基于Matpower的電力系統(tǒng)潮流計算設(shè)計原理

• 第一部分 前言
• 第二部分 牛頓-拉夫遜算法潮流計算的基本原理
• • 1.牛頓-拉夫遜計算法潮流計算原理
  • 2.牛頓-拉夫遜計算法潮流直角坐標(biāo)計算原理
  • 3.牛頓-拉夫遜計算法潮流計算流程
• 第三部分 Matpower仿真軟件
• • 1.Matpower軟件簡介
  • 2.Matpower矩陣參數(shù)
• 第四部分 電力系統(tǒng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣
• • 1.節(jié)點導(dǎo)納矩陣簡介
  • 2.節(jié)點導(dǎo)納矩陣仿真運(yùn)算
• 第五部分 基于Matpower的電力系統(tǒng)潮流計算仿真
• • 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
  • Case28節(jié)點的編寫
  • • 8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)功率
    • 8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)節(jié)點功率
    • 平衡節(jié)點矩陣數(shù)據(jù)
    • 8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)變壓器變比
• 第六部分 潮流計算仿真數(shù)據(jù)
• • 潮流計算節(jié)點數(shù)據(jù)
  • 潮流計算發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)
  • 潮流計算支路數(shù)據(jù)
  • generator cost data矩陣數(shù)據(jù)
• 第七部分 潮流計算結(jié)果分析

---

第一部分 前言

??由于之前有關(guān)電力系統(tǒng)潮流計算的文章分成了兩部分，不方便大家理解潮流計算，因此我將潮流計算的原理和仿真合在一起完成本篇文章。
??電力系統(tǒng)分析中, 潮流計算的意義十分重大,它是在電網(wǎng)正常或故障情況下的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的計算，為了更加深入地理解潮流計算，本文基于牛頓-拉夫遜潮流計算原理，設(shè)計出一個8機(jī)28節(jié)點的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后基于Matlab進(jìn)行仿真運(yùn)行分析。
??各類配電網(wǎng)潮流算法性能通常從以下幾個方面進(jìn)行分析: 算法的收斂速度、穩(wěn)定性、算法的復(fù)雜程度。潮流計算的穩(wěn)定性對于維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定潮流計算。它根據(jù)給定的初始值和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài), 確定各個母線上的電壓幅值及相角、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及網(wǎng)絡(luò)損耗等。潮流計算的基本方程是由電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程得到的。在電力系統(tǒng)中都存在一些靜態(tài)裝置, 例如變壓器、輸電線路、并聯(lián)電容器和電抗器等, 它們可以由電阻、電感和電容等基礎(chǔ)元件構(gòu)成的等值電路來模擬。

