基于MATLAB電力系統(tǒng)PQ潮流計算程序設(shè)計.doc

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1、1緒論1．1潮流計算1.1.1潮流計算概述電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種計算，它根據(jù)給定的運(yùn)行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)：各母線的電壓，各元件中流過的功率，系統(tǒng)的功率損耗等等。在電力系統(tǒng)規(guī)劃的設(shè)計和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用潮流計算來定量地分析比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。此外，電力系統(tǒng)潮流計算也是計算系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。所以潮流計算是研究電力系統(tǒng)的一種很重要也很基礎(chǔ)的計算。電力系統(tǒng)潮流計算也分為離線計算和在線計算兩種，前者主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式，后者則用于正在運(yùn)行系

2、統(tǒng)的隨時監(jiān)視及實(shí)時控制。利用計算機(jī)進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計算從50年代中期就已經(jīng)開始。在這20年內(nèi)，潮流計算曾采用了各種不同的方法，這些方法的發(fā)展主要圍繞著對潮流計算的一些基本要求進(jìn)行的。對潮流計算的要求可以歸納為下面幾點(diǎn)：（1）計算方法的可靠性或收斂性；（2）對計算機(jī)內(nèi)存量的要求；（3）計算速度；（4）計算的方便性和靈活性。電力系統(tǒng)潮流計算問題在數(shù)學(xué)上是一組多元非線性方程式求解問題，其解法都離不開迭代。因此，對潮流計算方法，首先要求它能可靠地收斂，并給出正確答案。由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)的一些特點(diǎn)，并且隨著電力系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，潮流計算方程式的階數(shù)也越來越高，對這樣的方程式并不

3、是任何數(shù)學(xué)方法都能保證給出正確答案的。這種情況成為促使電力系統(tǒng)計算人員不斷尋求新的更可靠方法的重要因素。在用數(shù)字計算機(jī)解電力系統(tǒng)潮流問題的開始階段，普遍采取以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法。這個方法的原理比較簡單，要求的數(shù)字計算機(jī)內(nèi)存量比較低，適應(yīng)50年代電子計算機(jī)制造水平和當(dāng)時電力系統(tǒng)理論水平。但它的收斂性較差，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模變大時，迭代次數(shù)急劇上升，在計算中往往出現(xiàn)迭代不收斂的情況。這就迫使電力系統(tǒng)計算人員轉(zhuǎn)向以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法。60年代初，數(shù)字計算機(jī)已發(fā)展到第二代，計算機(jī)的內(nèi)存和速度發(fā)生了很大的飛躍，從而為阻抗法的采用創(chuàng)造了條件。阻抗法要求的數(shù)字計算機(jī)儲存

4、表征系統(tǒng)接線和參數(shù)的阻抗矩陣需要較大的內(nèi)存量。而且阻抗法每迭代一次都要求順次取阻抗矩陣中的每一個元素進(jìn)行運(yùn)算，因此，每次迭代的運(yùn)算量很大。這兩種情況是過去電子管數(shù)字計算機(jī)無法適應(yīng)的。阻抗法改善了系統(tǒng)潮流計算問題的收斂性，解決了導(dǎo)納法無法求解的一些系統(tǒng)的潮流計算，在60年代獲得了廣泛的應(yīng)用，曾為我國電力系統(tǒng)設(shè)計、運(yùn)行和研究作出了很大的貢獻(xiàn)。目前，我國電力工業(yè)中仍有一些單位采用阻抗法計算潮流。阻抗法的主要缺點(diǎn)是占用計算機(jī)內(nèi)存大，每次迭代的計算量大。當(dāng)系統(tǒng)不斷擴(kuò)大時，這些缺點(diǎn)就更加突出。一個內(nèi)存16K的計算機(jī)在采用阻抗法時只能計算100個節(jié)點(diǎn)以下的系統(tǒng)，32K內(nèi)存的計算機(jī)也

5、只能計算150個節(jié)點(diǎn)以下的系統(tǒng)。這樣，我國很多電力系統(tǒng)為了采用阻抗法計算潮流就不得不先對系統(tǒng)進(jìn)行相當(dāng)?shù)暮喕ぷ鳌榱丝朔杩狗ㄔ趦?nèi)存和速度方面的缺點(diǎn)，60年代中期發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的分塊阻抗法。這個方法把一個大系統(tǒng)分割為幾個小的地區(qū)系統(tǒng)，在計算機(jī)內(nèi)只需要存儲各個地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩陣及它們之間聯(lián)絡(luò)線的阻抗，這樣不僅大幅度地節(jié)省了內(nèi)存容量，同時也提高了計算速度?？朔杩狗ㄈ秉c(diǎn)的另一途徑是采用牛頓-拉夫遜法。這是數(shù)學(xué)中解決非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性。在解決電力系統(tǒng)潮流計算問題時，是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，因此，只要我們能在迭代過程中盡可能保持方程式系數(shù)矩陣的稀疏性

6、，就可以大大提高牛頓-拉夫遜法潮流程序的效率。自從60年代中期，在牛頓-拉夫遜法中利用了最佳順序消去法以后，牛頓法在收斂性、內(nèi)存要求、速度方面都超過了阻抗法，成為60年代末期以后廣泛采用的優(yōu)秀方法。與此同時，為了保證可靠的收斂，在我國還進(jìn)行了網(wǎng)流法潮流計算的研究。隨著電力系統(tǒng)的日益擴(kuò)大和復(fù)雜化，特別是電力系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)自動控制的需要，對系統(tǒng)潮流計算在速度、內(nèi)存以及收斂性方面都提出了更高的要求。70年代以來，潮流計算方法通過不同的途徑繼續(xù)向前發(fā)展，其中比較成功的一個方法就是P-Q分解法。這個方法，根據(jù)電力系統(tǒng)的退熱點(diǎn)，抓住主要矛盾，對純數(shù)學(xué)的牛頓法進(jìn)行了改進(jìn)，從而在內(nèi)存容

7、量及計算速度方面都大大向前邁進(jìn)內(nèi)了一步。使一個32K內(nèi)存容量的數(shù)字計算機(jī)可以計算1000個節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的潮流問題，此法計算速度已能用于在線計算，作系統(tǒng)靜態(tài)安全監(jiān)視。目前，我國很多電力系統(tǒng)都采用了P-Q分解法潮流程序。潮流計算靈活性和方便性的要求，對數(shù)字計算機(jī)的應(yīng)用也是一個很關(guān)鍵的問題。過去在很長時間內(nèi)，電力系統(tǒng)潮流計算是借助于交流臺進(jìn)行的。交流臺模擬了電力系統(tǒng)，因此在交流計算臺上計算潮流時，計算人員可以隨時監(jiān)視系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)是否滿足要求，如發(fā)現(xiàn)某些部分運(yùn)行不合理，則可以立即進(jìn)行調(diào)整。這樣，計算的過程就相當(dāng)于運(yùn)算人員對系統(tǒng)進(jìn)行操作、調(diào)整的過程，非常直觀