牛顿-拉夫逊算法(极坐标)潮流计算算例

牛顿-拉夫逊迭代法电力网潮流计算方法与程序编写 佘名寰牛顿-拉夫逊迭代法在电力网潮流计算中因其收敛性较好获得广泛运用，该算法的难点是需反复计算功率方程中雅可比矩阵各个元素表达式。

本文简叙了牛顿-拉夫逊迭代法潮流计算的基本公式，通过例题介绍了用牛顿-拉夫逊法计算电力网潮流电压的MATLAB 程序。

程序采用MATLAB 语言的符号矩阵简化了雅可比矩阵系数的计算。

本文可供电力系统电气技术人员和大专院校电力类专业师生参考。

2．牛顿-拉夫逊迭代法潮流计算2.1 极坐标型式节点功率方程式由电源注入或从负载流出节点的电流统称节点电流，由节点电压和节点电流所求得的节点注入功率为：S ti =V i I ̂iI i =∑Y ij V j (I,j=1, 2, ….n)P ti =V i ∑V j n 1(G ij cos θij +B ij sin θij )Q ti =V i ∑V j n 1(G ij sin θij −B ij cos θij ) (i,j=1, 2…..n) （2-01）式中 P ti, Q tI ——节点注入的有功和无功功率Vi ，V j ——节点 i, j 电压幅值θij =θi -θj 节点 i, j 电压的相角差G ij , B ij 节点导纳矩阵的元素，Y IJ =G IJ +jB IJ节点功率平衡关系为：P gi-P lI= P tiQ gi-Q li= Q tiΔP i=P gi-P lI-P ti=0ΔQ i=Q gi-Q li-Q ti=0 （2-02）P gi, Q gi——节点i发电机输入有功和无功功率P li , Q li——节点i负荷有功和无功功率ΔP i，ΔQ i--节点i不平衡功率不平衡功率的微分d(ΔP i), d(ΔQ i)d(∆pi )=−(∂p ti∂v1∆v1+ ∂p ti∂v2∆v2…+∂p ti∂ϑ1∆ϑ1+∂p ti∂ϑ2∆ϑ2….)（i=1,2,…,n）d(∆qi )=−(∂q ti∂v1∆v1+ ∂q∂v2∆v2…+∂q ti∂ϑ1∆ϑ1+∂q ti∂ϑ2∆ϑ2….)（2-03）对于n个节点系统可得如下矩阵形式修正方程式；[∆P1∆P2:∆P n∆Q1∆Q2:∆Q n]=[∂∆P1∂ϑ1∂∆P2∂ϑ1:∂∆P n∂ϑ1∂∆Q1∂ϑ1∂∆Q2∂ϑ1:∂∆Q n∂ϑ1∂∆P1∂ϑ2∂∆P2∂ϑ2:∂∆P n∂ϑ2∂∆Q1∂ϑ2∂∆Q2∂ϑ2:∂∆Q n∂ϑ2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯∂∆P1∂ϑn∂∆P2∂ϑn:∂∆P n∂ϑn∂∆Q1∂ϑn∂∆Q2∂ϑn:∂∆Q n∂ϑn∂∆P1∂v1∂∆P2∂v1:∂∆P n∂v1∂∆Q1∂v1∂∆Q2∂v1:∂∆Q n∂v1∂∆P1∂v2∂∆P2∂v2:∂∆P n∂v2∂∆Q1∂v2∂∆Q2∂v2:∂∆Q n∂v2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯∂∆P1∂v n∂∆P2∂v n:∂∆P n∂v n∂∆Q1∂v n∂∆Q2∂v n:∂∆Q n∂v n][Δϑ1∆ϑ2:∆ϑn∆v1∆v2:∆v n]（2-04）式中偏微分矩阵为雅可比矩阵。

潮流计算实例计算潮流例题：根据给定的参数或⼯程具体要求（如图），收集和查阅资料；学习相关软件（软件⾃选：本设计选择Matlab进⾏设计）。

2.在给定的电⼒⽹络上画出等值电路图。

3.运⽤计算机进⾏潮流计算。

4.编写设计说明书。

⼀、设计原理1．⽜顿-拉夫逊原理⽜顿迭代法是取x0 之后，在这个基础上，找到⽐x0 更接近的⽅程的跟，⼀步⼀步迭代，从⽽找到更接近⽅程根的近似跟。

⽜顿迭代法是求⽅程根的重要⽅法之⼀，其最⼤优点是在⽅程f(x) = 0 的单根附近具有平⽅收敛，⽽且该法还可以⽤来求⽅程的重根、复根。

电⼒系统潮流计算，⼀般来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据⽹络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率⽅程，由于功率⽅程⾥功率是已知的，电压的幅值和相⾓是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解⾮线性⽅程组的问题了。

为了便于⽤迭代法解⽅程组，需要将上述功率⽅程改写成功率平衡⽅程，并对功率平衡⽅程求偏导，得出对应的雅可⽐矩阵，给未知节点赋电压初值，⼀般为额定电压，将初值带⼊功率平衡⽅程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可⽐矩阵、节点电压不平衡量（未知的）构成了误差⽅程，解误差⽅程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带⼊原来的功率平衡⽅程，并重新形成雅可⽐矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，⼀般迭代三到五次就能收敛。