---

第二部分 牛頓-拉夫遜算法潮流計算的基本原理

??牛頓-拉夫遜法實質(zhì)上就是切線法，是逐步線性化的方法。牛頓-拉夫遜計算法不僅用于求解單變量方程，還可以求解多變量非線性代數(shù)方程。

1.牛頓-拉夫遜計算法潮流計算原理

??設(shè)有單變量非線性方程

??在求解此方程的時候，需要先給出解的近似值$x^{(0)}$,它的與真解的誤差將滿足下列方程式

??將上述式子左邊的函數(shù)在$x^{(0)}$附近展開成泰勒級數(shù)得到：

??如果差值 的值很小，差值的二次及以上階次的各項均可以省去，于是可以簡化成：

??這是對于變量的修正量線性方程式（修正方程式），據(jù)此可以得到修正量

??但是修正后的近似解$x^{(1)}$與真解仍然存在誤差，為了進(jìn)一步逼近真解，可以一直迭代下去，最終可以得到迭代計算通式：

??而迭代過程中的收斂判據(jù)為：

??由此可見，牛頓-拉夫遜法實質(zhì)上就是切線法，是逐步線性化的方法。牛頓-拉夫遜計算法不僅用于求解單變量方程，還可以求解多變量非線性代數(shù)方程。
設(shè)有n個聯(lián)立的非線性代數(shù)方程
??假定已經(jīng)給出各變量的初值$x{1}^{(0)}$,$x{2}^{(0)}$,…,$x{n}^{(0)}$,令
??分別為各個變量的修正量，使其滿足方程組，即
??將n個多元函數(shù)在初始值附近分別展開成泰勒級數(shù)，并略去二次及以上階次的各項，可以得到牛頓-拉夫遜法的修正方程式
??利用高斯消去法或者三角分解法可以解出修正量,然后對初始值近似解進(jìn)行修正
??如此反復(fù)迭代，在進(jìn)行第k+1次迭代時，從而求出修正方程式：
??得到修正量
??并對各變量進(jìn)行修正，最終可以表示為
??其中，**$X$**是由n個變量組成的n維矩陣列向量，$F（X）$,是由n個多元函數(shù)組成的n維向量:$J$是n*n階方陣，稱為雅可比矩陣。迭代過程一直進(jìn)行到滿足收斂判據(jù)

2.牛頓-拉夫遜計算法潮流直角坐標(biāo)計算原理

??由于節(jié)點電壓可以采用不同的坐標(biāo)系表示，牛頓-拉夫遜潮流計算也將相應(yīng)地采用不同的計算公式。
??采用直角坐標(biāo)時，節(jié)點電壓可以表示為
??導(dǎo)納矩陣元素可以表示為
??假定系統(tǒng)中的第1,2，…，m號節(jié)點為PQ節(jié)點，第i個節(jié)點的給定功率設(shè)為 $Pis$和$Qis$，對于該節(jié)點可以寫出如下方程
??假定系統(tǒng)中的第m+1，m+2，…，n-1號節(jié)點為PU節(jié)點，對于其中每一個節(jié)點可以寫出如下方程
??第n號節(jié)點為平衡節(jié)點，其中電壓
??是給定的，所以不參加迭代，對于PQ節(jié)點方程式和PU節(jié)點方程式來說，總共包含2(n-1)個方程式，帶求的變量也是2（n-1）個，因此，我們可以得到如下的修正方程式
??其中修正方程式還可以寫成分塊矩陣的形式
??其中，
??對于PQ節(jié)點

??對于PU節(jié)點
??雅可比矩陣各元素都是節(jié)點電壓的函數(shù)，它們的數(shù)值將在迭代的過程中不斷地改變，因此在用牛頓-拉夫遜法計算潮流首先要輸入網(wǎng)絡(luò)的原始數(shù)據(jù)以及各節(jié)點的給定值并且形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣，輸入節(jié)點電壓初值，設(shè)置迭代計數(shù)k=0,然后開始進(jìn)入牛頓-拉夫遜算法的迭代過程。

3.牛頓-拉夫遜計算法潮流計算流程

第三部分 Matpower仿真軟件

1.Matpower軟件簡介

?? MATPOWER是基于 Matlab 語言的m文件組建包，作為電力系統(tǒng)潮流計算仿真軟件。潮流計算仿真中，按照MATPOWER中潮流計算程序的格式修改或重新編寫一個新的程序“caseX.m”，在MATLAB軟件中的命令窗口輸入runpf（‘程序名’）就可以通過MATPOWER已經(jīng)編好的程序進(jìn)行潮流計算，而通過調(diào)用函數(shù)runpf的參數(shù)計算潮流。

2.Matpower矩陣參數(shù)

（1） baseMVA
??baseMVA是一個標(biāo)量，用來設(shè)置基準(zhǔn)容量。對于計算中采用有名值，可以根據(jù)實際情況設(shè)置，在本文設(shè)計中設(shè)置為100MVA。

---

（2） bus data矩陣
??bus矩陣是關(guān)于電網(wǎng)母線節(jié)點參數(shù)設(shè)計的矩陣，通過設(shè)置母線的參數(shù)來達(dá)到計算的目的，如表3.1所示，bus data有如下參數(shù)

