潮流计算论文

潮流计算论文

潮流计算论文开题报告

潮流计算，电力学名词，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。

题 目： 电力系统潮流计算设计与分析

学 科 部： 信息学科部 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 07电气工程及其自动化 学 号： 7022807042 姓 名： 夏润杰 指导教师： 郑国栋

填表日期： 2010 年 12 月 7 日

一、 选题的依据及意义：

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的基本电气计算，电力系统潮流计算的任务是根据给定的网络结构及运行条件，求出电网的运行状态，其中包括各母线的电压、各支路的功率分布以及功率损耗等。潮流计算是电力系统中一种最广泛,最基本和最重要的一种电气计算，是电力规划和运营中不可缺少的一个重要组成部分。

随着电力系统的发展和不断扩大，计算机在电力系统潮流计算中得到充分的利用。而MATLAB的应用，以其强大的矩阵处理功能给电力系统的分析，计算带来极大地方便。

牛顿拉夫逊潮流计算法是采用最为广泛的潮流计算方法。牛顿拉夫逊法潮流计算分极坐标形式和直角坐标形式两种，它有很好的收敛性，要求有合适的初值。

潮流计算的意义：

(1)在电网规划前,由电力系统潮流计算,可以合理规划电源容量,并合理规划网架,同时选择无功补偿方案,以满足不同规划水平下的潮流交换控制、调峰、调相、调压等要求。

(2)在运行时,预计负荷增长及新设备投运,选择不同的潮流计算,以发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对相关部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。

(3)正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。 (4)预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。

总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算;在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。

二、国内外研究现状及发展趋势(含文献综述)：

潮流算法多种多样, 但一般要满足四个基本要求: 可靠收敛 ,计算速度快 ,使用方便灵活 ,内存占用量少。它们也是对潮流算法进行评价的`主要依据。

发展现状：近年来，大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。

经过三十多年的发展 ,潮流算法已比较成熟 ,但是 ,仍存在不少尚待解决的问题 ,例如各种牛顿法潮流算法 ,对于某些条件可能导致不收敛, 潮流计算的多解现象及其机理在重负荷情况下 ,邻近多根与电压不稳定问题的关联。由于最优潮流能够把系统的安全性和经济性融为一体 ,并能够提供用于提高系统安全经济性能的决策依据 ,将成为现代能量管理系统的核心应用软件之一。当前无论在实践上还是在理论上 ,均有许多间题需待解决 ,特别是如何快速求解成千上万个变量的大规模非线性规划问题。

发展趋势：近几年，对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，牛顿拉夫逊法，由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法。后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法。

三、本课题研究内容

1. 潮流计算的意义及常用的计算方法.

2. 了解节点导纳矩阵的由来，掌握元素的物理意义和计算方法，节点导纳矩阵的特点，以

及它的应用.

3. 主要研究牛顿拉夫逊法则的原理、分类及特点.

4. 直角坐标和极坐标的牛顿拉夫逊法在电力系统潮流计算中的应用. 5. 潮流计算的在MATLAB实现方法.

6. 利用MATLAB软件编写计算机程序进行牛顿拉夫逊法潮流计算的分析. 7. 对编制好的程序选用算例进行检验，对检验的结果进行详细的分析总结

四、研究方案

1.编制形成电力网节点导纳矩阵的框图和程序

在掌握基本概念的前提下，画出形成电力网节点导纳矩阵的程序框图，编制应用程序处理电力网节点导纳矩阵的形成。编制的程序应以电力网的支路数据为已知前提。 2. 编制牛顿拉夫逊法潮流分析的计算框图和程序

在掌握牛顿拉夫逊法则的基本概念及数学原理的前提下，画出程序框图，编制应用程序处理一般电力系统潮流计算。编制过程中要求尽量选择线性方程组的最佳求解方法，找到计算公式的规律性，使程序尽量简洁。潮流计算的结果均要求包含：各节点电压、节点功率、线路功率、网络损耗、迭代次数等。 3.算例校验程序结果

对编制好的程序选用适当的算例进行检验。并对检验的结果进行分析总结。 4.编写毕业设计论文

论文中应包括基本概念和基本原理的叙述。程序框图、清单。使用的例题及例题对程序的检验结果。以及心得体会等。

五、工作进度

六、参考文献

[1]何仰赞、温增银，电力系统分析(上、下)[M]. 华中理工大学出版社，2002.

[2] 王栋，Visual Basic程序设计实用教程(第二版)[M]. 清华大学出版社，2002.

[3]诸俊伟，电力系统分析[M]. 中国电力出版社，1995.

[4]王锡凡等，电力系统计算[M]. 水利电力出版社, 1978.