⽜顿—拉夫逊迭代法的⼀般步骤：（1）形成各节点导纳矩阵Y。

（2）设个节点电压的初始值U和相⾓初始值e 还有迭代次数初值为0。

（3）计算各个节点的功率不平衡量。

（4）根据收敛条件判断是否满⾜，若不满⾜则向下进⾏。

（5）计算雅可⽐矩阵中的各元素。

（6）修正⽅程式个节点电压（7）利⽤新值⾃第（3）步开始进⼊下⼀次迭代，直⾄达到精度退出循环。

（8）计算平衡节点输出功率和各线路功率2．⽹络节点的优化１）静态地按最少出线⽀路数编号这种⽅法由称为静态优化法。

例3-5利用牛顿-拉夫逊法直角坐标方式计算例3-3所示网络潮流分布情况。

解：确定例3-3系统雅可比矩阵的维数。

系统有n = 5条母线（节点），采用直角坐标方法求解时组成2(n -1) =8个方程，J(i )维数为8×8。

按题意要求，该系统中，节点1为平衡节点，保持U 1=1+j0为定值，2，4，5为PQ 节点，3为PU 节点，U 3=1.05+j0。

（1）赋初值由已知可知平衡节点:111.0,0e f == 对PQ、PU节点赋电压初值：(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)245245331.0,0, 1.05,0e e e f f f e f ========（2）求PQ 节点有功、无功不平衡量，PU 节点有功、电压不平衡量()()(){}55(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)222222222211()()8.0 1.00 2.6783 1.0000.8928 1.00 1.7855 1.0008.0s s j jj j jj j j j j P P P P e GeB f f Gf B e ==∆=-=---+=--⨯+⨯-++-⨯-+-⨯-+=-⎡⎤⎣⎦∑∑()()(){}55(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)222222222211(0)(0)(0)(0)(0)(0)333333333()()2.80 1.00028.4590 1.0009.9197 1.0019.8393 1.0 1.5()(s s j jj j jj j j j j s s j jj j jQ Q Q Q f GeB f e Gf B e P P P P e GeB f f G==∆=-=--++=---⨯+-⨯+++⨯++⨯=-⎡⎤⎣⎦∆=-=---∑∑()(){}()()55(0)(0)311(0)22(0)22(0)2(0)222333333(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)4444444444)4.4 1.05007.4580 1.0507.4580 1.0000 4.00851.05 1.0500()(j j j j j s s s s j jj j jj j f B e U U U U e f P P P P e GeB f f Gf B e ==+=-⨯++⨯-+-⨯-++=⎡⎤⎣⎦∆=-=-+=-+=∆=-=---+∑∑()()()(){}()55(0)1155(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)444444444411)0 1.000.8928 1.007.4580 1.05011.9219 1.00 3.57111.0000.3729()()00 1.0009.9197 1.009j j j s s j jj j jj j j j j Q Q Q Q f GeB f e Gf B e =====-⨯+-⨯-+-⨯-+⨯-+-⨯-+=⎡⎤⎣⎦∆=-=--++=--⨯++⨯++∑∑∑∑()()(){}()()()(){}55(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)5555555555119.4406 1.050147.9589 1.0039.6768 1.0 6.052()()0 1.0 3.7290 1.00 1.7855 1.000 3.57111.009.0856 1.000s s j jj j jj j j j j P P P P e GeB f f Gf B e ==⨯+-⨯++⨯=⎡⎤⎣⎦∆=-=---+=-⨯-⨯-+-⨯-++-⨯-+⨯-+=⎡⎤⎣⎦∑∑()()()(){}55(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)5555555555110()()00 1.0049.7203 1.0019.8393 1.00039.6786 1.00108.5782 1.00.66s s j jj j jj j j j j Q Q Q Q f GeB f e Gf B e ==∆=-=--++=--⨯+⨯++⨯+++⨯+-⨯=⎡⎤⎣⎦∑∑（3）计算雅可比矩阵以节点2（PQ ）有功、无功功率和节点3（PU ）电压幅值分别对各节点电压实部、虚部求导为例，其他节点的求解过程略。

牛顿拉夫逊法潮流计算摘要本文，首先简单介绍了基于在MALAB中行潮流计算的原理、意义，然后用具体的实例，简单介绍了如何利用MALAB去进行电力系统中的潮流计算。

众所周知，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：各线的电压、各元件中流过的功率、系统的功率损耗等等。

在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。

此外，在进行电力系统静态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算的结果作为其计算的基础；一些故障分析以及优化计算也需要有相应的潮流计算作配合；潮流计算往往成为上述计算程序的一个重要组成部分。

