MATPOWER5.0b1安裝包：https://download.csdn.net/download/qq_29629293/12839984
MATPOWER中文手冊：https://download.csdn.net/download/qq_29629293/12839772
MATPOWER安裝過程在這里：https://blog.csdn.net/qq_29629293/article/details/108568544

目錄

• 1、各文件的意義
• 2、使用方法
• 3、可運行的算法
• 4、case文件格式
• 5、實例及計算結(jié)果介紹

本文主要參考《MATPOWER手冊（中文版）》。
由于使用手冊很長，用起來不太容易看，在這里想通過文章給大家分享一下我對于MATPOWER的學(xué)習(xí)過程和使用方法。
話不多說，直接上過程——

1、各文件的意義

MATPOWER中有一百多個文件和文件夾，在進(jìn)行計算的時候并不是所有的文件都要用到，它們之間的關(guān)系更多的是嵌套。在這里就先介紹一下部分經(jīng)常用到的文件的含義。
（手冊3.7節(jié)）
1、數(shù)據(jù)輸入文件：（一般是case開頭的文件，后面數(shù)字是幾就是幾節(jié)點系統(tǒng)）

文件名稱含義

caseformat.m	輸入數(shù)據(jù)格式匹配的文檔
case_ieee30.m	IEEE30節(jié)點系統(tǒng)
case118.m	IEEE118 節(jié)點系統(tǒng)
case14.m	IEEE14節(jié)點系統(tǒng)
case30.m	改進(jìn)的IEEE30節(jié)點系統(tǒng)
case30pwl.m	分段線性成本結(jié)構(gòu)的case30.m
case30Q.m	帶無功成本的case30.m
case300.m	IEEE300節(jié)點系統(tǒng)
case39.m	39節(jié)點系統(tǒng)
case4gs.m	從Grainger&Steveson轉(zhuǎn)化的4節(jié)點系統(tǒng)
case57.m	IEEE57節(jié)點系統(tǒng)
case6ww.m	來自于Wood&Wollenberg的1節(jié)點系統(tǒng)
case9.m	3機9節(jié)點系統(tǒng)（默認(rèn)案例）
case9Q.m	帶無功成本的9節(jié)點系統(tǒng)

2、高層方案：（一般是以run開頭，可直接運行一個方法的潮流計算）

文件名稱含義

cdf2matp.m	將數(shù)據(jù)從IEEE CDF的格式轉(zhuǎn)換成MATPOWER的格式
runpf.m	運行一個潮流計算程序
runopf.m	運行一個最優(yōu)潮流計算程序
rundcpf.m	運行一個直流潮流計算
rundcopf.m	運行一個直流最優(yōu)潮流計算
runcomp.m	運行兩個最優(yōu)潮流并且比較他們的結(jié)果
runuopf.m	運行一個可以處理高價機組停機的OPF
runduopf.m	運行一個可以處理高價機組停機的直流OPF

3、其他的文件：（暫且不用看，在使用過程中基本用不到）
注、如果需要基于MATPOWER進(jìn)行開發(fā)的話，可根據(jù)手冊的文件名，在MATLAB中打開對應(yīng)文件進(jìn)行修改。

2、使用方法

1、進(jìn)行簡單的潮流計算（手冊2.3、2.4）

（1）運行一個簡單的牛頓潮流。其中包括默認(rèn)的運算法則選項，默認(rèn)為‘case9’，在matlab命令行中輸入：

runpf()

若要運行指定文件的話，則在命令行鍵入：

runpf(‘case5’)

（2）計算最優(yōu)潮流。計算一個數(shù)據(jù)在case30.m文件中的30節(jié)點的最優(yōu)潮流系統(tǒng)，以默認(rèn)的算法選項，maitlab的命令行鍵入：

runopf(‘case30’)

計算相同的系統(tǒng)，但是以關(guān)閉高耗機組處理的方式運行，輸入：

runuopf(‘case30’)

2、設(shè)置不同的選項進(jìn)行計算（手冊3.6）

MATPOWER采用一個選項向量“mpoption”來達(dá)到對選項的控制。在MATLAB命令行輸入mpoption就可以顯示出MATPOWER的默認(rèn)選項內(nèi)容。