潮流计算开题报告

潮流计算开题报告

潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。

选题的意义和目的

潮流计算是电力系统最简单却非常重要的分析计算，可以用来研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求;对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。

可是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。随着计算机技术的飞速发展，结合电力系统的特点及图形化潮流计算软件的开发设计思想和总体结构，而应用MATLAB软件可以很好的改善这方面的问题。该系统的主要特点是操作简单，图形界面直观，运行稳定.计算准确。计算中，算法做了一些改进，提高了计算速度，各个类型的有效封装又使程序具有很好的模块性.可维护性和可重用性。

课题研究现状(含文献综述)

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行的一向基本运算，可以确定系统的电压分布和功率分布，以及网络中的功率分布和损耗。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求;对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。

潮流计算既是对电力系统规划设计和运行方式的合理性、可靠性和经济性进行定量分析的依据，又是电力系统静态和暂态稳定计算的基础。利用电子计算机进行潮流计算从20世纪50年代中期就已经开始,经历了以节点导纳为基础的高斯-赛德尔迭代法，求解非线性方程式的典型方法——牛顿拉夫逊法，以及其改进方法快速解耦PQ分解法。

近20多年来，潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和PQ分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些模型和算法还不能取代牛顿法和PQ分解法的地位。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：(1)算法的可靠性或收敛性

(2)计算速度和内存占用量

(3)计算的方便性和灵活性。随着时代电力系统大系统、强非线性与多元件的.特点日益突出，其计算量与计算复杂程度急剧增加，旧的计算机软件在处理潮流计算时，其速度已经无法满足大电网模拟和实时控制的仿真要求。MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和分析数据、开发与实现算法、创建用户界面模型、连接其他编程语言的程序和应用程序。借助其语言、工具和内置数学函数，可以探求多种方法，比电子表格或传统编程语言(如 C/C++ 或 Java)更快地求取结果。MATLAB 应用广泛，其中包括信号处理和通信、图像和视频处理、控制系统、测试和测量、计算金融学及计算生物学等众多应用领域。在各行业和学术机构中，有一百多万工程师和科学家使用 MATLAB 这一技术计算语言。MATLAB是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能一体的科学计算语言。

MATLAB计算机软件功能强大，在编写程序时MATLAB语言允许用户以数学形式的语言编写程序，比BASIC语言和FORTRAN语言等更为接近书写的数学表达格式，而且其程序易调试。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB编程，工作量将大幅度减少。利用MATLAB语言来进行电力系统潮流计算的方法，编程简便、运算效率高并符合人们的思维习惯，计算结果能满足工程计算需要，同时验证了方法的有效性，为解决大电网的潮流计算问题开辟了新思路。

课题内容及研究思路

对目前常用潮流计算方法进行分析如牛顿-拉夫逊法，先建立潮流计算的数学模型，主要包括导纳矩阵的原理及计算方法、潮流计算的基本方程、潮流系统的节点分类、潮流计算的约束条件这几方面。其次对牛顿-拉夫逊法的基本原理、求解过程、程序框图进行概述。最后通过MATLAB软件进行矩阵的生成、运算以及牛顿—拉夫逊法潮流计算程序。用牛顿-拉夫逊法把准备好的原始数据，建立仿真模型，分析仿真结果，完成设计说明书。

课题重点、难点

现代电力系统大系统、强非线性与多元件的特点日益突出,其计算量与计算复杂度急剧增加，而牛顿-拉夫逊法是求解非线性代数方程有效的迭代计算。牛顿-拉夫逊法需要进行大量的数值计算。自导纳和互导纳的确定方法、节点导纳矩阵的性质、非标准变比变压器等值电路以及电力系统节点分类等都比较容易弄混。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。输入的数据量比较多，要细心，否则会大大增加工作量。

论文提纲

电力系统潮流计算概述

1.1电力系统简介

1.2潮流计算简介

1.3潮流计算的意义及其发展

2、潮流计算的数学模型

2.1导纳矩阵的原理及计算方法

2.1.1自导纳和互导纳的确定方法

2.1.2节点导纳矩阵的性质及意义

2.1.3非标准变比变压器等值电路

2.2潮流计算的基本方程

2.3电力系统节点分类

2.4潮流计算的约束条件

3、牛顿-拉夫逊法概述

3.1牛顿-拉夫逊法基本原理

3.2牛顿-拉夫逊法求解过程

3.3牛顿-拉夫逊法程序框图

4、MatlAB建模仿真

4.1Matlab简介

4.2矩阵的生成

4.3矩阵的运算

4.4牛顿—拉夫逊法潮流计算程序

4.5 结果分析

总结

进度安排(包括时间划分和各阶段的主要内容)

序号 设计各阶段名称 日期(教学周)

