基于Matpower的電力系統潮流計算仿真

• 第一部分 前言
• 第二部分 電力系統結構圖
• 第三部分 Case28節點的編寫
• • 8機28節點電力系統發電機功率
  • 8機28節點電力系統節點功率
  • 平衡節點矩陣數據
  • 8機28節點電力系統變壓器變比
• 第四部分 潮流計算仿真數據
• • 潮流計算節點數據
  • 潮流計算發電機數據
  • 潮流計算支路數據
  • generator cost data矩陣數據
• 第五部分 潮流計算結果分析

第一部分 前言

??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進行Case文件的編寫與仿真，最終加深對潮流計算的理解程度。

??如果對潮流計算的原理不太清楚的可以參考之前的文章——基于Matpower的電力系統潮流計算設計原理（https://blog.csdn.net/Gentleheng/article/details/112506417）

?? 本次設計的電力系統設置8臺發電機，使其在一定的功率范圍下運行，然后通過對28個節點的數據進行設置，在部分節點支路之間設置了變壓器以此來保證電力系統的電壓等級，同時還對節點設置無功補償來對系統進行一定的無功補償。在完成電力系統的設計后，通過Matlab計算出系統節點導納矩陣，根據節點導納矩陣驗證節點數據的正確性，然后基于Matpower工具包中的runpf函數，調用編寫的Case28_08.m文件進行潮流計算。所編寫的Case文件中主要包含電力系統的節點數據矩陣、發電機數據矩陣和支路數據矩陣，通過3個矩陣最終得到了8機28節點的電力系統有功損耗和無功功率，系統的有功損耗與負荷消耗的有功功率之和等于發電機輸出的有功功率。

第二部分 電力系統結構圖

??本次設計的電力系統包含了8臺發電機、28個節點、7臺變壓器和2個無功補償點，如圖所示

??根據上圖可以看出，節點17、18、19、20、21、22、23、24處接有發電機，發電機出設置功率參數用于對整個系統進行有功輸入，各個發電機節點的有功功率和無功功率如表1所示；屬于PV節點，其余節點屬于PQ節點，其中5和6、6和7、7和13、17和20、22和23、23和24、26和27之間設置了變壓器，變壓器變比數據如表1所示，同時節點6和15處用于無功補償，據此設計出了圖1所示的電力系統圖，并以此為依據設計出Case28的潮流計算程序。

第三部分 Case28節點的編寫

??首先根據原先設計的電力系統結構圖進行各個節點數據的編寫，然后按照設計要求：至少含有兩個電壓等級；各負荷節點的負荷功率因數不低于0.8，要求平衡節點電壓幅值設置為1.05，基于上述目標進行如下Case28節點的編寫。

8機28節點電力系統發電機功率

??8機28節點電力系統發電機功率如下表所示（包含有功和無功功率）

節點1718192021222324

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

8機28節點電力系統節點功率

??8機28節點電力系統節點功率如下表所示（包含節點的有功、無功功率）

節點1234567

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

節點891011121314

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

節點15161718192021

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

節點22232425262728

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

平衡節點矩陣數據

??設置節點20作為電力系統的平衡節點，保證其電壓幅值為1.05，平衡節點數據如下表所示

BUS_itypePdQdGsBsAreaVmVabaseKVzoneVmaxVmin

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

8機28節點電力系統變壓器變比

??8機28節點電力系統變壓器變比數據如表所示，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

第四部分 潮流計算仿真數據

潮流計算節點數據

??基于之前的數據要求以及參數設置，將 28 節點的數據進行如下設置，將潮流計算過程中涉及到的重要參數數據記錄在下表中（由于節點數據過多，僅部分節點參數數據）。

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

??根據上表可以看出，節點 17—24 共 8 個節點設置為發電機，type類型為 2，通過設置其有功無功參數來改變結果，其中第 20 號節點設置為平衡節點，type 為 3，平衡節點的電壓幅值為 1.05，電壓角度為 0。在節點 6 和節點 15處設置無功補償。其余節點屬于PQ 節點，其參數可以通過自己的需求進行設置，8 機 28 節點系統的電導均為 0，且為有名值，大部分負荷的功率因數在 0.8 以上，整個電力系統的電壓幅值上下限控制在 1.06—0.94 范圍內

潮流計算發電機數據

??8 機 28 節點電力系統發電機數據如表 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

??根據上表可以看出，發電機屬于 PV 節點，節點 17 至 24 共 8 個節點用于發電機的參數設置，為系統提供有功功率，發電機的有功功率和無功功率將影響系統的最終結果，可以根據不同的需求進行調節，在本系統中統一將無功上限設為200，下限為 0 進行計算。

潮流計算支路數據

??8 機 28 節點電力系統支路數據如下表所示（由于支路數據較多，僅展示部分節點間的支路數據）。

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矩陣數據

第五部分 潮流計算結果分析

系統數據變量數據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

??系統的有功損耗 92.52MW 與負荷消耗的 5770MW 之和等于 5862.52MW，恰好等于 8 臺發電機輸出的有功功率，符合實際情況，同時根據這個可以看出潮流計算的結果是正確的。
節點數據

• PV 節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號節點有功功率卻變為 1272.52MW，原因是其在平衡系統功率時發生了變化 20號平衡節點的有功功率為 1272.52MW，在之前的功率設置范圍（1500MW—0MW）內，因此 20 號節點設置為平衡節點是合理的。
• 無功補償 0MVar 是各節點總和，表明這些節點起到了無功補償的作用。

支路數據

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

總結

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仿真的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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