Bus_itypePdQdGsBsAreaVmVabaseKVzoneVmaxVmin

1	1	97.6	44.2	0	0	1	1.0393896	-13.5366	311	1	1.06	0.94

??其中，各項參數(shù)的含義為：

• bus_i用來設(shè)置母線編號，范圍為1~29997。
• type用來設(shè)置母線類型，1為PQ節(jié)點，2為PV節(jié)點，3為平衡節(jié)點；
• Pd用來設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功功率
• Qd用來設(shè)置母線注入負(fù)荷的無功功率
• Gs用來設(shè)置與母線并聯(lián)的電導(dǎo)
• Bs用來設(shè)置與母線并聯(lián)的電納
• area 用來設(shè)置電網(wǎng)斷面號，可設(shè)置范圍為1~100，一般設(shè)置為1
• Vm用來設(shè)置母線電壓的幅值初值
• Va用來設(shè)置母線電壓的相角初值
• baseKV用來設(shè)置該母線的基準(zhǔn)電壓
• zone用來設(shè)置省耗分區(qū)號，可設(shè)置范圍為1~999，一般設(shè)置為1
• Vmax用來設(shè)置工作時母線電壓最高幅值
• Vmin用來設(shè)置工作時母線電壓最低幅值

（3） generator data矩陣
??generator data矩陣是用來設(shè)置電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)的參數(shù)，各項參數(shù)名稱如表3.2所示：

BusPgQgQmaxQminVgmBasestatusPmaxPminPc1Pc2Qc1minQc1maxQc2minQc2maxamp_agcRamp_10Ramp_30Ramp_q

17	650	207	300	150	1.05256	100	1	725	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

??
??其中，

• bus用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的母線編號

• Pg用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的有功功率，注意功率輸入的是有名值

• Qg用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的無功功率

• Qmax用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的無功功率的最大允許值

• Qmin用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的無功功率的最小允許值

• Vg用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的工作電壓，注意輸入的是標(biāo)幺值

• mBase用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的功率基準(zhǔn)

• status用來設(shè)置發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，1表示投入運(yùn)行，2表示投出運(yùn)行

• Pmax用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的無功功率的最大允許值

• Pmin用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)的無功功率的最小允許值

• 其余的Pc1，Pc2，Qc1min，Qc1max，Qc2min，Qc2max，ramp_agc，ramp_10，ramp_30，ramp_q，apf均表示發(fā)電機(jī)其他特征量，在實際計算中可以設(shè)置為0

（4） branch data矩陣
??brach data是一個矩陣，用來設(shè)置電網(wǎng)中各個支路之間的參數(shù)，矩陣參數(shù)名稱如表3.3所示：

fbustbusrxbrateArateBrateCratioangleStatusangminangmax

1	2	0.0035	0.0411	0.6987	600	600	600	0	0	1	-360	360

??其中，

• fbus用來設(shè)置支路起始節(jié)點編號
• tbus用來設(shè)置支路終止節(jié)點編號
• r用來設(shè)置該支路電阻，注意阻抗導(dǎo)納等參數(shù)輸入的都是標(biāo)幺值
• x用來設(shè)置該支路電抗
• b用來設(shè)置該支路電納
• rateA用來設(shè)置該支路長期允許功率
• rateB用來設(shè)置該支路短期允許功率
• rateC用來設(shè)置該支路緊急允許功率
• ratio用來設(shè)置該支路變比，若該支路僅僅為導(dǎo)線則設(shè)置為0，若含有變壓器，則該變比為fbus側(cè)母線基準(zhǔn)電壓與tbus側(cè)基準(zhǔn)變壓之比
• angle用來設(shè)置支路的相位角度，如果支路元件為變壓器，則就是變壓器的轉(zhuǎn)角，如果支路元件不是變壓器，則相位角度為0度
• status用來設(shè)置支路工作狀態(tài)，1表示投入運(yùn)行，0表示退出運(yùn)行