以上这些，主要是在系统规划设计及运行方式安排中的应用，属于离线计算范畴。

牛顿－拉夫逊法在电力系统潮流计算的常用算法之一，它收敛性好，迭代次数少。

本文介绍了电力系统潮流计算机辅助分析的基本知识及潮流计算牛顿－拉夫逊法，最后介绍了利用MTALAB程序运行的结果。

关键词：电力系统潮流计算，牛顿－拉夫逊法，MATLABABSTRACTThis article first introduces the flow calculation based on the principle of MALAB Bank of China, meaning, and then use specific examples, a brief introduction, how to use MALAB to the flow calculation in power systems.As we all know, is the study of power flow calculation of power system steady-state operation of a calculation, which according to the given operating conditions and system wiring the entire power system to determine the operational status of each part: the bus voltage flowing through the components power, system power loss and so on. In power system planning power system design and operation mode of the current study, are required to quantitatively calculated using the trend analysis and comparison of the program or run mode power supply reasonable, reliability and economy.In addition, during the power system static and transient stability calculation, the results of calculation to take advantage of the trend as its basis of calculation; number of fault analysis and optimization also requires a corresponding flow calculation for cooperation; power flow calculation program often become the an important part. These, mainly in the way of system design and operationarrangements in the application areas are off-line calculation.Newton - Raphson power flow calculation in power system is one commonly used method, it is good convergence of the iteration number of small, introduce the trend of computer-aided power system analysis of the basic knowledge and power flow Newton - Raphson method, introduced by the last matlab run results.Keywords：power system flow calculation, Newton – Raphson method, matlab目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 电力系统潮流计算的意义 (2)1.3 电力系统潮流计算的发展 (2)1.4 潮流计算的发展趋势 (4)2 潮流计算的数学模型 (5)2.1 电力线路的数学模型及其应用 (5)2.2 等值双绕组变压器模型及其应用 (6)2.3 电力网络的数学模型 (9)2.4 节点导纳矩阵 (10)2.4.1 节点导纳矩阵的形成 (10)2.4.2 节点导纳矩阵的修改 (11)2.5 潮流计算节点的类型 (12)2.6 节点功率方程 (12)2·7 潮流计算的约束条件 (14)3 牛顿－拉夫逊法潮流计算基本原理 (15)3.1 牛顿-拉夫逊法的基本原理 (15)3.2 牛顿-拉夫逊法潮流计算的修正方程 (18)3.3 潮流计算的基本特点 (21)3.4 节点功率方程 (22)4牛顿－拉夫逊法分解潮流程序 (23)4·1 牛顿－拉夫逊法分解潮流程序原理总框图 (23)4.2 形成节点导纳矩阵程序框图及代码 (25)4.2。

牛顿拉夫逊法潮流计算
油田自出井管网的潮流模拟分析是油田开发运行中的重要工作，是保
证油田系统安全运行的基础性工作。

牛顿-拉夫逊法是一种经典的油田自
出井管网的潮流模拟计算方法。

本文介绍了牛顿-拉夫逊法的概念，原理，特点，以及利用牛顿-拉夫逊法求解油田自出井管网潮流问题的基本方法
和步骤。

一、牛顿-拉夫逊方法的概念
牛顿-拉夫逊法也叫牛顿-拉夫逊潮流计算法，它是一种迭代法，用于
求解牛顿-拉夫逊方程，即求解由牛顿-拉夫逊节点组成的网络中流动矢量
的幅值和相位角。

牛顿-拉夫逊方程是以节点电压和电流矢量以及节点内
的电阻和电感量建立的方程组，是油田自出井管网潮流模拟计算的基础方
程组。

牛顿-拉夫逊方程是一组非线性方程，其解依赖节点网络结构，因
此实施计算时需要迭代求解，因此被称为牛顿-拉夫逊迭代法或牛顿-拉夫
逊方法。

二、牛顿-拉夫逊方法原理
牛顿-拉夫逊方法是一种迭代法，它采用迭代新旧节点电压矢量的比
例来求解油田自出井管网潮流模拟问题，算法充分利用了网络的放大、收敛、稳定特性，每一次迭代，都可以有效地拿到更新的节点电压矢量。

0 引言潮流是配电网络分析的基础，用于电网调度、运行分析、操作模拟和设计规划,同时也是电压优化和网络接线变化所要参考的内容.潮流计算通过数值仿真的方法把电力系统的详细运行情况呈现给工作人员,从而便于研究系统在给定条件下的稳态运行特点。

随着市场经济的发展,经济利益是企业十分看重的，而线损却是现阶段阻碍企业提高效益的一大因素。

及时、准确的潮流计算结果，可以给出配电网的潮流分布、理论线损及其在网络中的分布，从而为配电网的安全经济运行提供参考.从数学的角度来看，牛顿—拉夫逊法能有效进行非线性代数方程组的计算且具有二次收敛的特点，具有收敛快、精度高的特点，在输电网中得到广泛应用。

随着现代计算机技术的发展，利用编程和相关软件，可以更好、更快地实现配电网功能,本文就是结合牛顿-拉夫逊法的基本原理,利用C++程序进行潮流计算，计算结果表明该方法具有良好的收敛性、可靠性及正确性。

1 牛顿-拉夫逊法基本介绍1。

1 潮流方程对于N个节点的电力网络(地作为参考节点不包括在内）,如果网络结构和元件参数已知，则网络方程可表示为:YV I（1—=1）式中,Y为N＊N阶节点导纳矩阵;V为N*1维节点电压列向量;I为N＊1维节点注入电流列向量.如果不计网络元件的非线性，也不考虑移相变压器，则Y为对称矩阵。

电力系统计算中，给定的运行变量是节点注入功率,而不是节点注入电流，这两者之间有如下关系：ˆˆ=EI S (1-2) 式中，S为节点的注入复功率，是N＊1维列矢量；ˆS为S的共轭；ˆˆi diag ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦E V 是由节点电压的共轭组成的N*N 阶对角线矩阵. 由(1-1）和（1-2），可得：ˆˆ=S EYV上式就是潮流方程的复数形式，是N 维的非线性复数代数方程组。

将其展开，有：ˆi i iij j j iP jQ V Y V ∈-=∑ j=1，2，….，N （1—3）式中， j i ∈表示所有和i 相连的节点j ，包括j i =。

目录摘要11.设计意义与要求2 1.1设计意义21.2设计要求32.牛顿—拉夫逊算法3 2.1牛顿算法数学原理：32.2 直角坐标系下牛顿法潮流计算的原理43 详细设计过程10 3.1节点类型103.2待求量103.3导纳矩阵103.4潮流方程113.5修正方程124.程序设计15 4.1 节点导纳矩阵的形成154.2 计算各节点不平衡量164.3 雅克比矩阵计算- 19 -4.4 LU分解法求修正方程- 22 -4.5 计算网络中功率分布- 25 -5.结果分析- 25 -6.小结- 29 -参考文献- 30 -附录：- 31 -摘要潮流计算是电力网络设计及运行中最基本的计算，对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。

