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摘 要

摘要：本文首先介绍了电力系统潮流分析的理论原理和方法，然后介绍了MATPOWER--一个以MATLAB语言为基础的的开放的电力系统仿真软件包。并通过使用MATPOWER采用牛顿拉夫逊法以及二次规划法分别对IEEE 9节点系统进行常规潮流分析和最优潮流分析，最后对其运行的结果进行分析。展示了MATPOWER在电力系统潮流分析中的应用。

关键词：潮流分析，最优潮流，电力系统仿真，电力系统，仿真软件，软件工具

Abstract

This paper first introduces the theory and method of power flow analysis, and then introduces MATPOWER, an open power system simulation software package based on MATLAB language.By using MATPOWER, Newton rafson method and quadratic programming method, the conventional power flow analysis and optimal power flow analysis of IEEE 9 node system are respectively carried out. Finally, the operation results are analyzed.The application of MATPOWER in power system power flow analysis is demonstrated.

Key Words—Load flow analysis, Optimization methods,Power engineering, Power generation dispatch, Power systems, Power system simulation, Software packages, Software tools.

目录

1. 引言 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2本课题主要研究内容 1

第二章 电力系统潮流分析理论 2

2.1 潮流计算数学模型 2

2.1.1 交流潮流求解模型 3

2.1.2 直流潮流求解模型 4

2.2 最优潮流求解模型及原理理论 5

2.3 牛顿_拉夫逊法潮流计算法 9

第三章MATPOWER在电力系统潮流分析中的应用 12

3.1 MATPOWER简介 12

3.2 MATPOWER潮流分析和最优潮流分析的实现 12

3.2.1 MATPOWER参数设置 14

3.2.2 潮流分析程序与运行 18

3.2.3 MATPOWER潮流分析和最优潮流分析的实现 12

3.3结果分析 22

3.3.1 潮流计算结果分析 24

3.3.2 最优潮流计算结果分析 24

3.3.3 结论 25

第四章 总结 26

附录 27

参考文献 30

致谢 31

第一章 引言

1.1 研究背景及意义

电力系统潮流计算是电力系统中最基本的一项事务^[1]。潮流分析的结果既是电力系统实际运行方式、电力系统未来规划的参考依据，也是电力系统故障分析、继电保护整定以及安全分析的基石。潮流计算是电力系统当中计算分析的一种最基本计算，通过求取在给定运行方式下电网各节点电压、电流和功率分布来检查各元件是否过负荷、各点电压是否满足要求、功率分布和功率省耗是否合理等电力系统状态情况，所以潮流计算对于电力系统的稳定运行是非常重要的。

。

1.2本课题主要研究内容

电力系统分析软件用数学模型和数值方法对系统的运行状态进行分析, 可用来确定电力系统规划设计方案、拟定运行方式、整定自动装置的控制参数、进行事故分析也能辅助运行人员作出正确的决策。当然也可以用于科研或学习培训。现代化的电网迫切需要使得对软件的功能、精度、规模和速度提出了更高的要求, 期望充分利用计算机硬件和软件技术的最新成就分析和处理电网的实际问题。目前, 国际上有各种电力系统分析软件包, 在各国电力系统的实践和研究中发挥了很大的作用。这些软件包可以运行在工作站(如HP、SUN) 和PC 机等硬件平台上, 支持UNIX 和Windows 95 等操作系统。目前在我国应用较为普遍的电力系统分析软件包是由电力科学研究院开发的电力系统综合分析程序(PSASP) 和引进后改进的BPA 程序(邦维尔电力局开发)^[2] 。

这些分析软件包的发展都有共同的以下几个特点：

1. 超大型集成软件包：计算容量增加，软件包功能增加。
2. 模型与算法：随着对电气元件研究不断深入，软件包中的元件模型也不断准确。电力系统计算方法的发展与应用数学方法的发展是密不可分的。成功应用的各种数学方法包括: 稀疏矩阵技术、代数方程求解方法、微分方程组的数值积分解法、大规模矩阵的特征值计算方法和线性规划, 内点法等优化方法。先进的数学方法的成功应用大大提高了计算效率,适应处理大规模实际电力系统的需要。
3. 软件的友好性和开放性：随着windows的发展，软件都具有有好的人机界面，便于数据的交互修改。而且为了适应电力系统的发展，电力系统仿真软件都具有元件模型开放性、输入输出数据的开放性和功能上的开放性。
   MATPOWER由美国康奈尔大学电力系统工程研究中心（PSERC of Cornell University）的RAY D. Zimmerman、Carlos E. Murillo-Sánchez和甘德强在Robert J. Thomas的指导下开发出来^[3]。 电力系统分析应用中，它操作通俗易懂，输出结果界面数据细致直观，运行既快又稳定而且准确度高^[4]

本课题将阐述电力系统潮流分析原理以及常规潮流计算方法^]并通过分析运行MATPOWER三机九节点电力系统算例介绍说明MATPOWER在电力系统中对于电力系统常规潮流运算、最优潮流计算的应用。

第二章 电力系统潮流分析理论

2.1 潮流计算数学模型

潮流计算指的是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行时的状态进行计算。目的是在给定电力系统运行条件下，求取节点电压分布以及功率分布，以便判断系统各元件是否过负荷、各类电压是否满足、功率分配和分布是否合理。适用于对现有电力系统的扩建；对新建电力系统的规划和设计；对电力系统进行静暂态稳定分析^[5]。

（一）潮流计算定解条件：

1. n个节点电力系统的潮流方程一般形式为

（2-1）

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