1、 电力系统分析（下）电力系统分析（下）实验报告实验报告 学生姓名：学生姓名：学学 号：号：学院名称：学院名称：专业班级：专业班级：南昌大学实验报告南昌大学实验报告 学生姓名：学 号：专业班级：实验类型：验证 综合 设计 创新 实验日期：实验成绩：一、实验项目名称一、实验项目名称 配电网潮流计算实验 二、二、实验目的实验目的与要求与要求：目的：本实验针对配电网具有辐射式开环结构的特性，基于前推回代的方法编制程序使系统潮流计算能够由计算机自行完成，即已知配电网首端节点电压和各末端节点的功率，由末端向首端计算网络功率分布，再由首端向末端计算节点电压分布，迭代直至收敛条件。通过实验教学加深学生对配电网
2、潮流计算方法的理解，掌握树状辐射式配电网潮流计算的基本算法。熟悉各种常用应用软件，熟悉硬件设备的使用方法，加强编制调试计算机程序的能力，提高工程计算的能力，学习如何将理论知识和实际工程问题结合起来。要求：采用前推回代法计算给定配电网络的各节点电压以及支路功率。三三、主要仪器设备及耗材、主要仪器设备及耗材 每组计算机 1 台、相关计算软件 1 套 四四、实验步骤、实验步骤 1.将事先编制好的电力系统潮流计算的计算程序原代码由自备移动存储设备导入计算机。程序思路：2.在相应的编程环境下对程序进行组织调试。、计算结果：功能函数sback.m：从后往前计算功率分布功能函数vforward.m：从前往后
3、计算节点电压主函数main.m：总体规划功能函数 sback.m：功能函数 vforward.m：主函数 main.m：3.应用计算例题验证程序的计算效果。4.对调试正确的计算程序进行存储、打印。5.完成本次实验的实验报告。五五、实验数据及处理结果、实验数据及处理结果 实验数据如下：M123451+j11+j2 2+j2 2+j1 10kVS1S2S4S5S3 如图所示一个 5 节点的配电网系统，S1=S2=2+j2(MVA)，S3=S4=S5=4+j4(MVA)，假定所有负荷均为恒功率负荷，节点 1 为参考节点相角为 0o。计算电网个节点电压及支路功率分布，收敛条件为610。计算结果：六、思
4、考讨论题或体会或对改进实验的建议六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议 1简述前推回代法潮流计算的过程。答：在计算前往往知道线路中的负荷节点功率和线路首端的电压，应该先把节点的电压假设为额定值，从线路的末端开始从后往前计算线路的功率分布。计算到线路的首端后再从前往后计算线路的电压分布，迭代数次使得误差很小时就停止计算。2在编程过程中如何对前推回代的树状结构进行处理。答：回代的时候先寻找叶节点，然后从叶节点往计算功率的分布，然后拆除计算过的叶节点，再接着寻找新的叶节点，再往前计算功率分布，直到算完所有功率。前推的时候，我是寻找从根节点到叶节点的所有路径，然后沿着每一条路计算电压分布，但是会有重复
5、计算，所以我前推过程效率不高。3若配电网络出现弱环状结构，简述是否可以从网络分析的角度补偿本实验的方法？七、参考资料 1.电力系统分析 何仰赞 华中科技大学出版社 2.电力系统稳态分析陈珩 中国电力出版社 3.电力系统暂态分析李光琦 中国电力出版社 4.电力系统计算 水利电力出版社 16-6-12 下午7:34MATLAB 命令行窗口第 1 页，共 3 页 function z,s,v=sback(z,s,v)%函数功能：逆着功率传输方向计算功率分布输入：节点阻抗矩阵z，负荷矩阵初值s，电压初值v输出：节点阻抗矩阵z，负荷矩阵修正值s，电压初值v备注：s上三角为末端功率，下三角为首端功率%n=
6、length(z);%计算节点数for p=1:n i=n+1-p;for q=1:nj=n+1-q;if(ij&z(i,j)=0)s(i,j)=sum(s(:,j)-s(i,j);%计算ij支路末端功率s(j,i)=s(i,j)+.(real(s(i,j).2+(imag(s(i,j).2)./.(v(j).2).*z(i,j);%计算ij支路首段功率end endend%function z,s,v=vforward(z,s,v)%函数功能：顺着功率传输方向计算节点电压输入：节点阻抗矩阵z，负荷矩阵s，电压初值v输出：节点阻抗矩阵z，负荷矩阵s，电压修正值v备注：s上三角为末端功率，下三角
7、为首端功率%n=length(z);%计算节点数 for i=1:nfor j=1:nif(i 运行主函数输出结果：运行主函数输出结果：南昌大学实验报告南昌大学实验报告 学生姓名：学 号：专业班级：实验类型：验证 综合 设计 创新 实验日期：实验成绩：一、实验项目名称一、实验项目名称 输电网潮流计算实验 二、实验目的与要求：二、实验目的与要求：目的：本实验针对高压输电网络具有多环、多电源的结构特性，要求根据功率平衡方程的泰勒展开式近似的求取系统的状态变量，使系统潮流计算能够由计算机自行完成，即根据已知的电力网的数学模型（节点导纳矩阵）及各节点参数，由计算程序运行完成该电力系统的潮流计算。通过实