（5） generator cost data矩陣
??一般來說，generator cost data矩陣保持原有默認(rèn)的設(shè)計，不作修改。

??基于Matpower的潮流計算矩陣的設(shè)計，需要改變?nèi)缟暇仃嚨膮?shù)，使其滿足收斂條件，最終得到相應(yīng)的計算結(jié)果，因此熟悉Matpower矩陣的編寫對于最終的仿真結(jié)果有著極其重要的意義。

第四部分 電力系統(tǒng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣

1.節(jié)點導(dǎo)納矩陣簡介

??電力網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)行狀態(tài)可以用節(jié)點方程或者回路方程進(jìn)行描述，節(jié)點方程以母線電壓作為待求量，節(jié)點方程的求解結(jié)果對于潮流計算應(yīng)用廣泛。
??一般地，對于有n個獨(dú)立節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，可以列寫出n個節(jié)點方程
??可以寫成矩陣形式

??矩陣Y稱為節(jié)點導(dǎo)納矩陣，其對角線元素Y稱為節(jié)點i的自導(dǎo)納，等于接于節(jié)點i的所有支路導(dǎo)納之和，非對角線元素成為節(jié)點ij之間的互導(dǎo)納，等于直接連接于節(jié)點ij之間的支路導(dǎo)納的負(fù)值，如果節(jié)點ij之間不存在直接支路，則導(dǎo)納為0，因此，節(jié)點導(dǎo)納矩陣是一個稀疏的對稱矩陣。

2.節(jié)點導(dǎo)納矩陣仿真運(yùn)算

??基于上述原理，編寫出電力系統(tǒng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣的計算代碼

N1=input('輸入節(jié)點數(shù)，N1='); L1=input('輸入支路數(shù)，L1='); Y=zeros(N1);G=zeros(N1);B=zeros(N1); B1=[ 1 2 0.0035 0.0411 0.6987 600 600 600 0 0 1 -360 360; 1 14 0.0023 0.0353 0.3804 900 900 900 0 0 1 -360 360;1 27 0.0014 0.025 0.75 1000 1000 1000 0 0 1 -360 360;2 3 0.0013 0.0213 0.2214 500 500 500 0 0 1 -360 360;2 28 0.0067 0.0086 0.146 500 500 500 0 0 1 -360 360; 3 4 0.0013 0.0151 0.2572 500 500 500 0 0 1 -360 360; 3 12 0.0011 0.0133 0.2138 500 500 500 0 0 1 -360 360; 4 5 0.0004 0.0046 0.078 900 900 900 0 0 1 -360 360;4 20 0.0022 0.035 0.361 600 600 600 0 0 1 -360 360;5 6 0 0.025 0 1800 1800 1800 1.07 0 1 -360 360;5 25 0.002 0.0353 0.3804 900 900 900 0 0 1 -360 360;5 12 0.004 0.0232 0.531 600 600 600 0 0 1 -360 360;6 7 0.0016 0.0435 0 500 500 500 1.06 0 1 -360 360;6 18 0.0004 0.043 0.729 600 600 600 0 0 1 -360 360;7 8 0.0009 0.0094 0.171 600 600 600 0 0 1 -360 360;7 13 0.0016 0.0435 0 500 500 500 1.06 0 1 -360 360;8 23 0.0018 0.0217 0.366 600 600 600 0 0 1 -360 360;9 10 0.0007 0.0089 0.1342 600 600 600 0 0 1 -360 360;9 19 0.0003 0.0059 0.068 600 600 600 0 0 1 -360 360;10 11 0.0007 0.0082 0.1319 600 600 600 0 0 1 -360 360;10 18 0.0013 0.0173 0.3216 600 600 600 0 0 1 -360 360;11 12 0.0008 0.014 0.2565 900 900 900 0 0 1 -360 360;12 16 0.0032 0.0323 0.531 600 600 600 0 0 1 -360 360;13 17 0.0006 0.0232 0 900 900 2500 0 0 1 -360 360;14 20 0.0057 0.0625 1.029 600 600 600 0 0 1 -360 360;15 19 0.0043 0.0474 0.7802 600 600 600 0 0 1 -360 360;20 17 0.0014 0.0151 0.249 600 600 600 1.032 0 1 -360 360;21 22 0.0014 0.0147 0.2396 600 600 600 0 0 1 -360 360;22 23 0.0008 0.0156 0 1200 1200 2500 1.25 0 1 -360 360;23 18 0.0006 0.0096 0.1846 0 0 0 0 0 1 -360 360;23 24 0 0.0143 0 900 900 2500 1.25 0 1 -360 360;24 25 0.0032 0.0323 0.531 600 600 600 0 0 1 -360 360;25 26 0.0005 0.0272 0 900 900 2500 0 0 1 -360 360;26 27 0.0006 0.0232 0 900 900 2500 1.25 0 1 -360 360;27 28 0.0043 0.0474 0.7802 600 600 600 0 0 1 -360 360;]; for m1=1:N1I=B1(m1,1);J=B1(m1,2);R=B1(m1,3);X=B1(m1,4);k=B1(m1,5);if I*J==0if I==0G(j,J)=G(J,J)+R;B(J,J)=B(J,J)+X;elseG(I,I)=G(I,I)+R;B(I,I)=B(I,I)+X;endelseif I*J>0B(I,I)=B(I,I)+k;B(J,J)=B(J,J)+k;k=1;elseif I<0t=I;I=J;J=t;endJ=abs(J); 36if k<0k=-1/k;endendG(I,J)=-(1.0/k)*R/(R^2+X^2);B(I,J)=(1/k)*X/(R^2+X^2);G(J,I)=G(I,J);B(J,I)=B(I,J);G(I,I)=G(I,I)+R/(R^2+X^2);B(I,I)=B(I,I)-X/(R^2+X^2);G(J,J)=G(J,J)+1/(k^2)*R/(R^2+X^2);B(J,J)=B(J,J)-1/(k^2)*R/(R^2+X^2);Y=G+i.*B end Y

