线路5 的功率损耗及电压降落：

点h的功率：

变压器5-2的功率损耗和电压降落：

点m的功率和电压：

变压器5-3的功率损耗和电压降落：

点n的功率和电压：

3.3MATLAB仿真（由陈志彪完成）

相关的原始数据输入格式如下：

1、B1是支路参数矩阵，第一列和第二列是节点编号。节点编号由小到大编写。

2、对于含有变压器的支路，第一列为低压侧节点编号，第二列为高压侧节点编号，将变压器的串联阻抗置于低压侧处理，第三列为支路的串列阻抗参数，第四列为支路的对地导纳参数，第五烈为含变压器支路的变压器的变比，第六列为变压器是否是否含有变压器的参数，其中“1”为含有变压器，“0”为不含有变压器。

3、B2为节点参数矩阵，其中第一列为节点注入发电功率参数；第二列为节点负荷功率参数；第三列为节点电压参数；第六列为节点类型参数，其中“1”为平衡节点，“2”为PQ节点，“3”为PV节点参数。

4、X为节点号和对地参数矩阵。其中第一列为节点编号，第二列为节点对地参数。

程序如下：

close all

clear all

n=input('请输入节点数:n=');

n1=input('请输入支路数:n1=');

isb=input('请输入平衡节点号:isb=');

pr=input('请输入误差精度:pr=');

B1=input('请输入支路参数:B1=');

B2=input('请输入节点参数:B2=');

X=input('节点号和对地参数:X=');

Y=zeros(n);

Times=1; %置迭代次数为初始值

%创建节点导纳矩阵

for i=1:n1

if B1(i,6)==0 %不含变压器的支路

p=B1(i,1);

q=B1(i,2);

Y(p,q)=Y(p,q)-1/B1(i,3);

Y(q,p)=Y(p,q);

Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4);

Y(q,q)=Y(q,q)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4);

else %含有变压器的支路

p=B1(i,1);

q=B1(i,2);

Y(p,q)=Y(p,q)-1/(B1(i,3)*B1(i,5));

Y(q,p)=Y(p,q);

Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3);

Y(q,q)=Y(q,q)+1/(B1(i,5)^2*B1(i,3));

end

OrgS=zeros(2*n-2,1);

DetaS=zeros(2*n-2,1); %将OrgS、DetaS初始化

%创建OrgS，用于存储初始功率参数

h=0;

j=0;

for i=1:n %对PQ节点的处理

if i~=isb&B2(i,6)==2

h=h+1;

for j=1:n

OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));

OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))-real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));

end

for i=1:n %对PV节点的处理，注意这时不可再将h初始化为0

if i~=isb&B2(i,6)==3

h=h+1;

for j=1:n

OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));

OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))-real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));

end

OrgS

%创建PVU 用于存储PV节点的初始电压

PVU=zeros(n-h-1,1);

t=0;

for i=1:n

if B2(i,6)==3

t=t+1;

PVU(t,1)=B2(i,3);

end

PVU

%创建DetaS，用于存储有功功率、无功功率和电压幅值的不平衡量

h=0;

for i=1:n %对PQ节点的处理

if i~=isb&B2(i,6)==2

h=h+1;

DetaS(2*h-1,1)=real(B2(i,2))-OrgS(2*h-1,1);

DetaS(2*h,1)=imag(B2(i,2))-OrgS(2*h,1);

end

t=0;

for i=1:n %对PV节点的处理，注意这时不可再将h初始化为0

if i~=isb&B2(i,6)==3

h=h+1;

t=t+1;

DetaS(2*h-1,1)=real(B2(i,2))-OrgS(2*h-1,1);

DetaS(2*h,1)=real(PVU(t,1))^2+imag(PVU(t,1))^2-real(B2(i,3))^2-imag(B2(i,3))^2;

end

DetaS

%创建I，用于存储节点电流参数

i=zeros(n-1,1);

h=0;

for i=1:n

if i~=isb

h=h+1;

I(h,1)=(OrgS(2*h-1,1)-OrgS(2*h,1)*sqrt(-1))/conj(B2(i,3));

end

%创建Jacbi(雅可比矩阵)