8、验教学加深学生对复杂电力系统潮流计算计算方法的理解，学会运用电力系统的数学模型，掌握潮流计算的过程及其特点，熟悉各种常用应用软件，熟悉硬件设备的使用方法，加强编制调试计算机程序的能力，提高工程计算的能力，学习如何将理论知识和实际工程问题结合起来。要求：编制调试电力系统潮流计算的计算机程序。程序要求根据已知的电力网的数学模型（节点导纳矩阵）及各节点参数，完成该电力系统的潮流计算，要求计算出节点电压、功率等参数。三、主要仪器设备及耗材 每组计算机 1 台、相关计算软件 1 套 四、实验步骤四、实验步骤 1、在各种潮流计算的算法中选择一种，按照计算方法编制程序。程序思路：计算结果：功能函数daona
9、.m：形成节点导纳矩阵功能函数Jacobi.m：形成雅可比矩阵功能函数Newton_Raphson.m：进行一轮牛顿拉夫逊法迭代主函数main.m：总体规划功能函数 daona.m：功能函数 Jacobi.m：功能函数：Newton_Raphson.m：主函数 main.m：2、将事先编制好的电力系统潮流计算的计算程序原代码由自备移动存储设备导入计算机。3、在相应的编程环境下对程序进行组织调试。4、应用计算例题验证程序的计算效果。5、对调试正确的计算程序进行存储、打印。6、完成本次实验的实验报告。五、实验数据及处理结果五、实验数据及处理结果 实验数据：电力系统分析（上册）72 页 例 4-1
10、运行自行设计的程序，把结果与例题的计算结果相比较，验证所采用的计算方法及程序运行的正确性。如果采用的是近似计算方法，还需分析由于近似所产生的误差是否在运行范围内。计算结果：六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议 1潮流计算有几种方法？简述各种算法的优缺点。答：高斯塞德尔法、牛顿拉夫逊法、前推回代法、PQ 分解法 高斯塞德尔法公式简单但是速度缓慢；前推回代法适用于低压电网；牛顿拉夫逊法是常用的潮流计算方法，有较好的收敛性，但是要选择合适的初值。PQ 分解法是利用高压电网的特性，对牛顿拉夫逊法的简化。这些简化使得在迭代过程中修正方程的系数矩阵不变化，能够用因子
11、表法解修正方程，而且这种简化不会降低计算的精度。2在潮流计算中，电力网络的节点分几类？各类节点的已知量和待求量是什么？答：三类：PQ 节点、PV 节点、平衡节点 PQ 节点：已知节点 P、Q 要求 V、PV 节点：已知节点 P、V 要求 Q、平衡节点：已知节点 V、要求P、Q 3潮流计算中的雅可比矩阵在每次迭代时是一样的吗？为什么？答：牛顿拉夫逊法的雅可比矩阵每次迭代不一样，但是 PQ 分解法的雅可比矩阵是不变的。七、参考资料 5.电力系统分析 何仰赞 华中科技大学出版社 6.电力系统稳态分析陈珩 中国电力出版社 7.电力系统暂态分析李光琦 中国电力出版社 8.电力系统计算 水利电力出版社 1
12、6-6-12 下午6:02MATLAB 命令行窗口第 1 页，共 5 页function Y=daona(y,t)%程序功能：计算节点导纳矩阵输入：“导纳矩阵”上三角元素，非对角线输入节点间导纳，对角线元素输入节点对地导纳，放入矩阵y；输入变压器变比，以阻抗折算端为一次测，变比为“一次测电压/二次侧电压”，放入矩阵t。输出：节点导纳矩阵%用变压器矩阵T修正“导纳矩阵”a，使其不含变压器变比%n=length(y);%矩阵阶数for i=1:n for j=1:nk=t(i,j);if(k=0)if(ij)y(i,i)=y(i,i)+(1-k)*y(j,i);y(j,j)=y(j,j)+k*(k
13、-1)*y(j,i);y(j,i)=k*y(j,i);endend endend%生成节点导纳矩阵for i=1:n for j=1:nif(ij)y(i,j)=y(j,i);%补全“导纳矩阵”下三角end endendY=zeros(n);for i=1:n for j=1:nif(j=i)Y(i,j)=-y(i,j);%生成导纳矩阵非对角元素基于牛顿拉夫逊法的电力系统潮流计算基于牛顿拉夫逊法的电力系统潮流计算 功能函数daona.m：功能函数daona.m：16-6-12 下午6:02MATLAB 命令行窗口第 2 页，共 5 页elsefor k=1:nY(i,j)=Y(i,j)+y(i
14、,k);%生成导纳矩阵对角元素endend endend%function J=Jacobi(G,B,e,f,m,n)%程序功能：计算雅可比矩阵输入：G、B：Y=G+Bie、f：V=e+fim、n：m为PQ节点数，n为平衡节点数输出：雅可比矩阵J%J=zeros(2*(n-1);for i=1:(n-1)for j=1:(n-1)if(i=j)J(2*i-1,2*j-1)=-(G(i,j)*e(i)+B(i,j)*f(i);J(2*i,2*j)=-J(2*i-1,2*j-1);J(2*i-1,2*j)=B(i,j)*e(i)-G(i,j)*f(i);J(2*i,2*j-1)=J(2*i-1,2