得到如下所示的結(jié)果
??第1—8行節(jié)點導(dǎo)納矩陣

??第9—16行節(jié)點導(dǎo)納矩陣

??第17—24行節(jié)點導(dǎo)納矩陣
??第25—28行節(jié)點導(dǎo)納矩陣

??根據(jù)圖示結(jié)果可以看出，導(dǎo)納矩陣是稀疏矩陣，它的對角線元素一般不為0，但在非對角線元素中會存在0，在電力系統(tǒng)的接線圖中，一般每個節(jié)點同平均不超過3到4個其他節(jié)點有直接連接的支路，因此在導(dǎo)納矩陣中的非對角線元素中每行平均僅有3到4個非0元素，其余都是零元素，第1-28列數(shù)據(jù)大部分都為零元素，每行僅有少數(shù)是非零元素，符合節(jié)點導(dǎo)納矩陣規(guī)律。
??以上內(nèi)容就是有關(guān)潮流計算的原理，上述部分僅僅簡單介紹了潮流計算的相關(guān)理論知識，而利用Matpower能使我們快速便捷地處理數(shù)據(jù)，最終得到想要的結(jié)果，接下來的部分即是針對Matpower得到仿真結(jié)果。

第五部分 基于Matpower的電力系統(tǒng)潮流計算仿真

??在之前的牛頓-拉夫遜潮流計算的原理上，可以加深大家對于潮流計算的理解，在本文中將通過Matpower進(jìn)行Case文件的編寫與仿真，最終加深對潮流計算的理解程度。
?? 本次設(shè)計的電力系統(tǒng)設(shè)置8臺發(fā)電機(jī)，使其在一定的功率范圍下運(yùn)行，然后通過對28個節(jié)點的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，在部分節(jié)點支路之間設(shè)置了變壓器以此來保證電力系統(tǒng)的電壓等級，同時還對節(jié)點設(shè)置無功補(bǔ)償來對系統(tǒng)進(jìn)行一定的無功補(bǔ)償。在完成電力系統(tǒng)的設(shè)計后，通過Matlab計算出系統(tǒng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣，根據(jù)節(jié)點導(dǎo)納矩陣驗證節(jié)點數(shù)據(jù)的正確性，然后基于Matpower工具包中的runpf函數(shù)，調(diào)用編寫的Case28_08.m文件進(jìn)行潮流計算。所編寫的Case文件中主要包含電力系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)據(jù)矩陣、發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)矩陣和支路數(shù)據(jù)矩陣，通過3個矩陣最終得到了8機(jī)28節(jié)點的電力系統(tǒng)有功損耗和無功功率，系統(tǒng)的有功損耗與負(fù)荷消耗的有功功率之和等于發(fā)電機(jī)輸出的有功功率。

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

??本次設(shè)計的電力系統(tǒng)包含了8臺發(fā)電機(jī)、28個節(jié)點、7臺變壓器和2個無功補(bǔ)償點，如圖所示

??根據(jù)上圖可以看出，節(jié)點17、18、19、20、21、22、23、24處接有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)出設(shè)置功率參數(shù)用于對整個系統(tǒng)進(jìn)行有功輸入，各個發(fā)電機(jī)節(jié)點的有功功率和無功功率如表1所示；屬于PV節(jié)點，其余節(jié)點屬于PQ節(jié)點，其中5和6、6和7、7和13、17和20、22和23、23和24、26和27之間設(shè)置了變壓器，變壓器變比數(shù)據(jù)如表1所示，同時節(jié)點6和15處用于無功補(bǔ)償，據(jù)此設(shè)計出了圖1所示的電力系統(tǒng)圖，并以此為依據(jù)設(shè)計出Case28的潮流計算程序。

Case28節(jié)點的編寫

??首先根據(jù)原先設(shè)計的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行各個節(jié)點數(shù)據(jù)的編寫，然后按照設(shè)計要求：至少含有兩個電壓等級；各負(fù)荷節(jié)點的負(fù)荷功率因數(shù)不低于0.8，要求平衡節(jié)點電壓幅值設(shè)置為1.05，基于上述目標(biāo)進(jìn)行如下Case28節(jié)點的編寫。

8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)功率

??8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)功率如下表所示（包含有功和無功功率）

節(jié)點1718192021222324

Pd/MW	600	600	500	650	550	540	800	1000
Qd/MW	200	110	170	200	100	0	0	0

8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)節(jié)點功率

??8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)節(jié)點功率如下表所示（包含節(jié)點的有功、無功功率）

節(jié)點1234567

Pd/MW	97.6	0	322	233.8	0	65	85
Qd/MW	44.2	0	2.4	84	0	-70	88

節(jié)點891011121314

Pd/MW	0	330	0	158	680	300	250
Qd/MW	0	32.5	0	30	103	15	84.6

節(jié)點15161718192021

Pd/MW	308.6	0	139	280	206	85	0
Qd/MW	-92	0	17	75.5	28.9	30	0

節(jié)點22232425262728

Pd/MW	600	0	1100	110	200	0	220
Qd/MW	210	0	250	20	10	0	28.8

平衡節(jié)點矩陣數(shù)據(jù)

??設(shè)置節(jié)點20作為電力系統(tǒng)的平衡節(jié)點，保證其電壓幅值為1.05，平衡節(jié)點數(shù)據(jù)如下表所示

BUS_itypePdQdGsBsAreaVmVabaseKVzoneVmaxVmin

20	3	85	30	0	0	1	1.05	0	311	1	1.06	0.94

8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)變壓器變比

??8機(jī)28節(jié)點電力系統(tǒng)變壓器變比數(shù)據(jù)如表所示，在5和6、6和7、7和13、17和20、22和23、23和24、26和27之間設(shè)置變壓器。

K5-6K6-7K7-13K17-20K22-23K23-24K26-27

1.07	1.06	1.06	1.032	1.25	1.25	1.25

第六部分 潮流計算仿真數(shù)據(jù)

