电力系统潮流计算程序设计正文
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引 言
潮流计算是研究电力系统的一种最基本和最重要的计算。最初，电力系统潮流计算是通过人工手算的，后来为了适应电力系统日益发展的需要，采用了交流计算台。随着电子数字计算机的出现，1956年Ward等人编制了实际可行的计算机潮流计算程序。这样，就为日趋复杂的大规模电力系统提供了极其有力的计算手段。经过几十年的时间，电力系统潮流计算已经发展得十分成熟。潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算,是根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各个部分的运行状态，如各母线的电压、各元件中流过的功率、系统的功率损耗等等。电力系统潮流计算是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用电力系统潮流计算来定量的比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。
电力系统潮流计算分为离线计算和在线计算，离线计算主要用于系统规划设计、安排系统的运行方式，在线计算则用于运行中系统的实时监测和实时控制。两种计算的原理在本质上是相同的。
实际电力系统的潮流技术主要采用牛顿-拉夫逊法。
牛顿-拉夫逊法早在50年代末就已应用于求解电力系统潮流问题，但作为一种实用的、有竞争力的电力系统潮流计算方法，则是在应用了稀疏矩阵技巧和高斯消去法求修正方程以后。牛顿-拉夫逊法是求解非线性代数方程有效的迭代计算。本设计就是采用牛顿-拉夫逊法计算电力系统潮流的。
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第一章 概论
1.1 概述
电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算,它是根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各个部分的运行状态，如各母线的电压、各元件中流过的功率、系统的功率损耗等等。电力系统潮流计算是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用电力系统潮流计算来定量的比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。潮流计算是研究电力系统的一种最基本和最重要的计算。
电力系统潮流计算分为离线计算和在线计算，离线计算主要用于系统规划设计、安排系统的运行方式，在线计算则用于运行中系统的实时监测和实时控制。两种计算的原理在本质上是相同的。
本设计的主要目的是加深对现代电力系统潮流计算内容和方法的理解和掌握。整个设计包括了电力系统潮流计算的概述、潮流计算的数学模型、用Newton法解潮流的方程以及潮流计算程序的编写等内容，并通过课程设计指导书给出的4节点系统、IEEE-14 和 30 节点标准测试系统的数据及结果来验证所编写的程序。
1.2 潮流计算的数学模型
电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程的求解问题，可归结为节点功率方程的求解问题。在本设计中，潮流计算是利用极坐标方程来进行推导和计算的。
对于n节点系统，其节点电压方程为
njijijIVY1~（nji,...,2,1,）其中
iiijVjQPIˆ （1-1）
而 ijjijijijiieYYeVV~,，（nji,...,2,1,） 则得
iiijjjjnjijijijQPeVYeV1 （1-2）分开实、虚部，xjxejxsincos，可得 精品文档 欢迎下载
njijjijiinjijjijiiVYVQVYVP110sin0cos （ ni,...,2,1） （1-3）
其中 ijjiij, 节点注入功率
DiGiiDiGiiQQQPPP
当节点注入功率iiQP,给定，节点功率方程组共有2n个方程，但潮流计算不直接求解方程组，而是将节点分为平衡节点、PQ节点、PV节点三种类型，定出各自的已知量和待求量再统一求解。
1）平衡节点
潮流计算中一般只设一个平衡节点，将全网的网损在该点上平衡，其电压幅值为定值，相角为零，待求量是ssQP、。该点的电压方向作为参考方向。
2）PQ节点
给定节点功率，求解iiV,。
3）PV节点
PV节点对应于有无功功率储备的发电厂或变电站母线。PV节点给定有功iP和电压幅值iV，待求量为电压相角i和节点无功iQ。
通过上述三种节点的给定数据，在上面的方程组中可以求解出各节点的有功和无功不平衡量iP和iQ，作为下面用Newton法解潮流方程提供必须的数据。
1.3 Newton法解潮流方程
用 Newton 法计算潮流分布时,计算收敛比较快,在计算中,迭代的次数很少超过10 次,但对所设的初值有较高的要求。
假定将上述节点功率方程用0)(xf表示，
则 nnTnRRxfxfxfxfxf22221:)(0)(),...,(),()(
其Newton修正方程为
xxxxfxxfkkT1)()( ,...)2,1,0(k
