基于Matpower的电力系统潮流计算

基于Matpower的电力系统潮流计算（精选3篇）

基于Matpower的电力系统潮流计算篇1

摘要：本设计根据任务书给定的系统图和系统参数，运用Matpower软件进行潮流计算，对运行结果进行分析。最后把Matpower潮流计算的最终结果与Matlab编程和Simulink仿真两种方法的结果做比较。

关键词：电力系统；潮流计算；Matpower软件

引言：电力系统分析中，最基本的计算就是潮流计算，它是在电网正常或故障情况下的稳定运行状态的计算。电力系统潮流计算的目的是计算系统在给定状态下的节点电压及功率分布，来检查系统中各电压是否满足要求，系统中各元件是否过负荷以及功率分配的合理性等。潮流计算的结果还能应用于电力系统的稳态分析、最优潮流和安全估计等。本设计主要运用Matpower软件来进行潮流计算。Matpower多用于小型电力系统的潮流计算分析，它运行较为稳定，计算速度快，运行结果全面、直观易懂，且准确度高。从建模上来说，Matpower不需要像Simulink仿真找出所需元件再输入数据等等较繁琐的工序；从编程上来说，Matpower的程序编写没有直接运用Matlab编程复杂。

一、潮流计算的过程

（一）潮流计算的基本要求。根据系统图及发电厂、变电所、输电线路等参数，按照设计内容对系统进行潮流计算，并分析计算结果。对于潮流计算结果，各母线电压均要满足变电所低压母线10KV在9.5―10.5KV之间，变电所低压母线35KV在

35―36KV之间。如计算结果不在该范围内，则需进行电压的调整。

（二）系统图。（1）发电厂资料：母线1和2为发电厂高压母线，发电厂一总装机容量为（400MW），母线3为机压母线，机压母线上装机容量为（100MW），最大负荷和最小负荷分别为

50MW和30MW；发电厂二总装机容量为（200MW）。（2）变电所资料：①变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为：10KV 35KV 10KV 35KV。②变电所的负荷如表1所示：

③每个变电所的功率因数均为cosΦ=0.9；④变电所2和变电所4分别配有两台容量为75MVA的变压器，短路损耗

414KW，短路电压（Uk%）=16.7；变电所1和变电所3分别配有两台容量为63MVA的变压器，短路损耗为245KW，短路电压（Uk%）=10.5；（3）输电线路资料：发电厂和变电所之间的输电线路的电压等级及长度标于图中，单位长度的电阻为0.17Ω，单位长度的电抗为0.402Ω，单位长度的电纳为2.17*10-6S。（4）系统图：两个发电厂分别通过变压器和输电线路与四个变电所相连。

（三）电网的节点设置与分类。从题目给定的系统图中，可了解该系统为两端供电网络，本课题设母线1、2为节点1、10，设变电所1、2、3、4的高压侧为节点2、4、6、8，低压侧为节点3、5、7、9。并设平衡节点为节点1，PV节点为节点10，剩余节点为PQ节点。

变压器共有5个抽头，当变压器高压侧输入电压不稳定时来调整抽头以保持变压器二次侧输出电压的稳定。电压调节范围为，对应的分接头开始时设变压器高压侧接主接头，降压变压器5个分接头时的非标准变比以备调压时选用。对于变电所低压母线为35K变压器，非标准变比的算法与10KV的相同。