潮流計算節(jié)點數(shù)據(jù)

??基于之前的數(shù)據(jù)要求以及參數(shù)設(shè)置，將 28 節(jié)點的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下設(shè)置，將潮流計算過程中涉及到的重要參數(shù)數(shù)據(jù)記錄在下表中（由于節(jié)點數(shù)據(jù)過多，僅部分節(jié)點參數(shù)數(shù)據(jù)）。

Bus_itypePdQGsBsVmVaVmaxVmin

1	1	97.6	44.2	0	0	1.03938	-13.537	1.06	0.94
2	1	0	0	0	0	1.04849	-9.7852	1.06	0.94
3	1	322	2.4	0	0	1.0307	-12.276	1.06	0.94
4	1	233.8	84	0	0	0.99839	-12.755	1.06	0.94
5	1	0	0	0	0	1.00822	-10.408	1.06	0.94
6	1	65	-70	0	0	1.03833	0	1.06	0.94
7	1	85	88	0	0	1.00081	-8.9988	1…06	0.94
8	1	0	0	0	0	1.01232	-10.715	1.06	0.94
9	1	330	32.5	0	0	1.03252	-10.033	1.06	0.94
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…
16	1	0	0	0	0	1.0501	-5.41	1.06	0.94
17	2	139	17	0	0	1.05256	-9.4388	1.06	0.94
18	2	280	75.5	0	0	1.03834	-11.365	1.06	0.94
19	2	206	28.9	0	0	1.05037	-5.928	1.06	0.94
20	3	85	30	0	0	1.05	0	1.06	0.94
21	2	0	0	0	0	1.04996	-7.3704	1.06	0.94
22	2	600	210	0	0	0.982	0	1.06	0.94
23	2	0	0	0	0	1.03	-14.535	1.06	0.94
24	2	1100	250	0	0	0.9841	-0.1884	1.06	0.94
25	1	110	20	0	0	0.9972	-0.1932	1.06	0.94
26	1	200	10	0	0	1.0123	-1.6311	1.06	0.94
27	1	0	0	0	0	1.0494	1.7765	1.06	0.94
28	1	220	28.8	0	0	1.0636	4.4684	1.06	0.94

??根據(jù)上表可以看出，節(jié)點 17—24 共 8 個節(jié)點設(shè)置為發(fā)電機(jī)，type類型為 2，通過設(shè)置其有功無功參數(shù)來改變結(jié)果，其中第 20 號節(jié)點設(shè)置為平衡節(jié)點，type 為 3，平衡節(jié)點的電壓幅值為 1.05，電壓角度為 0。在節(jié)點 6 和節(jié)點 15處設(shè)置無功補(bǔ)償。其余節(jié)點屬于PQ 節(jié)點，其參數(shù)可以通過自己的需求進(jìn)行設(shè)置，8 機(jī) 28 節(jié)點系統(tǒng)的電導(dǎo)均為 0，且為有名值，大部分負(fù)荷的功率因數(shù)在 0.8 以上，整個電力系統(tǒng)的電壓幅值上下限控制在 1.06—0.94 范圍內(nèi)

潮流計算發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)

??8 機(jī) 28 節(jié)點電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)如表 如下表所示

BusPgQgVgPmaxPmin

17	600	200	1.0525613	650	0
18	600	110	1.0383449	640	0
19	500	170	1.0503737	508	0
20	650	200	1.05	680	0
21	550	100	1.0499	580	0
22	540	0	0.982	540	0
23	800	0	1.03	800	0
24	1000	0	0.9841	1200	0

??根據(jù)上表可以看出，發(fā)電機(jī)屬于 PV 節(jié)點，節(jié)點 17 至 24 共 8 個節(jié)點用于發(fā)電機(jī)的參數(shù)設(shè)置，為系統(tǒng)提供有功功率，發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率將影響系統(tǒng)的最終結(jié)果，可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，在本系統(tǒng)中統(tǒng)一將無功上限設(shè)為200，下限為 0 進(jìn)行計算。