⒈ 下达任务书，检索收集课题最新资料，调研分析 2014年11月7日—11月13日

⒉ 提供开题报告 2014年11月14日—11月22日

⒊ 修改开题报告相关外文翻译资料 2014年11月22日—12月28日

⒋ 根据开题报告，进行中期检查和撰写论文初稿 2015年1月1日—3月15日

⒌ 根据指导老师的意见修改论文，完成论文并上交 2015年3月15日—4月18日

⒍ 指导老师评定成绩，老师评阅论文 2015年4月18日—4月30日

⒎ 毕业答辩 2015年 4月30日—5月16日

参考文献

[1]陈衍.电力系统稳态分析(第三版). 北京：中国电力出版社，2007

[2]李光琦.电力系统暂态分析(第三版).北京：中国电力出版社,2007

[3]李维波.MATLAB在电气工程中的应用.北京：中国电力出版社,2007

[4]张志涌，杨祖樱.MATLAB教程(2008a).北京:北京航空航天大学出版社,2006

[5]陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册.北京：中国水利水电出版社，2003

[6]刘天琪,邱晓燕《电力系统理论分析》(第二版)北京：科学出版社，2013

[7]张保会，尹项根《电力系统继电保护》(第二版)北京：中国电力出版社，2013

[8]赵广元《MATLAB与控制系统仿真实践》(第二版)北京：北京航空大学出版社，2012

[9]王守相，刘玉田《电力系统潮流计算研究现状》山东工业大学电力工程学院

[10]张宁,韩勇《基于MATLAB的电力系统的潮流计算》西北农林科技大学信息工程学院

[11]薛 巍，舒继武,王心丰,郑纬民《电力系统潮流并行算法的研究进展》清华大学电机工程与应用电子技术系，北京

[12]罗华飞《MATLAB GUI设计学习手记》(第3版)北京：北京航空航天大学出版社 2014

[13]徐劲松，宁可琳，杨永峰的《基于MATLAB的电力系统PQ分解法潮流计算研究》 2011

[14]百度百科《电力系统潮流计算》

[15]Nagrath I J，Kothari D R. Modern Power System Delhi：TataMcGraw-Hill Publishing Company.8-2005

[16]a,nk,. evaluation of Parallelization of Power Flow Algorithms. In: proceedings of the 40th Midwest Symposium on Circuit and Systems[D], Sacramento, California, U.S.A. August 1997

[17]sisev,omej,A,M,Holjan,Automatic control system and optimization of modes of electric power systems,Moscow:Vysshaya Shkola,1983

[18]v,Nonlinear minimization methods for calculating steady states of electric power systems,Novosibirsk:Nauka,2001