（五）Matpower的M文件的编写。M文件的3个矩阵分别设置系统母线参数、接入系统的发电机（变电所）参数和系统中各支路参数，如图

2、图

3、图4所示。

二、潮流计算结果分析

通过运行M文件，可得系统潮流计算的部分结果如图2所示。

（1）根据图5可知，负荷消耗的有功功率228.8MW与系统的有功损耗11.82MW之和为240.62MW，与两个发电厂输出的有功功率近似相等，这与理论结果一致，说明此潮流计算是正确的。（2）根据图6可知，PV节点10的有功功率和电压幅值在潮流计算过程中保持不变，而平衡节点1的有功功率变为40.62MW，是因为它的作用是平衡系统功率。（3）平衡节点1的有功功率40.62MW在初始设置的功率范围内，说明选择1号节点为平衡节点是正确的。（4）图6中平衡节点的电压幅值和相角、发电机节点的电压幅值和有功功率以及负荷节点的有功无功功率与初始设置的数据是一致的，表明了在潮流计算中，这些量为定解条件。（5）系统节点电压如表4所示，根据系统给定条件低压母线10KV在9.5―10.5KV之间，变电所低压母线35KV在35―36KV之间，经过折算发现节点3、5、7、9不在指定范围内，需要进行电压调整，电压调整后折算发现3、5、7、9节点已满足要求，且相角随电压幅值而变化。线路的有功损耗逐渐增加，四个变电所低压侧电压均在允许范围内，符合课题要求，具体支路损耗见表5。

三、Matpower、Matlab编程和Simulink仿真三种方法的比较

（1）随机抽取5个节点的调节后的电压标幺值进行对比，如表7所示。

（2）随机抽取5条电压调整后的支路功率进行对比，如表8、9所示。

由上述比较可知，从运算结果的各节点的电压、支路损耗及支路功率进行对比发现三种方法的数据差别很小，可以说对同一个电力系统，运用这三种方法进行潮流计算，其结果是相同的。

四、结语

对给定系统通过Matpower进行潮流计算后，其运算结果从节点、支路等方面与Matlab编程与Simulink仿真的结果进行了对比，得出系统运行稳定，且在符合系统要求的情况下，三种方法的潮流计算结果基本一致。

参考文献：

[1] 于群.曹娜.MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真[M].北京：机械工业出版社，2011.5

[2] 胡健.杨宣访.陈帆.HU Jian.YANG Xuan-fang.CHEN Fan 基于牛顿―拉夫逊电力系统潮流计算的改进算法[J]-计算技术与自动化 2013（4）

基于Matpower的电力系统潮流计算篇2

【关键词】电力系统；经济调度；潮流计算

前言

随着经济的快速发展，我国的电力企业得到了飞速的发展，与此同时，人们对供电质量的要求也越来越高，为满足人们的用电需求，电力系统在运行过程中，必须保证电力调度的合理性、科学性，潮流计算是电力系统经济调度最重要的计算方法之一，潮流计算的结果准确性很高，科学性很强，潮流计算对电力系统经济调度有十分重要的作用。

1、潮流计算的概述

1.1 潮流计算的概述

潮流计算是指利用已知的电网接线方式、参数、运行条件，将电力系统的各个母线电压、支路电流、功率、网损计算出来。通过潮流计算能判断出正在运行的电力系统的母线电压、支路电流、功率是否在允许范围内运行，如果超出允许范围，就需要采用合理的措施，对电力系统的进行方式进行调整。在电力系统规划过程中，采用潮流计算，能为电网供电方案、电气设备的选择提供科学的依据，同时潮流计算还能为自动装置定整计算、继电保护、电力系统稳定计算、故障计算提供原始数据。

1.2 潮流计算的电气量

潮流计算是根据电力系统接线方式、运行条件、参数等已知条件，将稳定状态下电力系统的电气量计算出来。一般情况下，给出的条件有电源、负荷节点的功率、平衡节点的电压、相位角、枢纽点的电压，需要计算的电气量有各节点的电压、相位角、各支路通过的电流、功率、网络的功率损耗等。

1.3 潮流计算的意义

潮流计算能保证电力系统安全、稳定、可靠的运行，在电力系统规划过程中，利用潮流计算能科学的确定电力系统的电源容量、接入点，科学的规划电网、无功补偿方式；电力系统在正常运行、维修检修过程中，通过潮流计算，能满足电力系统负荷调整、线路、变压器稳定运行的要求，因此，潮流计算对电力系统的稳定运行有十分重要的意义。