潮流計算支路數(shù)據(jù)

??8 機(jī) 28 節(jié)點電力系統(tǒng)支路數(shù)據(jù)如下表所示（由于支路數(shù)據(jù)較多，僅展示部分節(jié)點間的支路數(shù)據(jù)）。

fbustbusrxbRatio

1	2	0.0035	0.0411	0.6987	0
1	14	0.0023	0.0353	0.3804	0
1	27	0.0014	0.025	0.75	0
2	3	0.0013	0.0213	0.2214	0
2	28	0.0067	0.0086	0.146	0
3	4	0.0013	0.0151	0.2572	0
3	12	0.0011	0.0133	0.2138	0
4	5	0.0004	0.0046	0.078	0
4	20	0.0022	0.035	0.361	0
…	…	…	…	…	…
20	17	0.0014	0.0151	0.249	1.032
21	22	0.0014	0.0147	0.2396	0
22	23	0.008	0.0156	0	1.25
23	18	0.0006	0.0096	0.1846	0
23	24	0	0.0143	0	1.25
24	25	0.0032	0.0323	0.531	0
25	26	0.0005	0.0272	0	0
26	27	0.0006	0.0232	0	1.25
27	28	0.0043	0.0474	0.7802	0

generator cost data矩陣數(shù)據(jù)

第七部分 潮流計算結(jié)果分析

系統(tǒng)數(shù)據(jù)變量數(shù)據(jù)P(MW)Q(MAvr)

Buses	28	Total Gen Capacity	5598	-0 to 1600
Generators	8	On-line Capacity	5598	-0 to 1600
Committed Gens	8	Generation	5862.5	1512.2
Loads	20	Load	5770	991.9
Shunts	0	Shunt(inj)	-0	0
Branches	35	Losses	92.52	1599.91
Transformers	8	Branch Charging	-	1079.7
Inter-ties	1	1 Total Inter-tie Flow	0	27.8

??系統(tǒng)的有功損耗 92.52MW 與負(fù)荷消耗的 5770MW 之和等于 5862.52MW，恰好等于 8 臺發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，符合實際情況，同時根據(jù)這個可以看出潮流計算的結(jié)果是正確的。
節(jié)點數(shù)據(jù)

• PV 節(jié)點的有功功率和電壓幅值在潮流計算 中保持不變; 但值得注意的是，2號節(jié)點有功功率卻變?yōu)?1272.52MW，原因是其在平衡系統(tǒng)功率時發(fā)生了變化 20號平衡節(jié)點的有功功率為 1272.52MW，在之前的功率設(shè)置范圍（1500MW—0MW）內(nèi)，因此 20 號節(jié)點設(shè)置為平衡節(jié)點是合理的。
• 無功補(bǔ)償 0MVar 是各節(jié)點總和，表明這些節(jié)點起到了無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/li>

支路數(shù)據(jù)

??根據(jù)仿真數(shù)據(jù)可知，發(fā)電機(jī)節(jié)點的有功功率、負(fù)荷節(jié)點的有功功率和無功功率與設(shè)定的初值是一致的，所有的節(jié)點電壓也都在設(shè)定的上下限之間。并且變壓器的設(shè)置也起到了作用，節(jié)點電壓并未發(fā)生越限，這也說明整體的 8 機(jī) 28 節(jié)點的電力系統(tǒng)設(shè)計較為合理。
??具體的仿真程序可以參照以下鏈接：Matpower8機(jī)28節(jié)點程序設(shè)計代碼
??以上就是本次電力系統(tǒng)潮流計算仿真結(jié)果，希望通過本次的講解能夠加深大家對于Matpower仿真的理解。文章的內(nèi)容可能存在部分不足之處，如有錯誤，請在評論區(qū)指出，謝謝。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于Matpower的电力系统潮流计算原理及仿真设计（详细）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。