課程設計報告
( 2010—2023年度第一學期)
名稱：電力系統潮流上機
院系：電氣與電子工程學院
班級：學號：
學生姓名
指導教師： 劉崇茹
設計週數： 兩周
成績日期： 2023年1月4日
一、課程設計的目的與要求
培養學生的電力系統潮流計算機程式設計能力，掌握計算機潮流計算的相關知識
二、設計正文（詳細內容見附錄）
1． 手算
要求應用牛頓-拉夫遜法或p-q分解法手算求解，要求精度為0.001mw。
節點①為平衡節點，u1=1∠0°，節點②為pq節點，s2 = - 0.8 - j 0.6 ，節點③為pv節點，p3= 0.
4，u3=1.1，網路結構和引數如圖1所示（引數為導納標麼值），潮流計算過程如下：
根據已知條件，列寫節點導納矩陣（y陣）如下：
列寫功率方程
對pq節點2，有：
對pv節點3，有：
設pq節點2的初值為1∠0，設pv節點3的電壓初值為1.1∠0
形成雅克比矩陣：
最終形成的雅克比矩陣為：
計算不平衡量：
解線性方程組，解得修正量為：，，
修正後，各個節點的電壓為：，，
平衡節點功率為：
pv節點3的無功功率為：
線路功率為：
網路總損耗：
2.計算機計算
序流程圖如下：
計算機演算法的過程及結果在程式中。
三、課程設計總結或結論
1.課程設計總結
對於寫程式而言，這次潮流對c++的物件導向程式設計有了更深入的了解。首先，發現了函式在返回引用型別的方法；在外部訪問類的私有成員時，可以在該類中定義乙個公有成員函式，該函式返回需要訪問的私有成員變數的引用。
對於潮流計算，我更深刻的掌握了牛拉法解潮流方程的方法，對數學高次多元方程線性化在迭代求解的方法有了更深入的認識。通過這次課程設計，自己動手編寫潮流計算的程式，仔細分析了潮流計算各個步驟，理論與實踐相結合,對潮流計算的思想和方法以及過程有了更深入的理解。
2思考題
1）潮流計算的方法有哪些？各有何特點？
高斯—塞德爾迭代法
此方法迭代時，除平衡節點外，其他節點的電壓都將變化，而這一情況不符合pv節點要求，因此每次迭代後應對節點電壓大小及注入功率進行調整。
此方法簡單，在早期潮流計算程式中採用，目前多與n-l法配合以補其不足，因為它對初值的選擇無嚴格要求。
牛頓—拉夫遜迭代法
用此方法進行潮流計算的核心問題是糾正方程式的建立和求解。
此方法收斂速度快，一般3、4步即可達到很好的精度，並且其收斂可靠性較好，但對初值依賴性強，有時會用高斯—塞德爾法為其設定初值。此方法可以平啟動，即電壓初值設成 。
另外，此方法每迭代一次都需要生成新的jaccobi矩陣。
p-q分解法
p-q分解法派生於以極座標表示的牛頓—拉夫遜法，二者主要區別在修正方程及計算步驟上。它計及電力系統的特點（a、輸電網路往往是 ；b、輸電線路兩端電壓角度差往往不大從而 ；c、無功傳輸主要影響電壓，有功傳輸主要影響相角），是對n-l法極座標形式的化簡。
p-q分解法的係數矩陣比n-l法小，提高了計算速度，降低了對貯存容量的要求；係數矩陣在迭代過程中保持不變，顯著提高了計算速度；用對稱的係數矩陣代替了不對稱的jaccobi矩陣，使得求逆運算量和所需儲存空間大為減少。
一般情況下，採用p-q分解法計算時要求的迭代次數較採用n-l法時多，但每次迭代所需的時間則較n-l法時少，以致總的計算速度仍是p-q分解法快。
2）現在進行潮流計算的應用軟體有哪些？
emtp軟體, netomac軟體，美國電力公司(pti)開發的pss/e
3）在電力系統中從規劃設計到排程執行的哪些具體工作需要潮流計算的結果？
(1)在電網規劃階段,通過潮流計算,合理規劃電源容量及接入點,合理規劃網架,選擇無功補償方案,滿足規劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調峰、調相、調壓的要求。
(2)在編制年執行方式時,在預計負荷增長及新裝置投運基礎上,選擇典型方式進行潮流計算,發現電網中薄弱環節,供排程員日常排程控制參考,並對規劃、基建部門提出改進網架結構,加快基建進度的建議。
(3)正常檢修及特殊執行方式下的潮流計算,用於日執行方式的編制,指導發電廠開機方式,有功、無功調整方案及負荷調整方案,滿足線路、變壓器熱穩定要求及電壓質量要求。
4）如果交給你乙個任務，請你用已有的潮流計算軟體計算北京城市電網的潮流，你應該做哪些工作？（收集哪些資料，如何整理，計算結果如何分析）
北京城市電網的所有節點資料：
a.各節點的型別（平衡節點/pv節點/pq節點）；
b.那些節點電壓已知，是多少，額定電壓等級是多少；
c.各節點的功率，包括負荷功率和發電功率。
電網中所有支路的資料：
a.各支路型別，即是否含有變壓器；
b.各支路的電阻、電感、電納；
c.各變壓器的變比。
之後將上述資料資料進行分類整理，並為每個節點及支路編上編號。將整理的結果寫成本實驗中所要求的格式（原始資料的txt文件），再用本實驗所編制的程式進行求解，得到各節點電壓、相位，各線路傳輸功率、損耗，平衡節點注入功率等數值。
通過分析所解得的資料可以大致了解整個電網的執行狀況依次進行所需
的調整。如調節各節點電壓的大小以防超出規定限度，調整各線路的功率分布以最大限度得降低網損等。
5）設計中遇到的哪些問題和解決的辦法。
在形成雅克比矩陣的過程中，存在雅克比矩陣的座標與節點的座標對應和轉化的問題。仔細分析老師的程式後發現，其雅克比矩陣的排列方式為先排列pv節點的△p，再排列pq節點的△p，最後排列pq節點的△q，其對應關係儲存在m_jtobus陣列中。
在最開始迭代求解的時候，迭代的過程總是發散的，經過仔細的檢查後發現，程式在修正電壓引數時是相減的，而書上給出的式子是相加的。和老師討論後，發現形成雅克比矩陣時，所有資料的符號都和老師的相反，所以我的程式應該和書上的一致，修正電壓引數時要用原來的引數加上修正量。
四、參考文獻
1. 《電力系統計算：電子數字計算機的應用》，西安交通大學等合編。北京：水利電力出版社；
2. 《現代電力系統分析》，王錫凡主編，科學出版社；
3. 《電力系統穩態分析》，陳珩，中國電力出版社，2023年，第二版；
電力系統潮流上機設計教學指導書
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