15、*j);endend end for i=(m+1):(n-1)for j=1:(n-1)if(i=j)J(2*i,2*j-1)=0;J(2*i,2*j)=0;endend end for i=1:(n-1)J(2*i-1,2*i-1)=-(sum(G(i,:).*e)-sum(B(i,:).*f)-G(i,i)*e(i)-B(i,i)*f(i);end功能函数Jacobi.m：功能函数Jacobi.m：16-6-12 下午6:02MATLAB 命令行窗口第 3 页，共 5 页 for i=1:n-1J(2*i-1,2*i)=-(sum(G(i,:).*f)+sum(B(i,:).*e)+B(
16、i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i);end for i=1:mJ(2*i,2*i-1)=(sum(G(i,:).*f)+sum(B(i,:).*e)+B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i);end for i=1:mJ(2*i,2*i)=-(sum(G(i,:).*e)+sum(B(i,:).*f)+G(i,i)*e(i)+B(i,i)*f(i);end for i=(m+1):(n-1)J(2*i,2*i-1)=-2*e(i);J(2*i,2*i)=-2*f(i);end%function e,f,delta_W=Newton_Raphson(G,B,e,f,m,n,W)%函
17、数功能：进行一轮牛顿拉夫逊法潮流计算输入：G、B：Y=G+Bie、f：V=e+fim、n：m为PQ节点数，n为平衡节点数W：W=P1 Q1.Pm Qm P(m+1)V(m+1).P(n-1)V(n-1)输出：e、f：V=e+fidelta_W：delta_W=W末值-W初值%delta_W=zeros(2*(n-1),1);J=Jacobi(G,B,e,f,m,n);for i=1:m delta_W(2*i-1)=W(2*i-1)-e(i)*(sum(G(i,:).*e)-sum(B(i,:).*f)-f(i)*(sum(G(i,:).*f)+sum(B(i,:).*e);delta_W(2
18、*i)=W(2*i)-f(i)*(sum(G(i,:).*e)-sum(B(i,:).*f)+e(i)*(sum(G(i,:).*f)+sum(B(i,:).*e);endfor i=(m+1):(n-1)delta_W(2*i-1)=W(2*i-1)-e(i)*(sum(G(i,:).*e)-sum(B(i,:).*f)-f(i)*(sum(G(i,:).*f)+sum(B(i,:).*e);delta_W(2*i)=W(2*i)2-(e(i)2+f(i)2);enddelta_V=-J(-1)*delta_W;for i=1:n-1 e(i)=e(i)+delta_V(2*i-1);功能函
19、数Newton_Raphson.m：功能函数Newton_Raphson.m：16-6-12 下午6:02MATLAB 命令行窗口第 4 页，共 5 页 f(i)=f(i)+delta_V(2*i);end%程序功能：基于牛顿拉夫逊法的电力系统潮流计算%clear,clc;%清除工作区，清除命令窗口%load data_experiment5.mat;%输入导纳和变压器数据Y=daona(y,t);%形成导纳矩阵%n=4;%输入节点数m=2;%输入PQ节点数V=1 1 1.1 1.05;%输入电压初值W=-0.3-0.18-0.55-0.13 0.5 1.1;%输入W=P1 Q1.Pm Qm
20、P(m+1)V(m+1).P(n-1)V(n-1)%G=real(Y);%整理Y=G+BiB=imag(Y);%整理Y=G+Bie=real(V);%整理V=e+fif=imag(V);%整理V=e+fi%e1,f1,delta_W0=Newton_Raphson(G,B,e,f,m,n,W)%第一次牛顿拉夫逊法迭代e2,f2,dlta_W1=Newton_Raphson(G,B,e1,f1,m,n,W)%第二次牛顿拉夫逊法迭代e3,f3,dlta_W2=Newton_Raphson(G,B,e2,f2,m,n,W)%第三次牛顿拉夫逊法迭代%e1=0.9935 0.9763 1.1000 1.
21、0500f1=-0.0088 -0.1078 0.12670主函数main.m：主函数main.m：运行主函数输出结果：运行主函数输出结果：16-6-12 下午6:02MATLAB 命令行窗口第 5 页，共 5 页delta_W0=-0.2773 -0.0510 -0.5260 0.0196 0.50000e2=0.9848 0.9591 1.0924 1.0500f2=-0.0086 -0.1084 0.12890dlta_W1=-0.0013 -0.0028 -0.0135 -0.0547 0.0030 -0.0160e3=0.9846 0.9587 1.0924 1.0500f3=-0.0086 -0.1084 0.12900dlta_W2=-0.0000 0.0001 -0.0003 -0.0016 0.0001 -0.0001