在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种。

牛顿—拉夫逊法是数学上解非线性方程式的有效方法，有较好的收敛性。

将牛顿法用于潮流计算是以导纳矩阵为基础的，由于利用了导纳矩阵的对称性、稀疏性及节点编号顺序优化等技巧，使牛顿法在收敛性、占用存、计算速度等方面都达到了一定的要求。

本文以一个具体例子分析潮流计算的具体方法，并运用牛顿—拉夫逊算法求解线性方程关键词：电力系统潮流计算牛顿—拉夫逊算法1.设计意义与要求1.1设计意义潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，他的任务是对给定运行条件确定系统运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布及功率损耗等。

潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。

具体表现在以下方面：(1)在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。

(2)在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。

牛顿拉夫逊法潮流计算牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson method）是一种用于求解非线性方程的数值方法。

它通过迭代逼近根的方式，将非线性方程转化为一系列的线性方程来求解。

在电力系统中，潮流计算用于确定电力网中节点的电压幅值和相角。

潮流计算是电力系统分析的重要基础，可以用于计算电力系统的潮流分布、功率损耗、节点电压稳定度等参数，为电力系统的规划、运行和控制提供参考依据。

牛顿-拉夫逊法是一种常用的潮流计算方法，它的基本思想是通过不断迭代来逼近电网的潮流分布，直到满足一定的收敛条件。

下面将对牛顿-拉夫逊法的具体步骤进行详细介绍。

首先，我们需要建立电力网络的节点潮流方程，即功率方程。

对于每一个节点i，其节点功率方程可以表示为：Pi - Vi * (sum(Gij * cos(θi - θj)) - sum(Bij * sin(θi -θj))) = 0Qi - Vi * (sum(Gij * sin(θi - θj)) + sum(Bij * cos(θi -θj))) = 0其中，Pi和Qi分别为节点i的有功功率和无功功率，Vi和θi分别为节点i的电压幅值和相角，Gij和Bij分别为节点i和节点j之间的导纳和电纳。

接下来，我们需要对每个节点的电压幅值和相角进行初始化。

一般情况下，可以将电压幅值设置为1，相角设置为0。

然后，我们可以开始进行迭代计算。

在每一轮迭代中，我们需要计算每个节点的雅可比矩阵和功率残差，然后更新电压幅值和相角。

雅可比矩阵可以通过对节点功率方程进行求导得到，具体如下：dPi/dVi = -sum(Vj * (Gij * sin(θi - θj) + Bij * cos(θi - θj)))dPi/dθi = sum(Vj * (Gij * Vi * cos(θi - θj) - Bij * Vi * sin(θi - θj)))dQi/dVi = sum(Vj * (Gij * cos(θi - θj) - Bij * sin(θi - θj)))dQi/dθi = sum(Vj * (Gij * Vi * sin(θi - θj) + Bij * Vi * cos(θi - θj)))功率残差可以通过将节点功率方程代入得到，如下：RPi = Pi - Vi * (sum(Gij * cos(θi - θj)) - sum(Bij *sin(θi - θj)))RQi = Qi - Vi * (sum(Gij * sin(θi - θj)) + sum(Bij *cos(θi - θj)))最后，我们可以使用牛顿-拉夫逊法的迭代公式来更新电压幅值和相角，具体如下：Vi(new) = Vi(old) + ΔViθi(new) = θi(old) + Δθi其中，ΔVi和Δθi分别为通过求解线性方程组得到的电压幅值和相角的增量。

摘要:电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种重要的分析计算，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。

在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性，可靠性和经济性。

MATLAB 使用方便，有着其他高级语言无法比拟的强大的矩阵处理功能。

这样使MATLAB成为电力系统潮流计算的首选计算机语言。

牛顿-拉夫逊法是电力系统潮流计算的常用算法之一，它收敛性好，迭代次数少。

介绍了电力系统潮流计算机辅分析的基本知识及潮流计算牛顿-拉夫逊法，最后介绍了利用MATLAB制作潮流计算软件的过程。

关键词：电力系统潮流计算；牛顿-拉夫逊法；MATLABAbstract:Power Flow Calculation of Power System is an important analysis and calculation of power system steady-state operation, which according to the given operating conditions and system wiring to determine the various parts of the power system running state. In the study of power system design and the current operation mode are required Power Flow Calculation to quantitatively analyzed and compared to the program or run mode power supply reasonable, reliability and economy or not. MATLAB is easy to use, the powerful matrix processing is the other high-level language can not be compared with. This allows MATLAB to become the preferred computer language of power flow calculation.Newton Raphson power flow calculation is one of the most commonly used algorithms, which has good convergence and fewer iterations .This article describes the power flow computer assisted analysis of the basic knowledge and power flow Newton - Raphson method, Finally it describe how to use matlab GUI to make the power flow calculation software.Keywords: power flow calculation; Newton - Raphson method; matlab GUI目录前言 (4)第一章电力系统潮流计算的基本知识 (5)1.1潮流计算的定义及应用 (5)1.2 潮流计算方法的发展与前景 (5)第二章电力网络的数学模型 (6)2.1节点导纳矩阵的形成及修改 (7)2.1.1节点导纳矩阵的形成 (7)2.1.2节点导纳矩阵的修改 (9)2.2节点导纳矩阵元素的物理意义 (11)第三章牛顿—拉夫逊法潮流分布计算 (13)3.1牛顿—拉夫逊法简介 (14)3.1.1牛顿—拉夫逊法简介 (14)3.1.2牛顿—拉夫逊法的几何意义 (17)3.2牛顿—拉夫逊法计算潮流分布 (18)第四章Matlab简介及程序运算 (23)4.1 Matlab概述 (23)结论 (34)参考文献 (35)前言如今，电能已成为我国国民经济紧密联系的，不能储存的能量，它的生产、输送、分配和使用同时完成，暂态过程非常迅速，以电磁波的形式传播。