电力系统潮流计算的潮流计算的发展趋势

通过几十年的发展，潮流算法日趋成熟。近几年，对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，即高斯-塞德尔法、牛顿法和快速解耦法。牛顿法，由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法。后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法。对于保留非线性算法典型论文有：1.文献[保留非线性的电力系统概率潮流计算]提出了它在电力系统概率潮流计算中的应用。该文献提出了一种新的概率潮流计算方法，它保留了潮流方程的非线性，又利用了P－Q解耦方法，因而数学模型精度较高，且保留了P－Q解耦的优点，有利于大电网的随机潮流计算，用提出的方法对一个典型的系统进行了计算，其数值用MonteCarlo随机模拟作了验证，得到了满意的结果。2.文献[基于系统分割的保留非线性的快速P-Q解耦潮流计算法]分析研究了保留非线性的P-Q解耦快速潮流计算法。该文献提出了一种新的状态估计算法,既保留了量测方程非线性又利用了快速P-Q分解方法,因此数学模型精度高且保留了快速P-Q分解的优点,提高了状态估计的计算精度和速度.采用系统分割方法将大系统分割为多个小系统,分别对每个小系统进行状态估计,然后对各小系统的状态估计结果进行协调,得到整个系统具有同一参考节点的状态估计结果,这样可大大提高状态估计的计算速度,有利于进行大电网的状态估计.在18节点系统上进行的数字仿真实验验证了该方法的有效性。岩本伸一等提出了一种保留非线性的快速潮流计算法,但用的是直角坐标系,因而没法利用P-Q解耦。为了更有利于大电网的潮流计算,将此原理推广用于P-Q解耦。这样,既利用了保留非线性的快速算法,在迭代中使用常数雅可比矩阵,又保留了P-Q解耦的优点。对于一些病态系统，应用非线性潮流计算方法往往会造成计算过程的振荡或者不收敛，从数学上讲，非线性的潮流计算方程组本来就是无解的。这样，人们提出来了将潮流方程构造成一个函数，求此函数的最小值问题，称之为非线性规划潮流的计算方法。优点是原理上保证了计算过程永远不会发散。如果将数学规划原理和牛顿潮流算法有机结合一起就是最优乘子法。另外，为了优化系统的运行，从所有以上的可行潮流解中挑选出满足一定指标要求的一个最佳方案就是最优潮流问题。最优潮流是一种同时考虑经济性和安全性的电力网络分析优化问题。OPF 在电力系统的安全运行、经济调度、可靠性分析、能量管理以及电力定价等方面得到了广泛的应用。最优潮流方面的典型论文有：1.文献[电力系统最优潮流新算法的研究]以NCP 方法为基础,提出了一种新的求解最优潮流算法——投影渐近半光滑牛顿型算法。该文献以NCP方法为基础，提出了一种新的求解OPF算法——投影渐近半光滑牛顿型算法。针对电力系统的特点，本文的研究工作如下： 1.建立了与OPF问题的KKT系统等价的带界约束的半光滑方程系统。与已有的NCP方法相比，新的模型由于无需考虑界约束对应的对偶变量(乘子变量)，降低了问题的维数，从而适用于解大规模的电力系统问题。 2.基于建立的新模型，本文提出了一类新的Newton型算法，该算法一方面保持界约束的相容性，另一方面有较好的全局与局部超线性收敛性，同时，算法结构简单，易于实现。 3.考虑到电力系统固有的弱耦合特性，受传统解耦最优潮流方法的启示，在所提出的新Newton型方法的基础上，本文又设计了一类分解方法。新方法基于解耦——校正的策略实现算法，不仅充分利用了系统的弱耦合特性，同时保证分解算法在理论上的收敛性。 4.根据所提出的两种算法，用标准的IEEE电力测试系统进行数值实验，并与已有的其他方法进行比较。结果显示新算法具有良好的收敛性和计算效果，在电力系统的规划与运行方面将有广阔的应用前景。2.文献[基于可信域内点法的最优潮流问题研究]介绍了OPF内点法具有收敛性强、多项式时间复杂性等优点，是极具潜力的优秀算法之一。电力系统不断发展，使得OPF算法跻身于极其困难、非凸的大规模非线性规划行列。可信域和线性搜索方法是保证最优化算法全局收敛性能的两类技术，将内点法和可信域、线性搜索方法有机结合，构造新的优化算法，是数学规划领域的研究热点。此方面的典型文献有：1.文献[电力市场环境下基于最优潮流的输电容量充裕度研究]首先以最优潮流为工具,选取系统中的关键线路作为系统输电容量充裕度的研究对象,从电网运行的安全性、可靠性的角度系统地研究了输电线路稳定限额对输电容量充裕度的影响,指出稳定限额因子与影子价格的乘积可直接反应出稳定限额水平的经济价值,同时也可以较好的指示出系统运行相对安全、经济的稳定限额水平区间。2.文献[电力市场环境下基于最优潮流的节点实时电价和购电份额研究]为了为配电公司最优购电模型提供价格参考依据,以发电成本最小为目标函数,考虑电力需求价格弹性的影响,建立了实时电价模型。模型利用预测校正原对偶内点法求解,以IEEE30节点系统为算例验证了模型的可行性。3.文献[电力系统动态最优潮流的模型与算法研究]指出电力系统动态最优潮流是对调度周期内的系统状态进行统一优化的有效工具,对保证电力系统安全经济运行具有重要的理论意义和现实意义。文献结合内点法和免疫遗传算法,对经典动态最优潮流问题和动态无功优化问题的算法进行了深入的研究,提出了新的算法;并建立了含电压稳定约束、含无功型离散变量,以及含机组启停变量的动态最优潮流模型,将新算法推广应用于各种新模型,拓展了动态最优潮流的研究领域。对于一些特殊性质的潮流计算问题有直流潮流计算方法、随机潮流计算方法和三相潮流计算方法。直流潮流计算方法，文献[基于改进布罗伊登法的交直流潮流计算]主要介绍在分析求解非线性方程组的布罗伊登法和一种改进的布罗伊登法的基础上,针对交直流混联系统,运用改进的布罗伊登法,提出了一种潮流计算的统一迭代法,设计了算法的具体实现步骤,并以一个IEEE9节点修改系统进行仿真计算,结果表明本文采用的改进布罗伊登法交直流潮流计算方法有效可行。文献[基于直流潮流和分布因子三母线系统脆性源辨识技术]提出了基于直流潮流和分布因子法相结合,提出了快速找到系统脆性源的方法和步骤。通过对3节点电力系统脆性源的辨识,证明了此方法的有效性。文献[计及双馈风力发电机内部等值电路的电力系统随机潮流计算]研究了含变速恒频双馈式发电机的风电场接入系统后对电压质量的影响,在双馈式发电机简化等值电路的基础上建立了风电场的确定性潮流模型,建立了风力发电机的随机分析模型,并在这二者的基础上运用基于半不变量法的随机潮流进行计算。文献[计及分布式发电的配电系统随机潮流计算]提出了计及分布式发电的配电系统随机潮流计算。

基于高斯—塞德尔法潮流计算

借我参考一下，要有程序的，当然程序最好是MATLAB的