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1、-范文最新推荐- Matlab配电系统潮流计算方法研究与程序设计 摘要潮流计算是电力系统各种安全分析和计算的基础，为了提高电力系统自动化操作的准确性及快速性，并能系统、安全地进行实时动态分析，配电网潮流变化的信息是必不可少的资源，因此进行配电网潮流计算是现今潮流计算的发展趋势。论文在分析配电网元件模型的基础上，建立了配电网潮流计算的数学模型。由于配电网的结构和参数与输电网有很大的区别，因此配电网的潮流计算必须采用相适应的算法。配电网的结构特点呈辐射状，在正常运行时是开环的；配电网的另一个特点是配电线路的总长度较输电线路要长且分支较多，配电线路的线径比输电网细导致配电网的R/X较大，且线路的充电
2、电容可以忽略。采用的方法是前推回代法，文中对前推回代法的基本原理、收敛性及计算速度等进行了理论分析比较。在数学模型与计算方法的基础上利用Matlab 语言进行了软件的编写，并进行了数据测试。测试结果较为准确，满足收敛性要求。仿真算例表明，前推回代法具有编程简单、计算速度快、收敛性好的特点，此方法是配电网潮流计算的有效算法，具有很强的实用性5074关键词配电网潮流计算；前推回代法；Matlab设计说明书（论文）外文摘要TitleDistribution system power flow calculation method and program design 4.1 配电网前推回代的基本算法
3、…304.2 基于支路电流的前推回代法…334.3 基于支路电流的前推回代法求解步骤…334.4 基于支路电流的前推回代法的流程图…384.5 算例分析…384.6 本章小结…45总结…47致谢…48参考文献…49附件…511. 引言1.1 配电网络计算研究的目的及意义由于我国经济的飞速发展以及人民生活水平的不断提高，电力的供应和需求已遍及到社 会生产、人民生活的各个层面，社会对电力的需求量在日益增加。同时，产业结构的调整，电力市场的逐步形成以及电价机制的
4、完善，也对电网的经济性和可靠性提出了更高的要求。在现代电力系统中，大型的发电厂通常远离负荷中心，发电厂输送的电能，一般要通过 高压或超高压输电网络送到负荷中心，然后在负荷中心由电压等级较低的网络把电能分送到不同电压等级的用户。这种在电力网中主要起分配电能作用的网络称为配电网络。配电网按 所在的地域或服务对象划分，由城市配电网和农村配电网两部分组成。向一个城市及其郊区 分配和供应电能的电力网叫城市配电网。城市配电网连同为其提供电源的输电线路及变电 所，统称为城市电力网，简称城网。供应县(县级市)范围内的农村、乡镇、县城用电的电力 网，叫做农村配电网，简称农网。配电网按电压等级分，有高压配电网(3
5、5-110KV)、中压配 电网(6-10KV)和低压配电网(220-380V)。城网可分为 220KV 的配电网，35KV 的高压配电网， 10KV中压配电网和 380/220V 低压配电网(王明俊等，1998)配电网络通常包括配电变电站、一次配电线路、二次配电线路、配电变压器、继电保护 设施等，是连接发、输电系统与用户的重要环节。城市配电网是城市现代化建设的重要基础设施之一，是现代化城市必不可少的电能供应系统。其建设的好坏直接影响到城市经济的发展的快慢、人民生活水平的提高、投资环境的优化等。当前，国家对电力系统改革工作非常重视，在电力工业中引入竞争机制，并且开展电力市场建设。对配电网问题进行
6、研究，大幅度提高供电质量和可靠性，对提高电力公司的经济效益与竞争力、降低电网电能损耗、节约能源具有重大的现实意义。 1.3 Matlab运用的简介1.31 Matlab简介目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算，潮流计算是其基本应用软件之一。现有很多潮流计算方法。对潮流计算方法有五方面的要求：1）计算速度快 2）内存需要少 3）计算结果有良好的可靠性和可信性 4）适应性好，亦即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其它程序配合的能力强 5）简单。MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界，主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、
7、动态分析、绘图等方面也具有强大的功能。MATLAB程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素是不需要定义的数组。它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。MATLAB与C语言和FORTRAN语言相比更容易被掌握。通过M语言，可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序所需的难度并节省了时间，从而可把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。另外，MATLAB提供了一种特殊的工具：工具箱（TOOLBOXES）.这些工具箱主要包括：信号处理（SIGNAL PROCESSING）、控制系统（CONTROL SYSTEMS）、神经网络（NEURAL NETWORK