Jacbi=zeros(2*n-2);

h=0;

k=0;

for i=1:n %对PQ节点的处理

if B2(i,6)==2

h=h+1;

for j=1:n

if j~=isb

k=k+1;

if i==j %对角元素的处理

Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+imag(I(h,1));

Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+real(I(h,1));

Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k)+2*real(I(h,1));

Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1)-2*imag(I(h,1));

else %非对角元素的处理

Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k);

Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1);

end

if k==(n-1) %将用于内循环的指针置于初始值，以确保雅可比矩阵换行

k=0;

end

k=0;

for i=1:n %对PV节点的处理

if B2(i,6)==3

h=h+1;

for j=1:n

if j~=isb

k=k+1;

if i==j %对角元素的处理

Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+imag(I(h,1));

Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+real(I(h,1));

Jacbi(2*h,2*k-1)=2*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h,2*k)=2*real(B2(i,3));

else %非对角元素的处理

Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h,2*k-1)=0;

Jacbi(2*h,2*k)=0;

end

if k==(n-1) %将用于内循环的指针置于初始值，以确保雅可比矩阵换行

k=0;

end

Jacbi

%求解修正方程，获取节点电压的不平衡量

DetaU=zeros(2*n-2,1);

DetaU=inv(Jacbi)*DetaS;

DetaU

%修正节点电压

j=0;

for i=1:n %对PQ节点处理

if B2(i,6)==2

j=j+1;

B2(i,3)=B2(i,3)+DetaU(2*j,1)+DetaU(2*j-1,1)*sqrt(-1);

end

for i=1:n %对PV节点的处理

if B2(i,6)==3

j=j+1;

B2(i,3)=B2(i,3)+DetaU(2*j,1)+DetaU(2*j-1,1)*sqrt(-1);

end

%开始循环**********************************************************************

while abs(max(DetaU))>pr

OrgS=zeros(2*n-2,1); %!!!初始功率参数在迭代过程中是不累加的，所以在这里必须将其初始化为零矩阵

h=0;

j=0;

for i=1:n

if i~=isb&B2(i,6)==2

h=h+1;

for j=1:n

OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));

OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))-real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));

end

for i=1:n

if i~=isb&B2(i,6)==3

h=h+1;

for j=1:n

OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));

OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+imag(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*real(B2(j,3))-imag(Y(i,j))*imag(B2(j,3)))-real(B2(i,3))*(real(Y(i,j))*imag(B2(j,3))+imag(Y(i,j))*real(B2(j,3)));

end

OrgS

%创建DetaS

h=0;

for i=1:n

if i~=isb&B2(i,6)==2

h=h+1;

DetaS(2*h-1,1)=real(B2(i,2))-OrgS(2*h-1,1);

DetaS(2*h,1)=imag(B2(i,2))-OrgS(2*h,1);

end

t=0;

for i=1:n

if i~=isb&B2(i,6)==3

h=h+1;

t=t+1;

DetaS(2*h-1,1)=real(B2(i,2))-OrgS(2*h-1,1);

DetaS(2*h,1)=real(PVU(t,1))^2+imag(PVU(t,1))^2-real(B2(i,3))^2-imag(B2(i,3))^2;

end

DetaS

%创建I

i=zeros(n-1,1);

h=0;

for i=1:n

if i~=isb

h=h+1;

I(h,1)=(OrgS(2*h-1,1)-OrgS(2*h,1)*sqrt(-1))/conj(B2(i,3));

end

%创建Jacbi

Jacbi=zeros(2*n-2);

h=0;

k=0;

for i=1:n

if B2(i,6)==2

h=h+1;

for j=1:n

if j~=isb

k=k+1;

if i==j

Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+imag(I(h,1));

Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+real(I(h,1));

Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k)+2*real(I(h,1));

Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1)-2*imag(I(h,1));

else

Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k);

Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1);

end

if k==(n-1)

k=0;

end

k=0;

for i=1:n

if B2(i,6)==3

h=h+1;

for j=1:n

if j~=isb

k=k+1;

if i==j

Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+imag(I(h,1));

Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3))+real(I(h,1));

