電力系統(tǒng)課程設(shè)計--用c語言進行復雜電力系統(tǒng)的潮流計算

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文檔簡介

1、　　電力系統(tǒng)課程設(shè)計報告　　班級：　　學號： 　　姓名： 　　2013年3月 7日　　用

2、C語言進行復雜電力系統(tǒng)的潮流計算　　電力系統(tǒng)的潮流計算是對電力系統(tǒng)分析的最基本步驟也是最重要的步驟，是指在一定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行條件下，確定系統(tǒng)運行狀態(tài)的計算，也即是對各母線（節(jié)點）電壓，各元件（支路）傳輸電線或功率的計算。通過計算出的節(jié)點電壓和功率分布用以檢查系統(tǒng)各元件是否過負荷，各點電壓是否合理，以及功率損耗等。　　即使對于一個簡單的電力系統(tǒng)，潮流計算

3、也不是一件簡單就可以完成的事，其運算量很大，因此如果對于一個大的、復雜的電網(wǎng)來說的話，由于其節(jié)點多，分支雜，其計算量可想而知，人工對其計算也更是難上加難了。特別是在現(xiàn)實生活中，遇到一個電力系統(tǒng)不會像我們期望的那樣可以知道它的首端電壓和首端功率或者是末端電壓和末端功率，而是只知道它的首端電壓和末端功率，更是使計算變的頭疼萬分。為了使計算變的簡單，我們就可以利用計算機，用C語言編程來實現(xiàn)牛頓-拉夫遜（Newton-Raphson）迭代法，最

4、終實現(xiàn)對電力系統(tǒng)潮流的計算。　　用牛頓-拉夫遜迭代法進行電力系統(tǒng)潮流計算的相關(guān)概念　　1.節(jié)點導納矩陣　　如圖所示的電力網(wǎng)絡(luò),將節(jié)點i和j的電壓用i和j表示,它們之間的支路導納表示為yij,那么有基爾霍夫電流定律可知注入接點I的電流i(設(shè)流入節(jié)點的電流為正)等于離開節(jié)點I的電

5、流之和,因此有　　j　　I　　(1-1)　　(1-2)　　如令則可

6、將(1-2)改寫為:　　I=1,2,…,n. (1-3)　　上式也可以寫為: I=YU (1-4)　　其中Y為節(jié)點導納矩陣，也稱為稀疏的對稱矩陣，它是n×n階方陣。對角元Yii稱為自導納，它等于與該節(jié)

7、點I直接相連的所有支路導納總和；非對角元Yij（i≠j）稱為互導納或轉(zhuǎn)移導納，它等于連結(jié)節(jié)點I，j支路導納的負數(shù)，且有Yij=Yji，當節(jié)點I，j之間沒有支路直接相連時，Yij=Yji=0。　　電力系統(tǒng)的分析計算中，往往要作不同的運行方式下的潮流計算，如果系統(tǒng)發(fā)生變化，如投切一條線路或一臺變壓器，由于改變了一條支路的狀態(tài)或參數(shù)只影響該支路兩端節(jié)點的自導納和他們之間的互導納，因而對每一種運行方式不

8、必重新形成導納矩陣，只需對原有導納矩陣作相應(yīng)的修改即可。　　2．潮流計算的功率方程　　在實際的電力系統(tǒng)中，已知的條件往往不是節(jié)點的注入電流而是負荷和發(fā)電機功率，且這些功率一般不隨節(jié)點的電壓變化而變化，而節(jié)點的電流則是隨電壓的變化而變化的，因此在已知節(jié)點導納矩陣的情況下，必須用已知的節(jié)點功率來替代未知的節(jié)點注入電流，才能求出節(jié)點電壓，每一個節(jié)點的注入功率方

9、程式為：　　I 　?。?-5）　?。?-6）　　(1-7)　　節(jié)點注入電流用功

10、率和電壓表示為：　?。?-8）　　功率方程可以表示為：　　（1-9）　　3．節(jié)點分類　　對于有n個節(jié)點的電力網(wǎng)絡(luò)，可