2、潮流计算的分类

根据电力系统的运行状态，潮流计算可以分为离线计算和在线计算两种方法，离线计算主要用于电力系统规划设计和电力系统运行方式安排中；在线计算主要用于电力系统运行监控和控制中；根据潮流计算的发展，潮流计算可以分为传统方法和人工智能方法两种情况，下面分别对这两种方法进行分析。

2.1 潮流计算的传统方法

潮流计算的传统方法有非线性规划法、线性规划法、二次规划法等几种情况，潮流计算的传统方法具有计算速度快、解析过程清晰、结果真实可靠等优点，但传统方法对目标函数有一定的限制，需要简化处理，这样求出来的值有可能不是最优值。

2.2 潮流计算的人工智能方法

潮流计算的人工智能方法是一种新兴的方法，人工智能方法不会过于依赖精确的数学模型，它有粒子群优化算法、遗传法、模拟退火法等几种情况，人工智能方法的计算结果和导数没有关系，其操作对象是一组可行解，能克服内在并行性存在的问题，但人工智能方法表现不太稳定，在计算过程中，有的控制参数需要根据经验得出，因此，采用人工智能方法进行计算时，需要计算人员有丰富的经验。

3、潮流计算在电力系统经济调度中的应用

在电力系统经济调度中，调度人员可以根据潮流计算结果，找出电力系统经济运行的条件，从而对电力系统的运行方式进行调整、优化，实现电力系统经济运行。下面分别分析潮流计算在输电线路线损、变压器变损、运行方式的损耗等过程中的应用。

3.1 在输电线路线损计算的应用

在进行输电线路线损计算过程中，通过潮流计算能得出经济潮流数据。潮流程度能根据线路的功率因数、有功负荷、无功负荷等参数，计算出潮流线损，例如一条长为38.1km，型号为LGJ—150的导线，当潮流为20MW、功率因数为0.9时，该线路线损为0.24MW，线损率为1.18%；当潮流为30MW、功率因数为0.9时，该线路线损为0.57MW，线损率为1.91%；潮流为50MW、功率因数为0.9时，该线路线损为1.95MW，线损率为3.90%；由此可以看出，潮流小于30MW时，线损率小于2%，潮流超过50MW时，线损率将超过4%，因此，该输电线路的经济输送潮流为30MW以下。调度人员可以根据计算结果，编制线路经济运行方案，从而实现节能调度。

3.2 在变压器变损中的应用

调度人员可以利用潮流计算程序，将变压器在不同负荷下的损耗、变损率计算出来，从而为变压器控制提供依据。例如一台40MVA双圈变压器在功率因素为0.95、铁损为0.026MW的情况下，当负荷为5MW时，铜损为0.027MW，变损率为0.540%；负荷为15MW时，铜损为0.035MW，变损率为0.233%；当负荷为35MW时，铜损为0.082MW，变损率为0.234%；当负荷为40MW时，铜损为0.101MW，变损率为0.253%。由此看出，该变压器在15MW-35MW条件下，变损率为0.233%-0.234%，比较经济。

3.3 在运行方式损耗中的应用

对于多电源供电站，可以通过潮流程序，计算出不同运行方式下的线损，从而确定经济运行方式。例如某变电站有两种供电方式，一种供电方式是采用LG—150，38.2km的导线供电，另一种供电方式为采用LGJ—240，24.3km的导线供电，当潮流为20MW，功率因数为0.9时，1号运行方式的线损为0.24MW，线损率为1.18%，2号运行方式的线损为0.15MW，线损率为0.76%；当潮流为30MW，功率因数为0.9时，1号运行方式的线损为0.82MW，线损率为1.91%，2号运行方式的线损为0.52MW，线损率为1.23%；当潮流为40MW，功率因数为0.9时，1号运行方式的线损为1.12MW，线损率为2.80%，2号运行方式的线损为0.72MW，线损率为1.79%。由此可见，2号供电方式比1号供电方式更加经济。