潮流计算的基本算法及使用方法一、 潮流计算的基本算法1. 牛顿－拉夫逊法1．1 概述牛顿－拉夫逊法是目前求解非线性方程最好的一种方法。

这种方法的特点就是把对非线性方程的求解过程变成反复对相应的线性方程求解的过程，通常称为逐次线性化过程，就是牛顿－拉夫逊法的核心.牛顿—拉夫逊法的基本原理是在解的某一邻域内的某一初始点出发，沿着该点的一阶偏导数——雅可比矩阵，朝减小方程的残差的方向前进一步，在新的点上再计算残差和雅可矩阵继续前进，重复这一过程直到残差达到收敛标准,即得到了非线性方程组的解。

因为越靠近解，偏导数的方向越准，收敛速度也越快，所以牛顿法具有二阶收敛特性。

而所谓“某一邻域"是指雅可比方向均指向解的范围，否则可能走向非线性函数的其它极值点，一般来说潮流由平电压即各母线电压(相角为0，幅值为1）启动即在此邻域内。

1．2 一般概念对于非线性代数方程组()0=x f即 ()0,,,21=n i x x x f ()n i ,2,1= (1－1）在待求量x 的某一个初始计算值()0x 附件,将上式展开泰勒级数并略去二阶及以上的高阶项，得到如下的线性化的方程组()()()()()0000=∆'+x x f x f (1－2)上式称之为牛顿法的修正方程式.由此可以求得第一次迭代的修正量()()()[]()()0100x f x f x -'-=∆ （1－3）将()0x ∆和()0x 相加，得到变量的第一次改进值()1x 。

接着再从()1x 出发，重复上述计算过程。

因此从一定的初值()0x 出发,应用牛顿法求解的迭代格式为()()()()()k k k x f x x f -=∆' (1－4）()()()k k k x x x ∆+=+1 (1－5）上两式中：()x f '是函数()x f 对于变量x 的一阶偏导数矩阵，即雅可比矩阵J ；k 为迭代次数。

由式（1－4）和式子（1－5)可见，牛顿法的核心便是反复形成求解修正方程式.牛顿法当初始估计值()0x 和方程的精确解足够接近时，收敛速度非常快,具有平方收敛特性.1．3 潮流计算的修正方程运用牛顿－拉夫逊法计算潮流分布时，首先要找出描述电力系统的非线性方程.这里仍从节点电压方程入手,设电力系统导纳矩阵已知，则系统中某节点(i 节点）电压方程为∑=**•⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=nj i i j ij U S U Y 1从而得∑=**••=nj j ij i i U Y U S 1进而有()01=-+*=*•∑j nj ij i i i U Y U jQ P（1－6）式(1－6）中，左边第一项为给定的节点注入功率，第二项为由节点电压求得的节点注入功率.他们二者之差就是节点功率的不平衡量.现在有待解决的问题就是各节点功率的不平衡量都趋近于零时，各节点电压应具有的价值。