點開工作區(qū)的“ans”可以看到每個數(shù)值及矩陣、結(jié)構(gòu)體詳情：

MATPOWER選項向量實現(xiàn)下列控制：

• 潮流計算
• 潮流計算的終止標(biāo)準(zhǔn)
• 最優(yōu)潮流（OPF）算法
• 對不同成本模型的默認(rèn)OPF算法
• OPF的成本轉(zhuǎn)換參數(shù)
• OPF的中止標(biāo)準(zhǔn)
• 冗余水平
• 結(jié)果輸出方式

MATPOWER選項向量中有關(guān)潮流計算的選項功能描述見下表：

MATPOWER選項向量中有關(guān)潮流計算輸出結(jié)果的選項功能描述見下表：

我們打開mpoption.m文件來看一看：

首先看到的是一段注釋，在這些注釋中介紹了mpoption這一個函數(shù)中，所輸入的參數(shù)個數(shù)和內(nèi)涵。

參數(shù)形式含義

OPT = MPOPTION	返回默認(rèn)選項結(jié)構(gòu)體。
OPT = MPOPTION(OVERRIDES)	返回默認(rèn)選項結(jié)構(gòu)，其中一些字段被重寫的值覆蓋，這些字段可以是結(jié)構(gòu)，也可以是返回結(jié)構(gòu)的函數(shù)的名稱。
OPT = MPOPTION(NAME1, VALUE1, NAME2, VALUE2, …)	（選項，數(shù)值，選項，數(shù)值……），一個數(shù)值對應(yīng)一個選項成對出現(xiàn)。名稱可以是單獨的字段，也可以是嵌入周期的多級字段名稱。這些值可以是標(biāo)量或結(jié)構(gòu)。
OPT = MPOPTION(OPT0)	將原來的選項向量OPT0轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的選項結(jié)構(gòu)。若TOP0已為結(jié)構(gòu)體則無需操作。
OPT = MPOPTION(OPT0, OVERRIDES)	對現(xiàn)有的選項集OPT0應(yīng)用覆蓋，它可以是原來的選項向量或選項結(jié)構(gòu)體。
OPT = MPOPTION(OPT0, NAME1, VALUE1, NAME2, VALUE2, …)	和上面的一樣，只是它以舊樣式的選項向量OPT0作為基礎(chǔ)，而不是舊的默認(rèn)選項向量。
OPT_VECTOR = MPOPTION(OPT, [])	從選項結(jié)構(gòu)OPT中創(chuàng)建并返回原來樣式的選項向量。

使用方式如下：
首先獲取默認(rèn)的選項向量（命令行鍵入）：

mpopt=mpoption;

比方說，我們要使用快速解耦法對數(shù)據(jù)文件‘case57’進(jìn)行潮流計算，則需在命令行先后輸入下面兩行：

mpopt=mpoption(mpopt,‘PF_ALG’,2);

runpf(‘case57’,mpopt);

如果我們需要系統(tǒng)運算的概要信息和機組信息，則可進(jìn)行如下設(shè)置：

mpopt=mpoption(mpopt,‘OUT_BUS’,0,‘OUT_BRANCH’,0,‘OUT_GEN’,1);
%不打印母線細(xì)節(jié)信息和支路信息，只打印機組信息

3、計算結(jié)果的獲得
潮流計算的結(jié)果就是需要得到系統(tǒng)中每個節(jié)點的電壓幅值、相角和輸出的有功功率、無功功率。要想獲得這些數(shù)據(jù)可以通過下面的四句：

Um=results.bus(:,8);
Ua=results.bus(:,9);
PL=results.branch(:,14);
QL=results.branch(:,15);

拿Um來說，可見，在最后結(jié)果的bus結(jié)構(gòu)體中，第8列為電壓的幅值，所以我們選擇第8列所有行的數(shù)據(jù)作為電壓的幅值提取出來。

4、調(diào)試
為了深入學(xué)習(xí)潮流計算的過程，可以用調(diào)試的方法對MATPOWER程序分析。
例如：
（1）在MATLAB中打開runpf.m，并在下面的程序處設(shè)置斷點：

然后再命令行輸入一下命令：

runpf(‘case5’)

