论文总字数：25503字

摘 要

电力系统潮流计算是针对特定的运行系统和确定的网络参数与结构进行的一种电气计算。对于复杂的电力网络，潮流计算起到了极其重要的保障、监视作用。配合牛顿—拉夫逊这一收敛性优良且迭代次数较少的算法，采用MATLAB编程进行辅助，可将牛—拉法的收敛性优势与MATLAB处理复杂矩阵的高效性结合起来，达到最高的效率。本文介绍了简单电力系统运算的基本原理，复杂电力系统潮流计算采用牛顿—拉夫逊迭代法的运算过程，对于具体算例使用牛—拉法进行潮流计算并配合MATLAB编程，最后对所得数据进行分析从而验证牛拉法计算潮流的准确性。

关键词： 电力系统分析；电力系统潮流计算；牛顿—拉夫逊迭代法；MATLAB

Analysis and calculation of electric power system complex network by Newton-Raphson method

Abstract

Power flow calculation is a kind of electrical calculation for specific operation system and determined network parameters and structure.For complex power networks,power flow analysis plays an extremely important role in ensuring and monitoring.In conjunctionwith Newton-Raphson Method,an algorithm with good convergence and few iterative times,using the aid of MATLAB programming,the convergence advantage of the Newton-Raphson Method can be combined with the efficiency of MATLAB in dealing with complex matrices,so as to achieve the maximum efficiency.This article introduces the basic principle of power flow calculation for simple power system,and the operation process of powe flow calculation in complex power system using Newton-Raphson iteration method.Also,it introduces the process of power flow calculation and MATLAB programming in a given complex power system,along with the analysis to the results and data,thereupon then it can validate the validity and accuracy of power flow analysis using Newton-Raphson Method.

Key words:Power system analysis ;Power Flow calculation;Newton-Raphson method;MATLAB

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪 论 1

1.1电力系统的牛拉法潮流计算简介 1

1.2 牛—拉法发展现状 1

第二章 电力系统潮流计算基础知识 3

2.1 简单潮流计算方法简介 3

2.2 各元件的参数、模型和等值电路 3

2.2.1 电力线路 3

2.2.2 变压器 6

2.2.3电抗器 8

2.2.4发电机 8

2.2.4负荷 8

2.3电力网络等值电路 9

2.3.1有名制的等值网络 9

2.3.2标幺制的等值网络 9

2.4功率损耗和电压降落 10

2.4.1电力线路的功率损耗 10

2.4.2电力线路的电压降落 11

2.5 简单潮流计算 11

第三章 牛顿—拉夫逊迭代算法 13

3.1基本原理 13

3.1.1牛—拉法一元形式的推导 13

3.1.2推广到多元 13

3.2 修正方程 14

3. 2. 1用直角坐标所表示的修正方程 15

3. 2. 2用极坐标所表示的修正方程 16

3.3牛拉法潮流计算基本原理 18

第四章 N-R法潮流计算算例计算与分析 20

4.1 算例接线图与数据 20

4. 1.1算例 20

4. 1.2分析 21

4.2 程序运行结果 22

4.3 程序结果分析 25

第五章　结束语 26

致 谢 27

参考文献 28

附 录 29

第一章 绪 论

1.1电力系统的牛拉法潮流计算简介

对于电力系统分析时进行的潮流计算，是一种普遍适用于电力系统的计算，它会使得在研究系统稳态运行时的状况直观清晰。潮流计算可由已知的某个系统的网络结构和运行条件确定如电压降落、母线电压、网络功率和功率损耗等关于整个电力系统运行状态的相关参数。单纯从数学角度来分析其本质而忽略其他各方面的特征，潮流计算的问题可以转换为一组多元非线性方程组求解的问题，这类方程的求解问题显然可以利用迭代这一方法。虽然对多元非线性方程组的求解方法并不唯一，但是衡量这些方法自身性能的优劣程度，均以算法的可靠性高低、收敛性快慢以及计算速度快慢和内存占用量大小等方面为标准。牛顿—拉夫逊迭代法，是17世纪的伟大科学家牛顿提出的一种近似求解方程的方法。该方法主要应用于实数域和复数域中。牛—拉法是求解非线性代数方程有效且收敛速度较快的一种迭代计算法。通过数次迭代，在每一次的迭代中将非线性问题逐步地转化为线性问题从而较为方便地进行求解，是该方法的中心思想。

随着电力系统的不断发展扩大以及电网结构的日益复杂，复杂电力系统越来越普遍，而简单电力系统的潮流计算法显然无法达到复杂电力系统的潮流分布计算问题的更高要求。幸而计算机的普及和运用日益广泛，为计算、分析、研究复杂电力系统的潮流分布起到极大的作用。潮流计算是对给定的电力系统进行稳态计算以及对电力系统中可能发生的各类故障进行分析的基础；在对于电力系统进行合理可行的规划设计和对于不同的电网运行方式的研究中，通过对系统进行潮流计算来实现对于供电方案或运行方式的可行性、可靠性和经济性判断是必不可少的一个环节；不仅如此，为了能够同步了解电力系统全程的运行状态，复杂而运算快速的潮流计算也成为必不可少的诉求，恰好使用计算机算法来推进潮流计算会圆满地解决传统方法不够准确且缓慢的问题。电力工业至关重要，它是世界各国国民经济的基础产业，把握着各国多项领域的发展命脉。为了保证电力系统能够安全、稳定与可靠的运行，潮流计算自然而然成为基础而关键的一步。

牛—拉法进行潮流分析和计算的难点问题分为两个部分，一部分为电力系统的潮流计算，另一部分在于电网变化带给潮流的影响。复杂电力系统潮流计算的计算机算法，通常要实现建立数学模型、确定计算方法、制定计算流程、编制计算程序、上机调试及运算等五个步骤，最主要的问题是数学模型的建立和解算方法的确定。数学模型，是反映电力系统中诸如电压、电流、功率等运行状态参数与网络参数间关系，反映网络性能的数学方程式。节点电压方程，是现在在关于电网的潮流计算的各类方程中运用的最广泛的一种。节点电压方程经展开即可获得节点导纳矩阵，这一矩阵一旦建立便能进行潮流分布的相关计算。进行潮流计算通常采用迭代法。在各潮流计算法中，牛顿—拉夫逊法以其快速的收敛性和极强的可靠性得到广泛的运用。这一方法的要点和难点在于将对非线性方程的求解简化为反复对相应线性方程的求解过程，因此别称逐次线性化过程。

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