4、总结

随着经济的快速发展，电力系统的节能调度越来越重要，因此，电力企业要了解潮流计算方法，在电力系统经济调度中合理的运用潮流计算，为电力调度提供科学、准确的运行数据，从而为电力系统的稳定运行提供保障。

参考文献

[1]林崧，蔡晓.电力系统经济调度中潮流计算的应用分析[J].科技与生活，2011，（03）：177-178.

[2]姚勇，李健，王雨虹.几种电力系统潮流计算的比较与分析[J].科技广场，2013，（07）：94-96.

[3]朱定兰，李新.电力系统经济运行及电力经济调度综述[J].中国新技术新产品，2013，（23）：125-126.

[4]杨佳俊，雷宇.考虑风电接入的电力系统经济调度研究综述[J].东北电力技术，2014，（02）：144-146.

基于Matpower的电力系统潮流计算篇3

实验报告

学生姓名课程电力系统分析的计算机算法学号

专业电气工程及其自动化指导教师邱晓燕

二Ο一四年六月二日

实验一

潮流计算

一、实验目的

1．了解并掌握电力系统计算机算法的相关原理。

2．了解和掌握PSD-BPA电力系统分析程序稳态分析方法（即潮流计算）。3．了解并掌握PSD-BPA电力系统分析程序单线图和地理接线图的使用。

二、实验背景

随着科学技术的飞速发展，电力系统也在不断地发展，电网通过互联变得越来越复杂，同时也使系统稳定问题越来越突出。无论是电力系统规划、设计还是运行，对其安全稳定进行分析都是极其重要的。

PSD-BPA软件包主要由潮流和暂稳程序构成，具有计算规模大、计算速度快、数值稳定性好、功能强等特点，已在我国电力系统规划、调度、生产运行及科研部门得到了广泛应用。

本实验课程基于PSD-BPA平台，结合《电力系统分析计算机算法》课程，旨在引导学生将理论知识和实际工程相结合，掌握电力系统稳态、暂态分析的原理、分析步骤以及结论分析。清晰认知电力系统分析的意义。

三、原理和说明

1.程序算法

PSD-BPA电力系统分析程序稳态分析主要是潮流计算，软件中潮流程序的计算方法有P_Q分解法，牛顿_拉夫逊法，改进的牛顿－拉夫逊算法。采用什么算法以及迭代的最大步数可以由用户指定。

注：采用P-Q分解法和牛顿－拉夫逊法相结合，以提高潮流计算的收敛性能，程序通常先采用P-Q分解法进行初始迭代，然后再转入牛顿－拉夫逊法求解潮流。

2.程序主要功能

可进行交流系统潮流计算，也可进行包括双端和多端直流系统的交直流混合潮流计算。除了潮流计算功能外，该软件还具有自动电压控制、联络线功率控制、系统事故分析（N-1开断模拟）、网络等值、灵敏度分析、节点P－V、Q－V和P－Q曲线、确定系统极限输送水平、负荷静特性模型、灵活多样的分析报告、详细的检错功能等功能。

3.输入、输出相关文件 *.dat

潮流计算数据文件

*.bse

潮流计算二进制结果文件（可用于潮流计算的输入或稳定计算）*.pfo

潮流计算结果文件

*.map 供单线图格式潮流图及地理接线图格式潮流图程序使用的二进制结果文件

*.pff，*.pfd 中间文件（正常计算结束后将自动删除。不正常时，将留在硬盘上，可随时删除）

pwrflo.dis 储存一个潮流作业计算时屏幕显示的信息。pfcard.def 定义潮流程序卡片格式文件，用户可更改及调整该文件。该文件安装时放在与潮流程序相同的目录中。打开TextEdit应用程序时先读入该文件。4.程序常用控制语句