Txf)(为Jacobian矩阵, 在矩阵中的元素每迭代一次都发生变化,矩阵是不对称的,是稀疏矩阵(有些元素为0),其各元素为 精品文档 欢迎下载
nijjijjijiiiiiijjijijiijVYVPHVYVPH,1sinsin （1-4）
njiiiiiijjijiiiiiiijjijijjiijYVVYVVVPNVYVVVPN12coscoscos （1-5）
nijjijjijiiiiiijjijijiijVYVQJVYVQJ,1coscos （1-6）
njiiiiiijjiiiiiiiiijijjijjiijYVVYVVVQLYVVVVQL12sinsinsin （1-7）
将修正方程写成矩阵形式为
1.4 潮流计算的原理
电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态，即各母线的电压，各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。潮流计算是研究电力系统的一种最基本和最重要的计算。
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1.4.1 潮流计算流程图
N
Y
Y
N
N
图1-1 潮流计算流程图
由上述流程图可见,Newton 法潮流计算的基本步骤如下：
1）把要计算的网络参数和系统参数数据读入；
2） 设各节点电压的初值,其中平衡节点和PV节点的电压已知,其它各节点的电压置1；
3）形成节点导纳矩阵；
4）将各节点电压值代入式 (1-3) ,求出修正方程的不平衡量ΔP,ΔQ；
5）求修正方程式的系数矩阵(形成雅可比矩阵),解修正方程,求各节点电压的修如果 K
按(1-3)式计算节点功率不平衡量ΔP，ΔQ 停机
按 (1-8) 式形成雅可比矩阵,解修正方程,求出ΔV,Δδ
计算: V(k+1)=V(k)+ΔV
δ(k+1)=δ(k)+Δδ 开 始
读入网络参数及系统运行参数数据文件
设定电压初值 V(0) =1,δ(0)=0,置最大迭代数 Kmax=20, 迭代计数器 K=0
形成节点导纳矩阵 Y
打印计算不收敛
计算支路功率,输出潮流结果 Max | ΔPj ,ΔQi|
正量；
6）运用各节点电压的新值自(1-3)开始进入下一次迭代,直至不平衡量ΔP,ΔQ，满足要求；
7）若计算收敛,计算平衡节点功率和线路功率，若不收敛,计算信息显示不收敛。
1.4.2 数据文件的结构
为了计算电力系统潮流，必须把要计算系统的网络参数（即：线路、变压器和接地支路参数）及运行参数（即：各节点注入功率、节点数量、平衡节点位置、PV节点的状态）输入计算机。通常，这些参数以文本的格式存储在的数据文件里，它们按如下格式排列。
节点数，平衡节点，平衡节点电压，计算精度
0
线路参数 序号 , 节点i , 节点j , r , x , b/2
0
变压器参数 序号 , 节点i , 节点j , r , x , 0k
0
接地支路参数 序号 , 节点i , iG , iB
0
节点功率数据 序号 , 节点 i , GiP,GiQ,DiP,DiQ
0
PV节点数据 序号 , 节点i , 电压iV,iQ,iQ
0
图1-2 数据文件结构
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第二章 程序设计简介
程序设计语言有很多种，如Fortran语言、C语言、Pascal语言、VB语言、VC++语言、语言等，本设计则采用了较为通俗易懂的VB6.0语言。
2.1 VB6.0简介
Visual Basic是基于Basic的可视化程序设计语言，他继承了其先辈Basic所具有的程序设计语言简单易用的特点，其编程系统又采用了面向对象、事件驱动的编程机制，用一种巧妙的方法把Windows的编程复杂性封装起来，提供了一种所见即所得的可视化界面设计方法，使用窗体和控件设计应用程序界面，极大的提高了应用程序的开发效率，也培养了我们快速的掌握开发基于图形界面的应用程序的能力和解决实际问题的能力。
2.2 VB的功能特点
2.2.1 VB的主要功能特点
1）具有面向对象的可视化设计工具
VB应用面向对象的程序设计方法，把程序和数据封装起来视为一个对象，每个对象都是可视化的。在设计时只需用现有工具根据界面设计的要求，直接在屏幕上“画”出窗口、菜单、按钮、滚动条等不同类型的对象，并可方便的为每个对象设置属性。程序员的编程工作仅编写针对对象要完成那些功能的程序，因而程序设计的效率可提高许多。
2）事件驱动的编程机制
事件驱动时非常适合图形用户界面的编程方式。传统的编程方式是一种面向过程，按程序事先设计的流程运行。但在此，用户的动作即事件掌握着程序的运行流向，每个事件都能驱动一段程序的运行。程序员只要编写相应用户动作的代码，各个动作之间不一定有联系。这样的应用程序代码较短，使得程序既易于编写又易于维护。
3）提供了易学易用的应用程序继承开发环境
在VB集成开发环境中，用户可设计界面、编写代码、调试程序，直至把应用程序编译成可执行文件，在Windows中运行，使用户在友好的开发环境中工作。
4）结构化的程序设计语言
VB具有丰富的数据类型，众多的内部函数和结构化程序结构，而且简单易学。