附表1：计算机计算潮流程序：%本程序的功能是用牛顿——拉夫逊法进行潮流计算% B1矩阵：1、支路首端号；2、末端号；3、支路阻抗；4、支路对地电纳% 5、支路的变比；6、支路首端处于K侧为1，1侧为0% B2矩阵：1、该节点发电机功率；2、该节点负荷功率；3、节点电压初始值% 4、PV节点电压V的给定值；5、节点所接的无功补偿设备的容量% 6、节点分类标号clear;n=13;%input('请输入节点数：n=');nl=13;%input('请输入支路数：nl=');isb=1;%input('请输入平衡母线节点号：isb=');pr=0.00001;%input('请输入误差精度：pr=');B1=[];%input('请输入由支路参数形成的矩阵：B1=');B2=[];%input('请输入各节点参数形成的矩阵：B2=');Y=zeros(n);e=zeros(1,n);f=zeros(1,n);V=zeros(1,n);sida=zeros(1,n);S1=zeros(nl); %－－－－－－－修改部分－－－－－－－－－－－－ym=0;SB=100;UB=220;%ym=input('您输入的参数是标么值？（若不是则输入一个不为零的数值）'); if ym~=0%SB=input('请输入功率基准值:SB=');%UB=input('请输入电压基准值:UB=');YB=SB./UB./UB;BB1=B1;BB2=B2;for i=1:nlB1(i,3)=B1(i,3)*YB;B1(i,4)=B1(i,4)./YB;enddisp('B1矩阵B1=');disp(B1)for i=1:nB2(i,1)=B2(i,1)./SB;B2(i,2)=B2(i,2)./SB;B2(i,3)=B2(i,3)./UB;B2(i,4)=B2(i,4)./UB;B2(i,5)=B2(i,5)./SB;enddisp('B2矩阵B2=');disp(B2)end% % %---------------------------------------------------for i=1:nl %支路数if B1(i,6)==0 %左节点处于低压侧p=B1(i,1);q=B1(i,2);elsep=B1(i,2);q=B1(i,1);endY(p,q)=Y(p,q)-1./(B1(i,3)*B1(i,5)); %非对角元Y(q,p)=Y(p,q);Y(q,q)=Y(q,q)+1./(B1(i,3)*B1(i,5)^2)+B1(i,4)./2; %对角元K侧Y(p,p)=Y(p,p)+1./B1(i,3)+B1(i,4)./2; %对角元1侧end%求导纳矩阵disp('导纳矩阵Y=');disp(Y)%----------------------------------------------------------G=real(Y);B=imag(Y); %分解出导纳阵的实部和虚部for i=1:n %给定各节点初始电压的实部和虚部e(i)=real(B2(i,3));f(i)=imag(B2(i,3));V(i)=B2(i,4); %PV节点电压给定模值endfor i=1:n %给定各节点注入功率S(i)=B2(i,1)-B2(i,2); %i节点注入功率SG-SLB(i,i)=B(i,i)+B2(i,5); %i节点无功补偿量end%=========================================================== ========P=real(S);Q=imag(S);ICT1=0;IT2=1;N0=2*n;N=N0+1;a=0;while IT2~=0IT2=0;a=a+1;for i=1:nif i~=isb %非平衡节点C(i)=0;D(i)=0;for j1=1:nC(i)=C(i)+G(i,j1)*e(j1)-B(i,j1)*f(j1);%Σ(Gij*ej-Bij*fj)D(i)=D(i)+G(i,j1)*f(j1)+B(i,j1)*e(j1);%Σ(Gij*fj+Bij*ej)endP1=C(i)*e(i)+f(i)*D(i);%节点功率P计算eiΣ(Gij*ej-Bij*fj)+fiΣ(Gij*fj+Bij*ej)Q1=C(i)*f(i)-e(i)*D(i);%节点功率Q计算fiΣ(Gij*ej-Bij*fj)-eiΣ(Gij*fj+Bij*ej)%求P',Q'V2=e(i)^2+f(i)^2; %电压模平方%========= 以下针对非PV节点来求取功率差及Jacobi矩阵元素=========if B2(i,6)~=3 %非PV节点DP=P(i)-P1; %节点有功功率差DQ=Q(i)-Q1; %节点无功功率差%=============== 以上为除平衡节点外其它节点的功率计算=================%================= 求取Jacobi矩阵===================for j1=1:nif j1~=isb&j1~=i %非平衡节点&非对角元X1=-G(i,j1)*e(i)-B(i,j1)*f(i); % dP/de=-dQ/dfX2=B(i,j1)*e(i)-G(i,j1)*f(i); % dP/df=dQ/deX3=X2; % X2=dp/df X3=dQ/deX4=-X1; % X1=dP/de X4=dQ/dfp=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X3;J(p,N)=DQ;m=p+1;J(m,q)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X4;J(m,q)=X2;elseif j1==i&j1~=isb %非平衡节点&对角元X1=-C(i)-G(i,i)*e(i)-B(i,i)*f(i);% dP/deX2=-D(i)+B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i);% dP/dfX3=D(i)+B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i); % dQ/deX4=-C(i)+G(i,i)*e(i)+B(i,i)*f(i);% dQ/dfp=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X3;J(p,N)=DQ;%扩展列△Qm=p+1;J(m,q)=X1;q=q+1;J(p,q)=X4;J(m,N)=DP;%扩展列△PJ(m,q)=X2;endendelse%=============== 下面是针对PV节点来求取Jacobi矩阵的元素===========DP=P(i)-P1; % PV节点有功误差DV=V(i)^2-V2; % PV节点电压误差for j1=1:nif j1~=isb&j1~=i %非平衡节点&非对角元X1=-G(i,j1)*e(i)-B(i,j1)*f(i); % dP/deX2=B(i,j1)*e(i)-G(i,j1)*f(i); % dP/dfX5=0;X6=0;p=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X5;J(p,N)=DV;m=p+1;J(m,q)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X6;J(m,q)=X2;elseif j1==i&j1~=isb %非平衡节点&对角元X1=-C(i)-G(i,i)*e(i)-B(i,i)*f(i);% dP/deX2=-D(i)+B(i,i)*e(i)-G(i,i)*f(i);% dP/dfX5=-2*e(i);X6=-2*f(i);p=2*i-1;q=2*j1-1;J(p,q)=X5;J(p,N)=DV;m=p+1;J(m,q)=X1;J(m,N)=DP;q=q+1;J(p,q)=X6;J(m,q)=X2;endendendendend%========= 以上为求雅可比矩阵的各个元素===================== for k=3:N0 % N0=2*n （从第三行开始，第一、二行是平衡节点）k1=k+1;N1=N; % N=N0+1 即N=2*n+1扩展列△P、△Qfor k2=k1:N1 % 扩展列△P、△QJ(k,k2)=J(k,k2)./J(k,k); % 非对角元规格化endJ(k,k)=1; % 对角元规格化if k~=3 % 不是第三行%======================================================== ====k4=k-1;for