电气工程自动化毕业论文.doc
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1、湖南科技大学毕业论文基于Matlab的电力系统潮流仿真计算作者:系别:成教专业:电气工程自动化学号: 指导老师 : 时间:2011年2月13日目 录摘要1第一章 电力系统潮流计算简介 2第二章 电力网络的数学模型-节点电压方程4 2.1 电力网络的节点电压方程2 2.2节点导纳矩阵2 2.2.1 自导纳和互导纳的确定方法2 2.2.2 节点导纳矩阵的性质和意义4 2.2.3 非标准变比变压器等值电路5 第三章 潮流计算的数学模型-潮流方程7 3.1 潮流计算的基本方程7 3.2 电力系统节点分类10 3.3 潮流计算的约束条件11第四章 牛顿-拉夫逊法潮流计算12 4.1 牛顿-拉夫逊法基本原
2、理12 4.2 牛顿-拉夫逊法潮流计算方法14 4.2.1 以直角坐标形式表示14 4.2.2 牛顿-拉夫逊法程序框图17 4.2.3 牛顿-拉夫逊法求解过程18 4.2.4 程序需要输入数据19总结20参考文献21附录 牛顿拉夫逊法潮流计算程序及其结果分析22基于Matlab的电力系统潮流仿真计算学员姓名:单位:摘要: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、动态分析、绘图等方面也具有强大的功能。通过M语言,可以用类似数学公式的方式来编写算法,大大降低了程序的难度并节省了时间,从而可把主要的精力集
3、中在算法的构思而不是编程上。传统的潮流计算程序缺乏图形用户界面,结果显示不直观,难于与其他分析功能集成,网络原始数据输入工作量大且易于出错。Matlab潮流计算研究近年来得到了长足的发展。针对这一现状结合电力系统的基本特点,以牛顿拉夫逊法潮流计算方法为例,对IEEE-6BUS标准试验系统的潮流计算进行仿真,提出了基于Matlab的电力系统潮流仿真计算。它大大提高了计算速度,占用内存少;计算结果有良好的可靠性和可信性;适应性好,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。关键词:电力系统潮流计算;MATLAB仿真;牛顿拉夫逊法潮流计算;面向对象AbstractThe MA
4、TLAB is a kind of handing over with each other type, face to the procedure design language of the object, extensive apply in the industry field and academic circles, used for primarily the matrix carries to calculate, also having the mighty function in the aspects of number analyzing, automaticly co
5、ntrol imitating, arithmetic figure signal handling, development analyzing, painting waiting at the same time.Pass the language of M, can weave to write the calculate way with the way of the similar mathematical formula, lowered consumedly the procedure a difficulty for needing combined to save time,
6、 from but can concentrate the main energy conceive outline in the calculate way but is not to weave the distance top.Traditional current calculation the procedure lacks the sketch customer interface, result manifestation do not keep the view, difficult in gather with other analysis function, network
7、 primitive data input the work has great capacity and apt to come amiss.The MATLAB current calculation research got the substantial development in recent years.This present condition that aim at the basic characteristics joins together the electric power system, with Newton-Raphson method current ca
8、lculation method for a current for, to the standard of BUS IEEE-6 experimenting system calculation proceeds to imitate true, put forward according to the MATLAB electric power system current imitates true calculation.It increased consumedly calculation speed, take up the inside saves little;Calculat
9、ion result contain good and dependable with can letter;The adaptability is good, can handle namely the transformer changes the ratio adjustment, the system an ability for of differently describing with with other procedure matching with is strong.Key Words:Electric power system current calculation;
10、the MATLAB imitates true; Newton-Raphson;Face to the object第一章 电力系统潮流计算的简介所谓电力系统的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实为功率流(power flow),电力界惯称潮流。电压(包括幅值U和相位)和功率(包括有功功率P和无功功率Q )是表征电力系统稳定运行的主要物理量。电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算,它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态:各母线的电压,各元件中流过的功率,系统的功率损耗等等。在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中,都需
