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MATLAB潮流计算:电力系统仿真利器
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更新于2024-06-23
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该篇毕业论文探讨了如何使用MATLAB软件进行电力系统潮流计算,这是一个关键的计算机技术在电力工程领域的应用案例。电力系统潮流计算是电力系统分析的核心组成部分,它通过模拟和预测系统的运行状态,如电压、功率分布和损耗,以评估供电方案的可行性和效率。在现代电力系统中,随着规模的扩大和复杂性的增加,高效且精确的计算工具如MATLAB显得尤为重要。 MATLAB作为一种高级的数学计算环境,其发展历史悠久,起初是为了方便数学计算和矩阵操作而设计,但随着时间的推移,它扩展了功能,成为了一种强大的数值计算和数据可视化平台。论文作者首先概述了MATLAB的历史和构成,强调了其易学性、强大的功能以及开放性,使其在电力系统仿真中脱颖而出。 具体来说,MATLAB在电力系统研究中的应用包括编程和仿真两个方面。通过等效电路法,研究人员可以构建复杂的电力系统模型,并利用MATLAB的脚本和函数实现对系统行为的精确控制和分析。这不仅有助于理解和优化电力网络的性能,还能支持动态稳定性和静态稳定性的评估,是提高电力系统运行效率和安全性的重要手段。 论文的前言部分强调了潮流计算在电力系统设计和运行中的核心地位,无论是新系统的规划还是现有系统的维护,潮流计算都是必不可少的决策支持工具。通过MATLAB,工程师能够快速验证设计方案,对比不同方案的优劣,从而提升电力系统的经济效益和可靠性。 这篇论文提供了深入研究MATLAB在电力系统潮流计算中的实际应用,展示了MATLAB如何简化复杂问题的解决,以及如何促进科研人员和工程师在电力系统仿真领域的进步。它对于那些希望掌握电力系统分析技能,尤其是使用MATLAB工具的学生和专业人士具有很高的参考价值。
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南华大学电气工程学院毕业设计
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11
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假设系统中的第 1,2,…,m 号节点为 PQ 节点,第 i 个节点的给定功率为
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P
和
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Q
,
对该节点可列方程:
),,2,1(
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假设系统中的第 m+1,m+2,…,n-1 号节点为 PV 节点,则对其中每一个节点可列
方程:
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n
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第 n 号节点为平衡节点,其电压为是给定的
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,故不参加迭代。
修正方程
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可写成分块矩阵的形式:
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nnnn
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V
V
V
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W
通过反复求解修正方程,解出各节点的未知量,再通过收敛判据判定是否已为真
值。从而求得 PQ 节点的电压 V 及相角δ的真值,PV 节点的 Q、δ真值,平衡节点的
P、Q 真值,以上即为牛顿-拉夫逊迭代法的潮流计算过程,其优点为计算精确,运行
速度快。其中的各个环节都可通过 MATLAB 程序来实现。
2.8 计算机潮流计算的步骤
(1)对电力网络的所有参数设初值,包括电压、相角、有功、无功等。
(2)处理非标准变比支路,使其变成标准变比为 1 的变压器支路。
(3)形成节点导纳矩阵 Y。
(4)计算有功功率的不平衡量ΔPi,从而求出
s)in,1,2,3...,(i/ ���
ii
UP
。
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(5)根据节点的类型形成 J。
(6)解修正方程式,求各节点的电压的变化量Δei(i=1,2,3...n,i≠s)
(7)求各节点相角的新值 ei=ei+Δei (i=1,2,3... n,i≠s)
(8)计算无功功率的不平衡量ΔQi,从而求出
ii
UQ /�
(i=1,2,3...n,i≠s)
(9)解修正方程式,求各节点的电压大小的变化量
i
U�
(i=1,2,3...,n,i≠s)。
(10)求各节点的电压大小的新值
iii
UUU ���
(i=1,2,3...,n,i≠s)。
(11)运用个节点的电压的新值自第四步开始下一次迭代。
计算平衡节点的功率和线路功率。其中平衡节点的功率的计算公式为
ii
i
si
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S
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线路上的功率为:
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JQPyUUyUUIUS ������ ])([
.
0
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从而线路上的损耗的功率为:
ijij
jiijij
QJPSSS �������
~~~
2.9 计算机程序的实现
导纳矩阵的形成
节点导纳矩阵是方阵,其阶数等于网络中出参考节点外的节点数 n。
节点导纳矩阵是稀疏矩阵,其各行非零非对角元数就等于该行相对应节点所连接
的不接地支路数。
节点导纳矩阵的对角元就等于各该节点所连接导纳的总和。
节点导纳矩阵的非对角元
ij
Y
等于连接节点 i,j 支路导纳的负值。
点导纳矩阵一般是对称矩阵。
对于支路中有非标准变比变压器的支路来说,利用下面的公式来计算它的导纳。变
压器的变比
hnh
hnh
hn
hnh
VV
VV
N
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,假如已知非标准变比支路 i,j 上的阻抗(以下没有
特殊说明所有的参数都用标幺值)为
ij
Z
,则线路导纳为
NZY
ijij
/�
,线路上的对地半导
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第 13 页 共 63 页
纳为
ijjiijij
YYNNZNY 00),**/(10 ����
。
J 的形成
Y 是由最终形成的导纳矩阵的虚部组成的,但是 pv 节点以及平衡节点不参加 Q~
V 迭代,因此 Y 中不包含与这些节点有关的元素。
迭代条件和约束方程
迭代条件就是如果ΔQ≤
�
时就停止迭代。
对节点的约束条件分为三类:即对节点注入功率的约束、对节点电压大小的约束和
对相角的约束。其中对节点注入功率的约束,主要是对电源注入功率的约束条件不能
满足时,将威胁到发电机的安全运行。对电压大小的约束不能满足时,将影响电能的质
量,严重时将影响系统运行的稳定性。对相对相角的约束条件不能满足时,也将危及系
统运行的稳定性。
图 2.2 程序流程图
其中计算△P;△Q;△V 程序如下
k=1;
while k=^m
P=P(k)-e(k)*(dot G(k,:)*e-dot B(k,:)*f)-f(k)dot G(k,:)*f+dot b(k,:)*e);
Q=Q(k)-f(k)*(dot G(k,:)*e-dot B(k,:)*f)+e(k)dot G(k,:)*f+dot b(k,:)*e);
W(k)=[P Q]';k=k+1;
end
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