當(dāng)程序運行到斷點后自動暫停，在工作區(qū)出現(xiàn)了很多中間變量：

此時在命令行中輸入“Ybus”，即可以顯示出系統(tǒng)的導(dǎo)納矩陣（注意：輸出為稀疏矩陣），結(jié)果如下：

也可以在工作區(qū)，找到Y(jié)bus矩陣，雙擊直接在“變量”對話框中查看：

（2）若要了解在采用牛頓法計算潮流的迭代過程，可打開文件newtonpf.m，并在下處設(shè)置斷點：

當(dāng)程序運行到斷點后自動暫停，此時便可在工作區(qū)找到Vm、Va、F等迭代過程中各節(jié)點的電壓及功率誤差。

5、獲得其他函數(shù)的幫助文檔（手冊2.5）
當(dāng)擁有MATLAB的內(nèi)部函數(shù)和工具箱代碼時，通過輸入help加上命令或者M(jìn)文件的名稱可以獲得詳細(xì)的函數(shù)說明，幾乎所有的MATPOWER 的M文件都有這樣的文檔。

3、可運行的算法

這一部分屬于現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容，從手冊目錄就可以看到MATPOWER可以進(jìn)行的運算方法有哪些：

4、case文件格式

首先，我們打開一個case文件，例如‘case5’：

在這里，我們定義了一個mpc結(jié)構(gòu)體，名稱為‘case5’，往下滑動頁面可以看到這個結(jié)構(gòu)體中的所有字段：
1、version：數(shù)據(jù)文件格式的版本，共有兩種——version1和version2。MATPOWER3.0及以前的版本采用version1。現(xiàn)在一般都采用version2。
2、baseMVA：設(shè)置基準(zhǔn)容量*（有名值）*，是一個標(biāo)量，一般設(shè)為100。
3、bus：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中各母線參數(shù)，是一個矩陣，每一行對應(yīng)一個單一的母線，每一列的含義如下表：

字段含義

bus_i	設(shè)置母線編號
type	設(shè)置母線類型，1-PQ節(jié)點，2-PV節(jié)點，3-平衡（參考）節(jié)點，4-孤立節(jié)點
Pd、Qd	設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功功率和無功功率*
Gs、Bs	設(shè)置與母線并聯(lián)的電導(dǎo)和電納
baseKV	設(shè)置該母線的基準(zhǔn)電壓Vm、Va
Vmax、Vmin	設(shè)置工作時母線最高、最低電壓幅值
area	設(shè)置電網(wǎng)斷面號，設(shè)置范圍1~100，一般設(shè)為1
zone	設(shè)置斷網(wǎng)分區(qū)號，設(shè)置范圍1~999，一般設(shè)為1

它們在矩陣中的排列需要按照如下順序：

4、gen：設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機（電源）參數(shù)，是一個矩陣，字段含義如下：

字段含義

bus	設(shè)置接入發(fā)電機（電源）的母線編號
Pg、Qg	設(shè)置接入發(fā)電機（電源）的有功功率和無功功率*
Pmax、Pmin	設(shè)置接入發(fā)電機（電源）的有功功率最大、最小允許值
Qmax、Qmin	設(shè)置接入發(fā)電機（電源）的無功功率最大、最小允許值
Vg	設(shè)置接入發(fā)電機（電源）的工作電壓
mBase	設(shè)置接入發(fā)電機（電源）的功率基準(zhǔn)
status	設(shè)置發(fā)電機（電源）工作狀態(tài)，1表示投入，0表示退出

它們在矩陣中的排列需要按照如下順序：

5、branch：設(shè)置電網(wǎng)中的各支路參數(shù)，是一個矩陣，字段含義如下：

字段含義

fbus、tbus	設(shè)置該支路起始節(jié)點（母線）編號和終止節(jié)點（母線）編號
r、x、b	設(shè)置該支路的電阻、電抗和充電電納
rateA、rateB、rateC	設(shè)置該支路長期、短期和緊急允許功率
ratio	設(shè)置該支路的變比。如果支路是導(dǎo)線，則為0；如果支路是變壓器，則為fbus側(cè)母線基準(zhǔn)電壓與tbus側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓之比
angle	設(shè)置支路的相位角度。如果支路為導(dǎo)線，則為0；如果支路為變壓器（或移相器），就是變壓器（或移相器）的轉(zhuǎn)角
status	設(shè)置支路工作狀態(tài)，1表示投入，0表示退出
angmin、angmax	設(shè)置支路相位角度的最小和最大差值

它們在矩陣中的排列需要按照如下順序：

6、area：區(qū)域數(shù)據(jù)格式(已棄用)。MATPOWER不使用此數(shù)據(jù)，并且對于帶有OPF數(shù)據(jù)的version2案例文件不再需要此數(shù)據(jù)。
7、gencost：發(fā)電機功率成本，如果gen有ng行，則gencost的第一行ng行包含對應(yīng)發(fā)電機產(chǎn)生有功功率的成本。如果gencost有2ng行，那么行ng+1到2ng包含相同格式的無功成本。

