2023年配电网三相潮流计算程序小毅毅哈哈.doc

淮阴师范学院毕业设计 毕 业 设 计 学生姓名 学 号 学院 专 业 电气工程及其自动化 题 目 配电网三相潮流计算程序设计 指导教师 摘 要：本文首先分析了配电网的特点及对算法的要求，然后建立配电网潮流计算模型。针对配电网潮流计算的现状进行了全面分析，深入讨论了目前各方法的特点，并从收敛性及其他性能指标进行了比拟分析；详细研究了以支路电流为状态量的前推回代法，并以广度优先顺序搜索策略作为理论根底。针对某地区配电网的具体情况，选取IOKV的两个配电网子系统进行潮流计算。利用MATLAB6．5进行了基于前推回代法的配电网的潮流计算程序，为便于工程人员及时、便捷的得到信息，利用LabVIEW7．0建立可视化界面。由计算结果可知，该算法具有一定的优越性，软件的开发具有一定的实用性。 关键词：电力系统，配电网潮流，前推回代法，MATLAB程序设计 Abstract：In this paper, ungrounded system, the characteristics of non-zero sequence path, a three-phase decoupled power flow calculation method. This method ignores the influence of zero sequence components, making the three-phase asymmetrical load caused by phase coupling decoupling to be achieved by the phase flow calculation. The algorithm flow algorithm to the existing distribution network in the three-phase node voltage equation 3n-order decomposition of the node voltage equation of three n-order, so no matter what kind of algorithm can greatly save memory and computation for the distribution network to achieve by phase analysis provides a good way. In this paper, a system of 36 nodes to verify the results show that the method can fully into account the impact of unbalanced three-phase loads, a better computational speed and accuracy. Keywords: power systems, phase decoupling, power flow, back/forward sweep algorithm 目 录 1. 绪论 4 1.1 问题的提出 4 1.2 潮流计算问题的开展及配电网潮流计算的现状 6 1.3 本论文所作的工作 7 2. 配电网潮流计算方法 8 2.1 配电网特点及对算法的要求 8 2.1.1 配电网的特点 8 2.1.2 配电网潮流算法的要求 9 2.2 配电网潮流计算数学模型 9 2.2.1 电力线路的数学模型 9 2.2.2 变压器的等值电路 10 2.3 配电网潮流常用求解算法 12 2.3.1 牛顿法 13 2.3.2 快速解耦法 15 2.3.3 回路阻抗法 17 2.3.4 前推回代法 18 2.4 本章小结 18 3, 中性点不接地系统配网三相解耦潮流 19 3.1 电力系统中性点的运行方式 19 3.2 数学模型 21 3.2.1 支路模型 21 3.2.2 负荷模型 22 3.3 配电网的相间解耦 22 3.4 算例 23 3.5 本章小结 25 总 结 26 参考文献 27 致 谢 29 1. 绪论 1.1 问题的提出 自从以电力广泛应用为代表的第二次工业革命以来，电能迅速开展成为人类社会生存和开展的根本能源。随着信息技术的蓬勃兴起.电力事业得到了长足的进步。 二十一世纪的头十年，是我国实现第二战略目标向第三目标迈进的关键十年，在这时期，我国将建立比拟完善的社会主义市场经济体制。为保证我国国民经济保持持续健康的向前开展，作为重要能源根底的电力，受到了国家的高度重视，从而促进了电力根本理论的研究。潮流计算是电力系统中应用最为广泛。最根本和最重要的一种电气计算。电力系统潮流计算的任务是根据给定的网络结构及其运行条件，求出整个网络的运行状态，其中包括各母线的电压、网络中的功率分布以及功率损耗等等[1]。 潮流计算的结果，无论是对于现有系统运行方式的分析研究，还是对规划中供电方案的分析比拟，都是必不可少的。它为判别这些运行方式及规划设计方案的合理性、安全可靠性及经济性提供了定量分析的依据。 此外，在进行电力系统的静态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算的结果作为其计算的根底，一些故障分析以及优化计算也需要有相应的潮流计算作配合。潮流计算往往成为上述计算程序的一个组成局部。以上这些，主要是在系统规划设计及运行方式分析安排中的应用，属于离线计算的范畴。 随着现代化的调度控制中心的建立，为了对电力系统进行实时安全监控，需要根据实时数据库所提供的信息，随时判别系统当前的运行状态并对预想事故进行安全分析，这就需要进行大量在线潮流计算，并且对计算速度等还提出了更高的要求，从而产生了潮流的在线计算，输电系统潮流计算方法目前己较成熟而且获得了广泛的实际应用。但对于配电系统，由于其电压等级低、R/X比值较大、环网设计开环运行等使配电系统潮流计算有其特殊性。另外，多年来往往重视对输电系统的研究而无视了配电系统，致使配电系统潮流计算方法进展缓慢。 