11、要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。此外,电力系统潮流计算也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。所以潮流计算是研究电力系统的一种很重要和很基础的计算。电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种,前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式,后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从50年代中期就已经开始。在这20年内,潮流计算曾采用了各种不同的方法,这些方法的发展主要围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点:(1)计算方法的可靠性或收敛性;(2)对计算机内存量的要求;(3)计算速度
12、;(4)计算的方便性和灵活性。电力系统的潮流计算和一般交流电路计算的根本差别是:后者已知和待求的是电压和电流,而前者是电压和功率。正是这一差别决定了二者本质上的不同:描述交流电路的方程,如节点电压方程,回路电流方程是线性方程,而描述电力系统稳定运行特性的潮流方程是非线性方程。由此似使得求解方法有了根本不同:线性方程可直接采用消去法求解,而非线性方程只能采用迭代法求解。这就是电力系统潮流问题的特点:已知和待求的是电压和功率,为非线性关系,需迭代求解。牛顿-拉夫逊法是求解非线性方程有效的迭代计算。它能可靠的收敛,并给出正确答案。电力系统中进行电力系统潮流计算的目的是:(1)确定电力系统的运行方式。
13、(2)检查各系统中的各元件是否过压,过载。(3)为电力系统继电保护的整定提供依据。(4)为电力系统的稳定计算提供初值。(5)为电力系统规划和经济运行提供分析基础。利用计算机进行电力系统潮流计算分为以下几步:建立数学模型;确定计算方法;制定计算流程图并编制程序;上机调试并对结果进行分析。第二章 电力网络的数学模型2.1 电力网络的节点电压方程 (2-1)为节点注入电流列向量,注入电流有正有负,注入网络的电流为正,流出网络的电流为负。根据这一规定,电源节点的注入电流为正,负荷节点为负。既无电源又无负荷的联络节点为零,带有地方负荷的电源节点为二者代数之和。为节点电压列向量,由于节点电压是对称于参考节
14、点而言的,因而需先选定参考节点。在电力系统中一般以地为参考节点。如整个网络无接地支路,则需要选定某一节点为参考。设网络中节点数为(不含参考节点),则,均为n*n列向量。为n*n阶节点导纳矩阵。2.2 节点导纳矩阵 2.2.1自导纳和互导纳的确定算法。节电导纳矩阵的节点电压方程:展开为: : (2-2)是一个n*n阶节点导纳矩阵,其阶数就等于网络中除参考节点外的节点数。例如:课程设计所给图中,n=6。节点导纳矩阵的对角元素 (i=1,2,n)成为自导纳。自导纳数值上就等于在i节点施加单位电压,其他节点全部接地时,经节点i注入网络的电流,因此,它可以定义为: (2-3) 图1 图2以图二所示网络为
15、例,取i=1,在节点1接电压源,节点2,3的电压源短接,按定义,可得: ()从而 .由此可得,节点i的自导纳数值上就等于与节点直接连接的所有支路导纳的总和。节点导纳矩阵的非对角元素 (j=1,2,n;i=1,2,.,n;j=i)称互导纳,由此可得互导纳数值上就等于在节点i施加单位电压,其他节点全部接地时,经节点j注入网络的电流,因此可定义为: (2-4)以图2为例,取=2,在节点2接电压源,节点1,3的电压源短接,按定义可得: 从而,。 由此可见,节点j,i之间的互导纳数值上就等于连接节点j,i支路到导纳的负值。显然,恒等于.互导纳的这些性质决定了节点导纳矩阵是一个对称稀疏矩阵。而且,由于每个
16、节点所连接的支路数总有一个限度,随着网络中节点数的增加非零元素相对愈来愈少,节点导纳矩阵的稀疏度,即零元素数与总元素的比值就愈来愈高。根据定义直接求取节点导纳矩阵时,注意以下几点:(1)节点导纳矩阵是方阵,其阶数就等于网络中除去参考节点外的节点数。参考节点一般取大地,编号为零。(2)节点导纳矩阵是稀疏矩阵,其各行非零非对角元素就等于与该行相对应节点所连接的不接地支路数。(3)节点导纳矩阵的对角元素就等于各该节点所连接导纳的总和。因此,与没有接地支路的节点对应的行或列中,对角元素为非对角元素之和的负值。(4)节点导纳矩阵的非对角元素等于连接节点i,j支路导纳的负值。因此,一般情况下,节点导纳矩阵
17、的对角元素往往大于非对角元素的负值。(5)节点导纳矩阵一般是对称矩阵,这是网络的互易特性所决定的。从而,一般只要求求取这个矩阵的上三角或下三角部分。2.2.2 节点导纳矩阵的性质和意义是n*n阶方阵,其对角元素 (i=1,2,-n)称为自导纳,非对角元素 (i,j=1,2,n, )称为互导纳。将节点电压方程展开为可见, (2-5)表明,自导纳在数值上等于仅在节点i施加单位电压而其余节点电压均为零(即其余节点全部接地)时,经节点i注入网络的电流。其显然等于与节点i直接相连的所有支路的导纳之和。同时可见.表明,互导纳在数值上等于仅在节点j施加单位电压而其余节点电压均为零时,经节点i注入网络的电流,
18、其显然等于()即=。为支路的导纳,负号表示该电流流出网络。如节点ij之间无支路直接相连,则该电流为0,从而=0。注意字母几种不写法的不同意义:粗体黑字表示导纳矩阵,大写字母代表矩阵中的第i行第j列元素,即节点i和节点j之间的互导纳。小写字母i,j支路的导纳等于支路阻抗的倒数数,。节点导纳矩阵的性质:(1)为对称矩阵,=。如网络中含有源元件,如移相变压器,则对称性不再成立。(2)对无接地支路的节点,其所在行列的元素之和均为零,即 。对于有接地支路的节点,其所在行列的元素之和等于该点接地支路的导纳。利用这一性质,可以检验所形成节点导纳矩阵的正确性。(3)具有强对角性:对角元素的值不小于同一行或同一
19、列中任一元素(4)为稀疏矩阵,因节点i ,j 之间无支路直接相连时=0,这种情况在实际电力系统中非常普遍。矩阵的稀疏性用稀疏度表示,其定义为矩阵中的零元素与全部元素之比,即 , 式中Z 为中的零元素。S 随节点数n 的增加而增加:n=50,S可达92%;n=100,S 可达90%;n=500,S可达99%,充分利用节点导纳矩阵的稀疏性可节省计算机内存,加快计算速度,这种技巧称为稀疏技术。2.2.3 非标准变比变压器等值电路.变压器型等值电路更便于计算机反复计算,更适宜于复杂网络的潮流计算.双绕组变压器可用阻抗与一个理想变压器串联的电路表示.理想变压器只是一个参数,那就是变比。现在变压器阻抗按实
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