字段含義

model	模型。1 -分段線性，p0 <p1 <…<pn和代價f§由坐標(biāo)(p0,f0)， (p1,f1)，…， (pn,fn)的分段線性代價函數(shù)的結(jié)束點/斷點；2 -多項式 ，n階多項式代價函數(shù)的n+1個系數(shù)，從最高階開始，其中代價為f§ = cn * p^n +…+ c1*p + c0
startup	啟動成本(美元)
shutdown	關(guān)閉成本（美元）
N	多項式成本函數(shù)遵循的成本系數(shù)數(shù)，或分段線性遵循的數(shù)據(jù)點數(shù)
其余參數(shù)	定義總成本函數(shù)f§的參數(shù)，f和p的單位分別是$/hr和MW(或MVAr)。

數(shù)據(jù)格式詳見caseformat.m文件

5、實例及計算結(jié)果介紹

接下來，我們對一個簡單地電力系統(tǒng)通過MATPOWER進(jìn)行簡單地潮流計算。

電力系統(tǒng)圖如上圖所示。
我們需要在文件夾內(nèi)創(chuàng)建一個.m 文件，將它命名為case5_01.m：

然后，我們將下面的代碼放入文件內(nèi)：

function mpc=case5_01
% MATPOWER Case Format:Version 2
mpc.version=‘2’;
%%------Power Flow Data------%%
%% system MVA base
mpc.baseMVA=100;
%% Bus data
% bus_i type Pd Qd Gs Bs area Vm Va baseKV zone Vmax Vmin
mpc.bus=[
1 1 160 80 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94;
2 1 200 100 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94;
3 1 370 130 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94;
4 2 0 0 0 0 1 1.05 0 100 1 1.1 0.94;
5 3 0 0 0 0 1 1.05 0 100 1 1.1 0.94;
];
%% generator data
% bus Pg Qg Qmax Qmin Vg mbase status Pmax Pmin
mpc.gen=[
4 500 0 99990 -9999 1.05 100 1 600 0;
5 0 0 99990 -9999 1.05 100 1 600 0;
];
%% branch data
% fbus tbus r x b rataA rataB rataC ratio angle status angmin angmax
mpc.branch=[
2 1 0.04 0.25 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360;
3 1 0.1 0.35 0 0 0 0 0 0 1 -360 360;
3 2 0.08 0.3 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360;
3 5 0 0.03 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360;
2 4 0 0.015 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360;
];

接下來，我們在命令行中輸入

runpf(‘case5_01’)

按回車后可得到打印好的計算結(jié)果：



仔細(xì)閱讀結(jié)果內(nèi)容，可以看到結(jié)果中有3個表格：

• System Summary 系統(tǒng)總結(jié)
• Bus Data 母線數(shù)據(jù)
• Branch Data 支路數(shù)據(jù)

（1） System Summary
里面描述了對原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息。
在表格最下面描述了電壓的幅值相角的最大值和最小值，以及線路的有功無功損耗最大的線路編號及損耗值。

（2） Bus Data
表格中：
第二列和第三列分別為電壓幅值和相角，
第四列和第五列是發(fā)電機輸入的有功功率和無功功率，
第六列和第七列是輸出負(fù)荷的有功功率和無功功率。
Total表示功率各列之和，前后差值就是線路中損耗的。

（3） Branch Data
表格中：
第二列和第三列分別是線路的起始母線和終止母線，
第四列和第五列是起始母線注入有功和無功，有正負(fù)，
第六列和第七列是終止母線注入的有功和無功，有正負(fù)，
第八列和第九列是線路上損耗的有功和無功，是前后兩項的相加之和，有正負(fù)。
Total表示損耗之和，這個值應(yīng)該與Bus Data的結(jié)果Total相差不大。

到這里，就已經(jīng)基本掌握了MATPOWER的使用方法了！
上面的內(nèi)容和順序是我自己在學(xué)習(xí)時整理出的方便我自己理解的步驟。
如果有什么錯誤的話請大家批評指正！

參考文獻(xiàn)：于群,曹娜.MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真,北京:機械工業(yè)出版社,2011.5

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的MATPOWER快速上手及应用实例的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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