Jacbi(2*h,2*k-1)=2*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h,2*k)=2*real(B2(i,3));

else

Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-imag(Y(i,j))*real(B2(i,3))+real(Y(i,j))*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h-1,2*k)=real(Y(i,j))*real(B2(i,3))+imag(Y(i,j))*imag(B2(i,3));

Jacbi(2*h,2*k-1)=0;

Jacbi(2*h,2*k)=0;

end

if k==(n-1)

k=0;

end

Jacbi

DetaU=zeros(2*n-2,1);

DetaU=inv(Jacbi)*DetaS;

DetaU

%修正节点电压

j=0;

for i=1:n

if B2(i,6)==2

j=j+1;

B2(i,3)=B2(i,3)+DetaU(2*j,1)+DetaU(2*j-1,1)*sqrt(-1);

end

for i=1:n

if B2(i,6)==3

j=j+1;

B2(i,3)=B2(i,3)+DetaU(2*j,1)+DetaU(2*j-1,1)*sqrt(-1);

end

Times=Times+1; %迭代次数加1

end

Times

4 总结

透过这次电力系统分析课程设计，对自己以往的学习有了很深的认识。电力系统分析专业课的系统学习已经过去了三个多月，由于电力系统分析课程本身较难，在学习过程中没有做到足够的理解学习以及在以后的时间没有做到充分的温习，因此在这次设计作业的解题过程中感遇到了很大的阻力。

首先拿到图就感到无从下手，已经超出我们平时作业的水平，也超出了我们的能力范围，以至好长时间都没有动笔，只是每次拿出来看几眼。慢慢看出了些眉头后，又用过请教同学和老师把部分不懂的细节弄清了。完成这个艰难的第一步后，对整个线路图有了宏观的把握，对解题方法也有了大致思路。第二步就应该对电路图做详细分析，计算线路参数作出等值电路，这一步相对进行的比较顺利。接下来就是理清思路认真做潮流计算，在做潮流计算的时候由于计算量比较大，线路参数比较多，所花的时间很多。完成整个潮流计算后，面临这一个更艰巨的任务，就是手写稿转化成电子稿。由于公式比较复杂，上下标多，对公式编辑及画图软件应用甚少，操作起来很费时。总得来说，还是基本上完成了任务，现将在此次设计的过程中遇到的问题及收获总结如下：

存在的问题：

1．不能熟记电力系统课本中有关公式，应用时需要查看课本。

2．对三绕组的变压器应用不深。

3．对潮流计算的几种模型及基本运算了解不透，不能熟练应用。

4．计算能力不强。

5．对公式编辑及画图软件viso操作不熟。

6．由于在计算过程中忽略了变压器的励磁损耗，而且只做了一次迭代，没有保证精度，与MATLAB仿真存在很一定的差异，有的甚至出现错误的数据。

收获：

1. 为了较好的完成此次作业，对主要的相关章节又进行较全面的学习，尤其是加深了对有关公式的应用。

2. 提高了对有关软件的操作能力。

3. 由于此模板类似于毕业论文的模板，让我们提前熟悉了毕业论文的要求和格式。这次的课程设计为明年的毕业论文打下了很好的基础。

同时，通过此次的课程设计，让我认识到一个很严重的问题：我们的学习不扎实。考完之后或是经过一段时间我们就对前面学过的知识没有映像了，这主要是因为没有理解性学习。所以，在以后的学习中，一定要学的扎实，学的牢靠，并且能学以致用，活学活用。

参考文献

1.何仰赞温増银《电力系统分析》第三版

2.http://baike.baidu.com/view/627420.

3.王守相刘玉田电力系统潮流计算研究现状--《山东电力技术》1996年05期

4.飞思科技产品研发中心.MATLAB基础与提高.北京：电子工业出版社，2005.

5.Stephen J. Chapman. MATLAB Programming for Engineers Second Edition. 国外高校电子信息类优秀教材

6.刘同娟. MATLAB在电路分析中的应用.电气电子教学学报.2002

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1.2 潮流计算的意义

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2.2 设计思路及方法

3 详细设计

3.1参数计算

3.2潮流计算

3.3MATLAB仿真（由陈志彪完成）

4 总结

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