k3=3:k4 % 用k3行从第三行开始到当前行前的k4行消去for k2=k1:N1 % k3行后各行下三角元素J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2);%消去运算endJ(k3,k)=0;endif k==N0break;end%==========================================for k3=k1:N0for k2=k1:N1J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2);%消去运算endJ(k3,k)=0;endelsefor k3=k1:N0for k2=k1:N1J(k3,k2)=J(k3,k2)-J(k3,k)*J(k,k2);%消去运算endJ(k3,k)=0;endendend%====上面是用线性变换方式将Jacobi矩阵化成单位矩阵=====for k=3:2:N0-1L=(k+1)./2;e(L)=e(L)-J(k,N); %修改节点电压实部k1=k+1;f(L)=f(L)-J(k1,N); %修改节点电压虚部end%------修改节点电压-----------for k=3:N0DET=abs(J(k,N));if DET>=pr %电压偏差量是否满足要求IT2=IT2+1; %不满足要求的节点数加1endendICT2(a)=IT2;ICT1=ICT1+1;end%用高斯消去法解"w=-J*V"disp('迭代次数：');disp(ICT1);disp('没有达到精度要求的个数：');disp(ICT2);for k=1:nV(k)=sqrt(e(k)^2+f(k)^2);sida(k)=atan(f(k)./e(k))*180./pi;E(k)=e(k)+f(k)*j;end%=============== 计算各输出量=========================== disp('各节点的实际电压标幺值E为(节点号从小到大排列)：');disp(E);EE=E*UB;disp(EE);disp('-----------------------------------------------------');disp('各节点的电压大小V为(节点号从小到大排列)：');disp(V);VV=V*UB;disp(VV);disp('-----------------------------------------------------');disp('各节点的电压相角sida为(节点号从小到大排列)：');disp(sida);for p=1:nC(p)=0;for q=1:nC(p)=C(p)+conj(Y(p,q))*conj(E(q));endS(p)=E(p)*C(p);enddisp('各节点的功率S为(节点号从小到大排列)：');disp(S);disp('~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~');SS=S*SB;disp(SS);disp('-----------------------------------------------------');disp('各条支路的首端功率Si为(顺序同您输入B1时一致)：');for i=1:nlp=B1(i,1);q=B1(i,2);if B1(i,6)==0Si(p,q)=E(p)*(conj(E(p))*conj(B1(i,4)./2)+(conj(E(p)*B1(i,5))-conj(E(q)))*conj(1./( B1(i,3)*B1(i,5))));Siz(i)=Si(p,q);elseSi(p,q)=E(p)*(conj(E(p))*conj(B1(i,4)./2)+(conj(E(p)./B1(i,5))-conj(E(q)))*conj(1./( B1(i,3)*B1(i,5))));Siz(i)=Si(p,q);enddisp(Si(p,q));SSi(p,q)=Si(p,q)*SB;ZF=['S(',num2str(p),',',num2str(q),')=',num2str(SSi(p,q))];disp(ZF);%disp(SSi(p,q));disp('-----------------------------------------------------');enddisp('各条支路的末端功率Sj为(顺序同您输入B1时一致)：');for i=1:nlp=B1(i,1);q=B1(i,2);if B1(i,6)==0Sj(q,p)=E(q)*(conj(E(q))*conj(B1(i,4)./2)+(conj(E(q)./B1(i,5))-conj(E(p)))*conj(1./( B1(i,3)*B1(i,5))));Sjy(i)=Sj(q,p);elseSj(q,p)=E(q)*(conj(E(q))*conj(B1(i,4)./2)+(conj(E(q)*B1(i,5))-conj(E(p)))*conj(1./( B1(i,3)*B1(i,5))));Sjy(i)=Sj(q,p);enddisp(Sj(q,p));SSj(q,p)=Sj(q,p)*SB;ZF=['S(',num2str(q),',',num2str(p),')=',num2str(SSj(q,p))];disp(ZF);%disp(SSj(q,p));disp('-----------------------------------------------------');enddisp('各条支路的功率损耗DS为(顺序同您输入B1时一致)：');for i=1:nlp=B1(i,1);q=B1(i,2);DS(i)=Si(p,q)+Sj(q,p);disp(DS(i));DDS(i)=DS(i)*SB;ZF=['DS(',num2str(p),',',num2str(q),')=',num2str(DDS(i))];disp(ZF);%disp(DDS(i));disp('-----------------------------------------------------');endfigure(1);subplot(2,2,1);plot(V);xlabel('节点号');ylabel('电压标幺值');grid on;subplot(2,2,2);plot(sida);xlabel('节点号');ylabel('电压角度');grid on;subplot(2,2,3);bar(real(S));ylabel('节点注入有功');grid on;subplot(2,2,4);bar(Siz);ylabel('支路首端无功');grid on;1.冬季最大运行方式潮流计算结果:计算机运行的B1,B2阵如下：B1=[ 1 2 0.0318+0.0454*i 0.282*i 1 01 11 0.0114+0.0374*i 0.2332*i 1 011 3 0.001975+0.0695*i 0 1.025:1.1 11 12 0.0087+0.029*i 0.1788*i 1 012 4 0.0031+0.103*i 0 1:1.05 11 5 0.043+0.142*i 0.22*i 1 05 6 0.0031+0.103*i 0 1:1.05 15 7 0.043+0.142*i 0.22*i 1 01 7 0.051+0.168*i 0.26*i 1 07 8 0.00198+0.0695*i 0 1:1.1 17 13 0.01+0.033*i 0.204*i 1 013 9 0.0025+0.083*i 0 0.9956 11 10 0.00239+0.084*i 0 1.048 1]B2=[0 0 1.1 0 0 10 1.43+0.886*i 1.05 1.05 0 30 0.88+0.545*i 1 0 0 20 0.77+0.4772*i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.77+0.4772*i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.88+0.545*i 1 0 0 20.642+0.3817*i 0 1.05 1.05 0 31+0.75*i 0.2+0.1549*i 1.05 1.05 0 30 0 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0 1 0 0 