11、以列出n個功率方程，由圖可知一個節(jié)點有四個變量：注入有功功率Pi，注入無功功率Qi，節(jié)點電壓幅值Ui和相角。n個節(jié)點有4n個變量,但只有2n個關(guān)系式,所以為了使潮流有確定解,必須給定其中2n個變量。根據(jù)給定節(jié)點變量的不同，可以有以下三種類型的節(jié)點：　　PQ節(jié)點：給定注入功率Pi，Qi，即已知PGi，PLi，QGi，QLi，待求Ui，δi。例如：降壓變電所母線（負荷節(jié)點），固定出力的發(fā)電廠母線。&

12、lt;/p>　　PV節(jié)點：給定了注入有功功率Pi（PGi，PLi），Ui和QLi，待求QGi（Qi），δi。例如：有一定無功電源的降壓變電所母線，有一定儲備的發(fā)電廠母線。　　平衡節(jié)點：給定了Ui，δi和PLi ，QLi，待求PGi ，QGi，即Pi，Qi，用來平衡全電網(wǎng)的功率，通常在一個獨立的電力系統(tǒng)中只設(shè)一個平衡節(jié)點。　　4

13、．牛頓-拉夫遜迭代法　　牛頓-拉夫遜迭代法將解非線性方程組的過程轉(zhuǎn)化為反復求與之相對應(yīng)的線性方程的求解過程。　　對于一個n維非線性方程組： n=1,2,3,…,n　　假定其初值為x1(0),x2(0),…,xn(0),也即其近似解,它與真值之間的誤差為也即各變量與真解之間的修正量。&l

14、t;p>　　將這n個方程式都在初值的附近展開成Taylor級數(shù)且忽略二次項及高次項,則可得修正方程　　, I=1,2,…n. (1-10)　　將修正方程寫成矩陣形式: 　　(1-11)　　其中令J= ,稱之為雅可比(Jacobi

15、)方陣。　　它的第I行，第j列交點的元素為第I個函數(shù)對第j個變量xj的偏導數(shù)在點（x1(0),x2(0),…,xn(0)）的值，所以方程組是線性方程，可用于求出，從而得到新的近似解，　?。?-12）于是得到一般迭代式：　?。?-13）

16、;　　于是得到近似解：　　（1-14）　　迭代一直進行到Max{|yi-fi(x1(0),x2(0),…,xn(0))|}<ε或Max{|Δxi(k)|}<ε為止。　　用牛頓-拉夫遜迭代法進行潮流計算&

17、lt;p>　　設(shè)網(wǎng)絡(luò)中除參考節(jié)點外有n個節(jié)點，其中1個平衡節(jié)點（并令第n個節(jié)點為平衡節(jié)點），m個PQ節(jié)點（為第1~m個節(jié)點），有n-m-1個PV 節(jié)點。運用牛頓-拉夫遜法直接求解功率方程（1-9），并將Yij=Gij+jBij及代入得：　　將實部和虛部分開得：　　(2-1)<p&g

18、t;　　(2-2)　　此外由于系統(tǒng)中還有PV節(jié)點，所以還應(yīng)補充一組方程：　　(2-3)　　在式（2-3）中，ei、fi分別為迭代過程中求得的節(jié)點電壓的實部和虛部，Pi為PQ節(jié)點和PV節(jié)點的注入有功功率，Qi為PQ節(jié)點的注入無功功率，Ui為

19、PV節(jié)點的電壓大小。由（2-1），（2-2），（2-3）三式所組成的方程組一共有2（n-1）個獨立方程，其中，式（2-1）類型的有(n-1)個,包括除平衡節(jié)點以外所有節(jié)點的有功功率Pi的表達式;式(3-2)類型的有(m-1)個,包括所有PQ節(jié)點無功功率Qi的表達式,式(2-3)類型的有(n-m)個,包括所有PV節(jié)點電壓Ui2的表達式.平衡節(jié)點s的功率和電壓之所以不包括在這方程組內(nèi),是由于平衡節(jié)點的注入功率不可能事先給定,從而不可能列出P

20、s,Qs的表達式,而平衡節(jié)點的電壓則不必求取.　　于是建立修正方程式如下: 　　(2-4)　　式中的　　(2-5)

