基于Matpower的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算仿真

• 第一部分 前言
• 第二部分 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
• 第三部分 Case28節(jié)點(diǎn)的編寫
• • 8機(jī)28節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)功率
  • 8機(jī)28節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率
  • 平衡節(jié)點(diǎn)矩陣數(shù)據(jù)
  • 8機(jī)28節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)變壓器變比
• 第四部分 潮流計(jì)算仿真數(shù)據(jù)
• • 潮流計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
  • 潮流計(jì)算發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)
  • 潮流計(jì)算支路數(shù)據(jù)
  • generator cost data矩陣數(shù)據(jù)
• 第五部分 潮流計(jì)算結(jié)果分析

第一部分 前言

??在之前的牛頓-拉夫遜潮流計(jì)算的原理上，可以加深大家對(duì)于潮流計(jì)算的理解，在本文中將通過(guò)Matpower進(jìn)行Case文件的編寫與仿真，最終加深對(duì)潮流計(jì)算的理解程度。

??如果對(duì)潮流計(jì)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(tǒng)潮流計(jì)算設(shè)計(jì)原理（https://blog.csdn.net/Gentleheng/article/details/112506417）

?? 本次設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)設(shè)置8臺(tái)發(fā)電機(jī)，使其在一定的功率范圍下運(yùn)行，然后通過(guò)對(duì)28個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，在部分節(jié)點(diǎn)支路之間設(shè)置了變壓器以此來(lái)保證電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)，同時(shí)還對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定的無(wú)功補(bǔ)償。在完成電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，通過(guò)Matlab計(jì)算出系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，根據(jù)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)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(jì)算。所編寫的Case文件中主要包含電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)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(guò)3個(gè)矩陣最終得到了8機(jī)28節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)有功損耗和無(wú)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。

第二部分 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

??本次設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)包含了8臺(tái)發(fā)電機(jī)、28個(gè)節(jié)點(diǎn)、7臺(tái)變壓器和2個(gè)無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)，如圖所示

??根據(jù)上圖可以看出，節(jié)點(diǎn)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有功輸入，各個(gè)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的有功功率和無(wú)功功率如表1所示；屬于PV節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)屬于PQ節(jié)點(diǎn)，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(shí)節(jié)點(diǎn)6和15處用于無(wú)功補(bǔ)償，據(jù)此設(shè)計(jì)出了圖1所示的電力系統(tǒng)圖，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)出Case28的潮流計(jì)算程序。

第三部分 Case28節(jié)點(diǎn)的編寫

??首先根據(jù)原先設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的編寫，然后按照設(shè)計(jì)要求：至少含有兩個(gè)電壓等級(jí)；各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷功率因數(shù)不低于0.8，要求平衡節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的編寫。

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

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

節(jié)點(diǎn)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(diǎn)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率

??8機(jī)28節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率如下表所示（包含節(jié)點(diǎn)的有功、無(wú)功功率）

節(jié)點(diǎn)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(diǎn)891011121314

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

節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)矩陣數(shù)據(jù)

??設(shè)置節(jié)點(diǎn)20作為電力系統(tǒng)的平衡節(jié)點(diǎn)，保證其電壓幅值為1.05，平衡節(jié)點(diǎn)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(diǎn)電力系統(tǒng)變壓器變比

??8機(jī)28節(jié)點(diǎn)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

第四部分 潮流計(jì)算仿真數(shù)據(jù)

潮流計(jì)算節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下設(shè)置，將潮流計(jì)算過(guò)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(diǎn)數(shù)據(jù)過(guò)多，僅部分節(jié)點(diǎn)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(diǎn) 17—24 共 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為發(fā)電機(jī)，type類型為 2，通過(guò)設(shè)置其有功無(wú)功參數(shù)來(lái)改變結(jié)果，其中第 20 號(hào)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為平衡節(jié)點(diǎn)，type 為 3，平衡節(jié)點(diǎn)的電壓幅值為 1.05，電壓角度為 0。在節(jié)點(diǎn) 6 和節(jié)點(diǎn) 15處設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償。其余節(jié)點(diǎn)屬于PQ 節(jié)點(diǎn)，其參數(shù)可以通過(guò)自己的需求進(jìn)行設(shè)置，8 機(jī) 28 節(jié)點(diǎn)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(gè)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(jì)算發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)

??8 機(jī) 28 節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，節(jié)點(diǎn) 17 至 24 共 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)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(wú)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(wú)功上限設(shè)為200，下限為 0 進(jìn)行計(jì)算。

潮流計(jì)算支路數(shù)據(jù)

??8 機(jī) 28 節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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)

第五部分 潮流計(jì)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(tái)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，符合實(shí)際情況，同時(shí)根據(jù)這個(gè)可以看出潮流計(jì)算的結(jié)果是正確的。
節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

• PV 節(jié)點(diǎn)的有功功率和電壓幅值在潮流計(jì)算 中保持不變; 但值得注意的是，2號(hào)節(jié)點(diǎn)有功功率卻變?yōu)?1272.52MW，原因是其在平衡系統(tǒng)功率時(shí)發(fā)生了變化 20號(hào)平衡節(jié)點(diǎn)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(hào)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為平衡節(jié)點(diǎn)是合理的。
• 無(wú)功補(bǔ)償 0MVar 是各節(jié)點(diǎn)總和，表明這些節(jié)點(diǎn)起到了無(wú)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(diǎn)的有功功率、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率和無(wú)功功率與設(shè)定的初值是一致的，所有的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)電壓并未發(fā)生越限，這也說(shuō)明整體的 8 機(jī) 28 節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)程序設(shè)計(jì)代碼
??以上就是本次電力系統(tǒng)潮流計(jì)算仿真結(jié)果，希望通過(guò)本次的講解能夠加深大家對(duì)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(cuò)誤，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)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仿真的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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