常用的控制语句主要包括：

(1)指定潮流文件开始的一级控制语句“(POWERFLOW, CASEID=方式名, PROJECT=工程名)”

(2)指定计算方法和最大迭代次数的控制语句“/SOL_ITER, DECOUPLED=PQ法次数, NEWTON=牛拉法次数”；

(3)指定计算结果输出的控制语句“/P_OUTPUT_LIST, „”；(4)指定计算结果输出顺序的控制语句“/RPT_SORT= „”；

(5)指定计算结果分析列表的控制语句“/P_ANALYSIS, LEVEL= ？”；(6)指定潮流结果二进制文件名的控制语句“/NEW_BASE, FILE = 文件名”；

(7)指定潮流图和地理接线图使用的结果文件控制语句“/PF_MAP，FILE=文件名”；

(8)指定网络数据的控制语句“/NETWORK_DATA”；(9)指定潮流数据文件结束的控制语句“(END)”； 5.计算结果介绍（PFO文件）

潮流计算结果文件内容主要分下述几个方面： 1）程序控制语句列表。

2）输入、输出文件及输出的内容列表。

3）错误信息。如为致命性错误，则中断计算。4）误差控制参数列表。5）迭代过程。6）计算结果输出：

详细计算结果列表：按节点、与该节点相联接支路顺序，并根据用户的要求（通过控制语句控制）可按照字母、分区或区域排序输出潮流计算结果。

分析报告列表：并根据用户的要求（通过控制语句控制），输出各种潮流分析报告。

7）错误信息统计。6.算例

IEEE 9节点例题：

图1 IEEE9节点系统接线图

节点参数、线路参数及变压器参数分别见表1～表3。

表1 IEEE 9节点算例节点参数

表2 IEEE 9节点算例线路参数

表3 IEEE 9节点算例变压器参数

注：表1-表3中功率基准值为100MVA；电阻、电感值为标幺值。对应于上述系统及数据的潮流计算数据（IEEE90.DAT）见例1。例1：

(POWERFLOW,CASEID=IEEE9,PROJECT=IEEE_9BUS_TEST_SYSTEM)/SOL_ITER,DECOUPLED=2,NEWTON=15,OPITM=0./P_INPUT_LIST,ZONES=ALL /P_OUTPUT_LIST,ZONES=ALL /RPT_SORT=ZONE /NEW_BASE,FILE=IEEE90.BSE /PF_MAP,FILE = IEEE90.MAP /NETWORK_DATA BS GEN1

16.501 999.999.1.04 B

GEN1

230.01

STATIONA 230.01 125.50.0 0.B

STATIONB 230.01 90.30.0 0.B

STATIONC 230.01 100.35.0 0.000 B

GEN2

230.01

BE GEN2

18.001 163.999 10 25 B

GEN3

230.01 BE GEN3

13.801 85.999.1025

.L-----------------transmission lines----------------------------L

GEN1 230.STATIONA230..0100.0850.0440 L

GEN1 230.STATIONA230.2.0100.0850.0440 L

GEN1230.STATIONB230..0170.0920.0395 L

STATIONA230.GEN2230..0320.1610.0765 L

STATIONB230.GEN3230..0390.1700.0895 L

GEN2230.STATIONC230..0085.0720.03725 L

STATIONC230.GEN3230..0119.1008.05225.T-----transformers---------

GEN116.5 GEN1230..0576 16.5 230.T

GEN218.0 GEN2230..0625 18.0 230.T

GEN313.8 GEN3230..0586 13.8 230.(END)