21、　(2-6) (2-7)　　當j≠I時雅可比方陣的各個元素分別為：　　；；　??；；　　當j=I時雅可比方陣的各個元素分別為：</p

22、>　　; ;　　; ;　　; 　　其中：　　用C語言編程計算潮流的流程圖&l

23、t;p>　　否　　是　　否　　是　　用編程方法求解實際問題　　如圖所示的

24、一個電力網(wǎng)絡(luò)，　　如何來求解它的潮流分布呢？　　已知：為定值，其余四個節(jié)點都是PQ節(jié)點，且給定的注入功率分別為：　　程序清單如下:　　#include <stdio.h>　　#i

25、nclude <math.h>　　float divRe(b1,b2,b3,b4)　　float b1,b2,b3,b4;　　{　　float a1r;　　a1r=(b1*b3+b

26、2*b4)/(b3*b3+b4*b4);　　return(a1r);　　}　　float divIm(b1,b2,b3,b4)　　float b1,b2,b3,b4;　　{&

27、lt;/b>　　float a1i;　　a1i=(b2*b3-b1*b4)/(b3*b3+b4*b4);　　return(a1i);　　}　　float mulRe(b1,b2,b3,b

28、4)　　float b1,b2,b3,b4;　　{　　float a2r;　　a2r=b1*b3-b2*b4;　　return(a2r);<b&

29、gt;　　}　　float mulIm(b1,b2,b3,b4)　　float b1,b2,b3,b4;　　{　　float a2i;　　a2i=b2*b3+b1*b4;&

30、lt;/p>　　return(a2i);　　}　　float Max(float a[],int n)　　{int i;　　float max;

31、　　for(i=0;i<n-1;i++)　　if(a[i]>a[i+1])　　{max=a[i];a[i]=a[i+1];a[i+1]=max;}　　return(max);　　}

32、　　main()　　{　　int i,j,k,n,km;　　float eps,sumpi1,sumpi2,sumqi1,sumqi2,max,sumir,sumii,I1r,I1i;<p&

33、gt;　　float pi0[5],qi0[5],detpi[5],detqi[5],Iir0[5],Iii0[5],J0[8][8],detsi[8],detui[8],　　u[8][8],l[8][8],y[8],ui1[8],H[4][4],N[4][4],J[4][4],L[4][4],ei1[5],fi1[5];　　static float y

34、br[5][5]={{6.250,-5.000,-1.250,0,0},{-5.000,10.834,-1.667,-1.667,-2.500},　　{-1.250,-1.667,12.917,-10.000,0},{0,-1.667,-10.000,12.917,-1.250},　　{0,-2.500,0,-1.250,3.750}};</p&g

35、t;　　static float ybi[5][5]={{-18.750,15.000,3.750,0,0},{15.000,-32.500,5.000,5.000,7.500},　　{3.750,5.000,-38.750,30.000,0},{0,5.000,30.000,-38.750,3.750},　　{0,7.500,0,

36、3.750,-11.250}};　　float ei0[5]={1.06,1.0,1.0,1.0,1.0};　　float fi0[5]={0,0,0,0,0};　　float pi[5]={0,0.2,-0.45,-0.4,-0.6};　　float qi[5]={0,

37、0.2,-0.15,-0.05,-0.1};　　k=0;　　km=6;　　eps=0.00001;　　do{<

38、b>　　k+=1;　　printf("Now start...\n");　　printf("The %d times\n",k);　　for(i=1;i<5;i++)　　printf("pi

39、[%d]=%f",i,pi[i]);　　sumpi2=0;　　sumqi2=0;　　for(i=1;i<5;i++)　　{for(j=0;j<5;j++)

40、　　{　　sumpi1=(ei0[i]*(ybr[i][j]*ei0[j]-ybi[i][j]*fi0[j])+fi0[i]*(ybr[i][j]*fi0[j]+ybi[i][j]*ei0[j]));　　sumpi2+=sumpi1;