8、S）、模糊逻辑(FUZZY LOGIC)、小波(WAVELETS)和模拟（SIMULATION）等等。不同领域、不同层次的用户通过相应工具的学习和应用，可以方便地进行计算、分析及设计工作。MATLAB设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原则是简单明了，便于修改。1.3.2 Matlab中矩阵的运算矩阵是MATLAB数据存储的基本单元，而矩阵的运算是MATLAB语言的核心，在MATLAB语言系统中几乎一切运算均是以对矩阵的操作为基础的。矩阵的基本数学运算包括矩阵的四则运算、与常数的运算、逆运算、
9、行列式运算、秩运算、特征值运算等基本函数运算，这里进行简单介绍。 基本数学运算数组的加、减与矩阵的加、减运算完全相同。而乘除法运算有相当大的区别，数组的乘除法是指两同维数组对应元素之间的乘除法，它们的运算符为“.*”和“./逻辑运算是MATLAB中数组运算所特有的一种运算形式，也是几乎所有的高级语言普遍适用的一种运算。1.4 论文要完成的工作1）详细分析配电网潮流计算的原理及相关的方法，了解各自的特点并比较优劣性，明确配电网潮流计算的意义。2）由于配电线路的电阻电抗比较大，对常规的潮流计算也可能存在不收敛的问题。论文详细讨论基于前推回代的潮流计算方法，对前推
10、回代法的基本原理、收敛性以及计算速度进行理论分析，总结其相对于其他几种方法的优点。3）构建配电网络模型，给出原始数据以及程序实现的框图，编写程序计算该系统的潮流,并将结果以较清晰的界面反应，数据结果在论文中以截图的形式列出。4）使用MATLAB软件进行实例仿真分析。2. 配电网潮流计算的比较分析2.1配电网潮流计算的概述2.1.1 潮流计算的概述潮流计算就是采用一定的方法确定系统中各处的电压和功率分布。电力系统的潮流计算和一般交流电路计算的根本差别在于：后者已知和待求的是电压和电流，而前者是电压和功率。正是这一差距决定了二者本质上的不同：描述交流电路特性的方程，如节点电压、回路电流方程，是线性
11、方程，而描述电力系统稳态运行特性的潮流方程是非线性方程。 2.2 配电网潮流计算的基本要求配电网潮流计算一般要满足下例要求：1）可靠收敛；2）计算速度快；3）使用方便灵活，调整和修改容易，可满足工程上的需求；4）内存占用量少等。由于配电网的收敛问题比较突出，因此对配电网的潮流算法进行评价时，首先看它能否可靠收敛，然后在此基础上可对计算提出进一步要求。2.3配电网潮流计算的特点电力系统潮流计算的研究自1956年由JBWord开始，至今历久不衰。从早期的高斯—塞德尔迭代法发展到牛顿—拉夫逊法，进而到国内外目前广泛采用的PQ分解法，人们已研究出了多种有效的潮流计算方法，然而这
12、些一般都只适用于输电网络中，对于低压配电网络其应用效果并不显著，这是因为低压配电网与输电网不同，低压配电网网络拓扑呈辐射状，线路的R /X很高，一般而言，配电系统正常运行时呈树状结构。这些特点导致网络的雅克比矩阵的条件数变大，出现不同程度的病态特征，传统的潮流计算方法如牛顿&拉夫逊法及快速解偶法在计算配电网潮流时收敛效率不高。配电网的网络呈辐射状，在正常运行时是开环的，只有在倒换负荷或发生故障时才有可能出现短时环网运行情况。配电网的另一个特点是配电线路的总长度较输电线路要长且分支较多，配电线的线径比输电网细导致配电网的R /X较大，且线路的充电电容可以忽略。由于配电线路的R /X较大，
13、无法满足P、Q 解耦条件Gi < Bi，所以在输电网中常用的快速解耦算法（FDLF）在配电网中则难以收敛。2.4 配电网潮流计算的方法2.4.1主干馈线配电网潮流计算在典型的配电网络中，一般仅有根节点的节点电压固定不变，而其他节点都可视为PQ节点。如图2.1所示，配电网仅有一条主干馈线，n个节点，n-1 条支路。在根节点电压和节点负荷功率已知的情况下通过以下步骤可以求出全网节点电压和功率分布。 2.4.2主干馈线有旁侧分支的配电网潮流计算如图2.2所示的配电网有6条分支、28个节点和27条支路。为了更好地描述分支情况，定义以下3个数组：图2.2 一辐射状配电网Snodej：用于存放分支源
14、节点的编号。Fnodej：用于存放分支中除源节点外的第一个节点的编号。Enodej：用于存放分支中最后一个节点的编号。对于图2.2所示的网络，其值如表1 所示。表2.1 网络分支编号表分支序号SnodeiFnodeiEnodei112102411153516164617215722266827281)从分支序号最大的分支回推计算节点功率对于分支L其上所有节点功率计算如下：令 则计算公式如下：公式（2.8a）和（2.8b）只考虑节点负荷和支路损耗功率，对于联接分支的节点（如图2.2中的节点4）没有考虑分支上的功率，因此在计算此类节点功率时，应补回该分支总功率（不考虑节点SnodeL与节点FnodeL之间支路功率损耗时，总功率等于节点FnodeL上的功率），即：上两式中M表示节点SnodeL处的分支集合， 和 分别为补偿分支总功率后节点SnodeL的有功和无功功率。2)从分支1开始前推计算节点电压对于分支L，首先考虑节点FnodeL电压的计算：令得（2.10） 2）计算各母线的等值注入电流 ；3）计算只有等值注入电流作用（没有松弛节点）时的母线电压；（2.14）4)应用叠加原理5）检验迭代收敛条件（2.16）2.5.2 支路类算法配电网支路类算法是配电网潮流算法中种类最多的一种算