四、实验过程及结果

（一）IEEE9节点算例： 1.系统接线图：

2.在BPA软件建立模型，并进行计算，结果如下： 1）系统数据 2）计算过程迭代信息及详细的输出列表：

小结

3.406

-60.2

0.000

28.2

0.000

0.0

3.406

-32.0

--------------

总结

3.406

-60.2

0.000

28.2

0.000

0.0

3.406

-32.0 * 并联无功补偿数据列表

/----------电容器（Mvar）-----------/

/-----------电抗器（Mvar）-------------/

区域/分区

最大容量

使用容量

备用

未安排容量

最大容量

使用容量

备用

未安排容量

73.4

0.0

-------

总结

73.4

0.0

TRANSMISSION LINES CONTAINING COMPENSATION

OWN ZONE BUS1

BASE1 ZONE BUS2

BASE2

ID PERCENT

CASE CONTAINS NO TRANSMISSION LINES WITH SERIES COMPENSATION

* 节点相关数据列表

节点

电压

/--------发电--------/ /---负荷----/

/-----无功补偿-----/ 类型拥有者分区

电压/角度

MVAR 功率因数

MVAR

使用的存在的未安排

PU/度

发电机1

16.5

105.4

23.1 0.98

0.0

1.000/

0.0

发电机2

18.0

180.0

40.6 0.98

17.0

8.0

0.0

1.000/

5.4

发电机3

13.8

85.0

13.8 0.99

0.0

1.000/

1.6

母线1

230.0

239.3

0.0

21.6

0.0

1.040/-3.5

母线2

230.0

238.3

0.0

35.0

10.0

0.0

1.036/-0.6

母线3

230.0

240.3

0.0

1.045/-1.3

母线A

230.0

232.6

0.0

125.0

70.0

20.5

0.0

1.011/-6.0

母线B

230.0

234.1

0.0

90.0

40.0

10.4

0.0

1.018/-5.7

母线C

230.0

235.6

0.0

100.0

55.0

21.0

0.0

1.024/-3.1

--------------

--------------------------------

整个系统

370.4

77.6

367.0

183.0

73.4

0.0

电容器总和

73.4

0.0

电抗器总和

0.0

0.0 * 旋转备用数据列表

------------有功功率-----------

------------------------无功功率-----------------------

区域/分区

最大值

实际出力

备用

最大值

最小值

已发无功

吸收无功

备用

(MW)

(MVAR)

370.4

0.0

2997.0

0.0

77.6

0.0

2919.4

-------

------

-------

------

-------

总结

370.4

0.0

2997.0

0.0

77.6

0.0

2919.4

说明：

1.有功旋转备用不包含所有同步电动机的功率（如抽水蓄能电机）。

有功出力为负值的发电机（包括电动机）作为负荷处理，不统计在内。

当最大出力值小于实际出力时，统计时最大出力值用实际出力值代替。

2.无功旋转备用不包含同步调相机的无功功率。

无功旋转备用只统计有功出力大于0并且基准电压小于30kV的发电机。

* 潮流计算迭代过程和平衡节点相关信息数据

计算结果收敛。牛顿-拉夫逊法迭代次数为 5次。

各区域平衡机出力数据列表

区域

平衡机

电压

额定有功

有功出力

无功出力

有功负荷

无功负荷

所属分区

SYSTEM

发电机1 16.5

1.000

0.00

105.41

23.11

0.00

* 没有遇到错误信息 23:03:48 3）单线图：

（二）课本习题：E2-5 1.网络接线图：

2.程序：

(POWERFLOW,CASEID=IEEE9,PROJECT=IEEE_9BUS_TEST_SYSTEM)/SOL_ITER,DECOUPLED=2,NEWTON=15,OPITM=0 /P_OUTPUT_LIST,ZONES=ALL /RPT_SORT=ZONE /NEW_BASE,FILE=IEEE90.BSE /PF_MAP,FILE = IEEE90.MAP /NETWORK_DATA.BUS-----------------节点数据-----BS

母线4

999

1.050

母线1

0.32 0.20

母线2

0.56 0.16

母线3

0.5 999

1.10

.L-----------------支路数据-----L

母线1