41、　}　　pi0[i]=sumpi2;　　printf("pi0[%d]=%f\t",i,pi0[i]);　　sumpi2=0;　　}

42、　　for(i=1;i<5;i++)　　{for(j=0;j<5;j++)　　{　　sumqi1=(fi0[i]*(ybr[i][j]*ei0[j]-ybi[i][j]*fi0[j])-ei0[i]*(ybr[i][j]*fi0[j]+ybi[i

43、][j]*ei0[j]));　　sumqi2+=sumqi1;　　}　　qi0[i]=sumqi2;　　printf("qi0[%d]=%f\t",i,qi0[i]);&l

44、t;b>　　sumqi2=0;　　}　　for(i=1;i<5;i++)　　{　　detpi[i]=pi[i]-pi0[i];<p&g

45、t;　　detqi[i]=qi[i]-qi0[i];　　printf("detpi[%d]=%f\t",i,detpi[i]);　　printf("detqi[%d]=%f\t",i,detqi[i]);　　}&

46、lt;p>　　for(i=1;i<5;i++)　　{Iir0[i]=divRe(pi0[i],-qi0[i],ei0[i],-fi0[i]);　　Iii0[i]=divIm(pi0[i],-qi0[i],ei0[i],-fi0[i]);　　printf("Iir0[%d]=%f\t"

47、;,i,Iir0[i]);　　printf("Iii0[%d]=%f\t",i,Iii0[i]);　　}　　for(i=0;i<4;i++)　　{for(j=0;j<4;j++)

48、　　if(i==j) {　　H[i][j]=-ybi[i+1][j+1]*ei0[i+1]+ybr[i+1][j+1]*fi0[i+1]+Iii0[i+1];　　N[i][j]=ybr[i+1][j+1]*ei0[i+1]+ybi[i+1][j+1]*fi0[i+1]+Iir0[i+1];　　J

49、[i][j]=-ybr[i+1][j+1]*ei0[i+1]-ybi[i+1][i+1]*fi0[i+1]+Iir0[i+1];　　L[i][j]=-ybi[i+1][j+1]*ei0[i+1]+ybr[i+1][j+1]*fi0[i+1]-Iii0[i+1];　　}<

50、b>　　else {　　H[i][j]=ybr[i+1][j+1]*fi0[i+1]-ybi[i+1][j+1]*ei0[i+1];　　N[i][j]=ybr[i+1][j+1]*ei0[i+1]+ybi[i+1][j+1]*fi0[i+1];　　J[i][j]=-ybi[i+1][j+

51、1]*fi0[i+1]-ybr[i+1][j+1]*ei0[i+1];　　L[i][j]=ybr[i+1][j+1]*fi0[i+1]-ybi[i+1][j+1]*ei0[i+1];　　}　　}

52、　for(i=0;i<8;i++)　　for(j=0;j<8;j++){　　if(i%2==0&&j%2==0) J0[i][j]=H[i/2][j/2];　　else if(i%2==0&&j%2!=0) J0[i][j]=N[i/2][(j-1)/2];</p

53、>　　else if(i%2!=0&&j%2==0) J0[i][j]=J[(i-1)/2][j/2];　　else J0[i][j]=L[i/2][(j-1)/2];　　}　　for(i=0;i<8;i++)</p&g

54、t;　　for(j=0;j<8;j++)　　printf("J0[%d][%d]=%f\t",i,j,J0[i][j]);　　for(i=0;i<8;i++)　　{if(i%2==0) detsi[i]=detpi[(i+2)/2];&

55、lt;p>　　else detsi[i]=detqi[(i+1)/2];　　printf("detsi[%d]=%f\t",i,detsi[i]);　　}　　for(i=0;i<8;i++) u[i][i]=1.000;

56、　　for(n=0;n<8;n++)　　{for(i=n;i<8;i++)　　{l[i][n]=J0[i][n];　　for(j=0;j<=n-1;j++)　　l[i][n]-=(l[i][j]*u[j][n]);

57、　　}　　for(j=n+1;j<8;j++)　　{u[n][j]=J0[n][j];　　for(i=0;i<=n-1;i++)　　u[n][j]-=(l[n][i]*u[i][j]);</p&g