配电网潮流计算是配电网分析的根底，配电网的网络重构，故障处理、无功优化和状态估计等都需要配电网潮流数据。潮流计算问题在数学上属于多元非线性代数方程的求解问题，必须采用迭代计算方法[2]。配电网与输电网相比，在网络结构上有着明显的差异。其特点是配电网的网络结构呈辐射状。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比值较大，且线路的充电电容可以忽略。正是由于配电线路的R/X较大，无法满足P, Q解耦条件X>R，所以在输电网中常用的快速解耦法(FDLF)在配电网中那么常常难以收敛。对于一个潮流算法，其根本要求可归纳成以下四个方面[1]: (1)计算速度； (2)计算机内存占用量； (3)算法的收敛可靠性； (4)程序设计方便以及算法扩充移植的通用灵活性。 以上四点要求是评价各种潮流算法性能时所依据的主要标准。针对配电网的特点，其评价标准还需考虑以下几个方面:[3] (1)分支线的处理能力； (2)双电源和多回路的处理能力； (3)收敛速度； (4)算法的稳定性。 电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程式求解问题，求解非线性方程组只能用迭代法[2]。因此，对潮流计算方法，要求它能可靠的收敛，并且给出正确答案，由于电力系统结构及参数的一些特点，并且随着电力系统不断扩大，潮流问题的方程阶数越来越高，一般在几十阶甚至几百阶，对这样的方程式并不是任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种情况成为电力系统计算在计算方法中不断寻求新的更可靠方法的重要因素。 在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，普遍采取以节点导纳矩阵为根底的逐次代入法，成为导纳法。这个方法原理比拟简单，要求的数字计算机内存量也较小，适应于 50 年代电子计算机制造水平和当时的电力系统理论水平。当电力系统规模变大时，迭代次数急剧上升，在计算中往往出现不收敛的情况。 60 年代初，数字计算机已经开展到第二代，计算机的内存和速度发生了很大的飞跃，从而为阻抗法的采用创造了条件。阻抗矩阵是满矩阵。阻抗法要求数字计算机存储表征系统接线和参数的阻抗矩阵，这就需要较大的内存量。而阻抗法每次迭代都要求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行运算。因此，每次迭代的运算量很大。这两种情况是过去电子管数字计算机无法适应的。 阻抗法改善了系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法求解的一些潮流计算，在 60 年代获得了广泛的应用，阻抗法的主要缺点是占用计算机内存大，每次迭代计算量大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，60 年代中期开展了以阻抗矩阵为根底的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内存只需要存储各个地区系统的阻抗及他们之间联络线的阻抗，这样不仅大幅度地节省了内存容量，同时也提高了计算速度。克服阻抗法的另一条途径是采用牛顿－拉夫逊法。牛顿－拉夫逊法是数学中解决非线性方程组的典型方法，有较好的 收敛性。在解决电力系统潮流计算问题时，是以导纳矩阵为根底的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵稀疏性就可以大大提高牛顿－拉夫逊法潮流计算的效率。自从 60 年代中期，牛顿－拉夫逊法利用了最正确顺序消去法以后，牛顿－拉夫逊法在收敛性、内存要求、速度方面都超过了阻抗法，成为广泛采用的优秀算法。 与此同时，为了保证可靠的收敛，还进行了非线性规划法计算潮流的研究，这种方法在原理上保证了潮流问题的收敛性。70 年代以来，潮流计算方法通过不同的途径开展，其中比拟成功的一个方法就是 P－Q 分解法。这种方法，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，对纯数学的牛顿－拉夫逊法进行改良从而在内存容量及计算速度方面都向前迈进了一步。80年代中期到90年代中期，随着国际国内电力企业对配电网管理的重视程度不断加深，对配电潮流的研究也广泛开展起来，并且随着配电系统的不断发 展和扩大以及配电系统自动化水平的不断提高，配电管理系统(DMS)的开发研究受到了重视。配电系统计算机潮流计算作为DMS的一个重要局部而日益被电力界所重视。这期间出现了诸多结合配电网特殊结构而开发的简单迭代算法，例如导纳法、阻抗法、以注入电流为模型的改良牛顿－拉夫逊法及基于欧姆定律的各种递推方法，这些算法在解决计算精度、内存需求量、计算速度以及病态条件之间的矛盾方面，做出了许多有益的尝试。但这些方法不是考虑问题有其局限性，就是处理方法繁琐。因此难以有其广泛的适应性和统一性。因此研究并开发在内存需用量和计算速度方面能接近快速解耦法，而对某些病态系统，如有大R/X比值或串联电容支路等的计算又胜于快速解耦法的算法一直是许多研究工作者所追求的目标。 1.2 潮流计算问题的开展及配电网潮流计算的现状 电力系统潮流计算问题在数学上是求解一组多元非线性方程，迭代的收敛性是实用者关心的技术焦点。由于潮流计算是电力系统计算中最根本的运算，它的开展直接影响到电力系统计算的进步。所以潮流计算问题一直是广阔电力系统学者关心和不断探索的问题。从早期的交、直流计算台，到如今几乎成为标准的牛顿－拉夫逊法和在其根底上的快速解耦法(FDLF)，随着计算机硬件和软件的飞速开展，促进了大容量、快速潮流计算的开展，并在上述算法的根底上衍生出了基于特殊条件的新算法，进而推动了整个电力系统的研究向前开展。 50年代中期，随着电子计算机的应用，人们开始在计算机上用数学模拟的方法进行潮流计算。早期使用的潮流计算方法是以导纳