58、t;　　u[n][j]/=l[n][n];　　}　　}　　for(i=0;i<8;i++)　　{y[i]=detsi[i];

59、　for(j=0;j<=i-1;j++)　　y[i]-=(l[i][j]*y[j]);　　y[i]/=l[i][i];　　}　　for(i=7;i>=0;i--)　　{detui[

60、i]=y[i];　　for(j=i+1;j<n;j++)　　detui[i]-=(u[i][j]*detui[j]);　　}　　for(i=0;i<8;i++)　　printf(&

61、quot;detui[%d]=%f\t",i,detui[i]);　　for(i=0;i<8;i++)　　{　　{if(i%2==0) ui1[i]=detui[i]+fi0[i/2+1];　　else ui1[i]=

62、detui[i]+ei0[(i+1)/2];　　}　　printf("ui1[%d]=%f\t",i,ui1[i]);　　}　　for(i=1;i<5;i++)</

63、p>　　{ei1[i]=ui1[2*i-1];　　fi1[i]=ui1[2*i-2];　　}　　for(i=1;i<5;i++)　　{printf("ei1[%d]=%f\t",i

64、,ei1[i]);　　printf("fi1[%d]=%f\t",i,fi1[i]);　　}　　max=Max(detui,8);　　printf("max=%f",max);

65、;　　for(i=1;i<5;i++)　　{ei0[i]=ei1[i];　　fi0[i]=fi1[i];　　}　　for(i=1;i<5;i++)　　{pi[

66、i]=detpi[i]+pi0[i];　　qi[i]=detqi[i]+qi0[i];　　}　　}while(max>eps&&k<km);　　printf("All do %d times\n&

67、quot;,k);　　sumir=0;　　sumii=0;　　for(i=0;i<5;i++)　　{　　I1r

68、=mulRe(ybr[0][i],-ybi[0][i],ei0[i],-fi0[i]);　　I1i=mulIm(ybr[0][i],-ybi[0][i],ei0[i],-fi0[i]);　　sumir+=I1r;　　sumii+=I1i;　　}</

69、b>　　pi[0]=mulRe(ei0[0],fi0[0],sumir,sumii);　　qi[0]=mulIm(ei0[0],fi0[0],sumir,sumii);　　printf("S1=%f+j%f\n",pi[0],qi[0]);　　e

70、i1[0]=ei0[0];　　fi1[0]=fi0[0];　　for(i=0;i<5;i++)　　printf("u%d=%f<%f\n",i+1,sqrt(ei1[i]*ei1[i]+fi1[i]*fi1[i]),atan(fi1[i]/ei1[i])*180/3.14159);

71、　　}　　最終求出平衡節(jié)點的功率和線路的功率以及各個節(jié)點的電壓為：　　利用這中方法進行潮流的計算，其收斂的速度是顯而易見的，如上面這到題，在經(jīng)過三次迭代以后已經(jīng)達到我們要求的水平，但必須建立在有一個比較優(yōu)的初值的基礎(chǔ)上。<b&g

72、t;　　實驗總結(jié)　　通過這次為期兩周的課程設(shè)計，讓我知道了潮流計算的基本步驟和方法，要讓電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，必須進行精密的計算和設(shè)計，明白了潮流計算對于電力系統(tǒng)的重要性，尤其是對牛頓拉夫遜法進行潮流計算有了深刻的理解。　　在用牛頓拉夫遜法進行潮流計算的過程中，用到了導納矩陣，雅可比方陣等數(shù)學方法，用建立的數(shù)學模型結(jié)合C語言進行編程，這就

73、要求掌握C語言的編程方法，還要熟悉Visual C++編程軟件，復習以前學習過的知識，查閱相關(guān)的資料，完成課程設(shè)計。　　這次實習忙碌但是充實，在其中我發(fā)現(xiàn)了自己的不足，自己知識的很多漏洞，和基礎(chǔ)知識不扎實，課外知識知之甚少?？吹搅俗约豪碚撀?lián)系實際的能力還需提高，也知道了自己以后學習的方向和目的。這次課程設(shè)計對自己意義很大，自己從中獲得很多東西。　　這次課

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