2]计算机运行结果如下表：节点号电压值相角值支路标号首端功率末端功率支路功率损耗1 242.0000 0 1-2 148.9391+3.327637i -143-27.45476i 5.93913-24.1271i2 231.0000 -3.0341 1-11 89.1956+37.193i -88.19803-61.4687i 0.997519-24.2757i3 227.4154 -4.4383 11-3 88.19803+61.4687i -88-54.5i 0.19803+6.9687i4 226.3304 -4.9004 1-12 77.8364+36.4186i -77.2404-55.7062i 0.596039-19.2876i5 229.8318 -3.9547 12-4 77.2404+55.7062i -77-47.72i 0.24036+7.9862i6 217.7226 -8.2720 1-5 63.5438+12.2204i -61.8773-32.0321i 1.66656-19.8116i7 234.9326 -3.1047 5-6 77.2597+56.3501i -77-47.72i 0.25974+8.6301i8 226.0991 -6.2429 5-7 15.3825-24.3181i 15.5354+0.274108i 0.152961-24.044i9 231.0000 0.5851 7-8 88.20085+61.55009i -88-54.5i 0.20085+7.0501i10 231.0000 3.4950 1-7 40.806-6.05737i -40.0647-22.0555i 0.741264-28.1128i11 236.1931 -1.3348 7-13 -63.6716-39.7687i 64.0965+17.5832i 0.424934-22.1855i12 237.9346 -0.8892 13-9 -64.0965-17.5832i 64.2+21.0187i 0.10348+3.4355i13 238.1868 -2.2028 1-10 79.8613+4.23546i 80+0.641048i 0.13875+4.8765i 计算机计算结果图形：2.冬季最小运行方式潮流计算结果：计算机运行的B1B2矩阵如下：B1=[ 1 2 0.0318+0.0454*i 0.282*i 1 01 11 0.0114+0.0374*i 0.2332*i 1 011 3 0.001975+0.0695*i 0 1.025:1.1 11 12 0.0087+0.029*i 0.1788*i 1 012 4 0.0031+0.103*i 0 1:1.05 11 5 0.043+0.142*i 0.22*i 1 05 6 0.0031+0.103*i 0 1:1.05 15 7 0.043+0.142*i 0.22*i 1 01 7 0.051+0.168*i 0.26*i 1 07 8 0.00198+0.0695*i 0 1:1.1 17 13 0.01+0.033*i 0.204*i 1 013 9 0.0025+0.083*i 0 0.9956 11 10 0.00239+0.084*i 0 1.048 1]B2=[0 0 1.1 0 0 10 1.43+0.886*i 1.05 1.05 0 30 0.616+0.3817*i 1 0 0 20 0.539+0.3817*i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.539+0.334*i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.539+0.334*i 1 0 0 20.642+0.3817*i 0 1.05 1.05 0 31+0.75*i 0.1+0.06197*i 1.05 1.05 0 30 0 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0 1 0 0 2]电压调整措施：变电所1、4变压器变比：+2.5% 水电厂变压器变比：-2.5%5 234.2241 -2.0051 (12--4) 54.0234+42.2706i -53.9-38.17i 0.12342+4.1006i6 226.2159 -4.8577 (1--5) 34.1669+4.22856 -33.6427-28.276i 0.524165-24.0474i7 235.1128 -0.4737 (5--6) 54.0179+37.3169i -53.9-33.4i 0.11789+3.9169i8 223.9941 -2.4603 (5--7) -20.3752-9.04094i 20.5371-15.4558i 0.161947-24.4968i9 231.0000 3.4429 (1--7) 11.0013+1.45186i -10.8258-31.4513i 0.175442-29.9995i10 231.0000 3.9321 (7--8) 53.9768+36.0957i -53.9-33.4i 0.076797+2.6957i11 238.4187 -0.9561 (7--13) -63.6881+10.8115i 64.0874-32.7763i 0.39932-21.9648i12 239.1742 -0.6185 (13--9) -64.0874+32.7763i 64.2-29.0386i 0.11258+3.7377i13 234.9468 0.6942 (1--10) -89.8244+5.1673i 90+1.0049i 0.17561+6.1722i 计算机运行结果的图形：3.夏季最大运行方式计算机计算结果：计算机运行B1B2阵如下：B1=[ 1 2 0.0318+0.0454*i 0.282*i 1 01 11 0.0114+0.0374*i 0.2332*i 1 011 3 0.001975+0.0695*i 0 1.025:1.1 11 12 0.0087+0.029*i 0.1788*i 1 012 4 0.0031+0.103*i 0 1:1.05 11 5 0.043+0.142*i 0.22*i 1 05 6 0.0031+0.103*i 0 1:1.05 15 7 0.043+0.142*i 0.22*i 1 01 7 0.051+0.168*i 0.26*i 1 07 8 0.00198+0.0695*i 0 1:1.1 17 13 0.02+0.066*i 0.102*i 1 013 9 0.0025+0.083*i 0 0.9956 11 10 0.00239+0.084*i 0 1.048 1]B2=[0 0 1.1 0 0 10 1.26+0.7814*i 1.05 1.05 0 30 0.776+0.481*i 1 0 0 20 0.543+0.3367*i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.543+0.3367*i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.776+0.481*i 1 0 0 21.35+0.6538*i 0.2+0.124*i 1.05 1.05 0 31+0.75*i 0.25+0.1549*i 1.05 1.05 0 30 0 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0 1 0 0 2]计算机运行结果如下表：10 231.0000 3.4950 (7,8) 77.7585+53.6634i -77.6-48.1i0.1585+5.5634i11 237.0938 -1.1858 (7,13) -113.4984+9.476406i 114.6926-28.38885i 1.19422-18.9124i12 239.1742 -0.6185 (13,9) -114.6926+28.38885 115-18.18369i0.307384+10.2052i13 233.3912 3.2303 (1,10) -79.8613+4.23546i 80+0.641048i 0.13875+4.8765i 计算机计算结果如图：4.夏季最小运行方式：计算机运行B1B2阵如下：B1=[ 1 2 0.0318+0.0454*i 0.282*i 1 01 11 0.0114+0.0374*i 0.2332*i 1 011 3 0.001975+0.0695*i 0 1.025:1.1 11 12 0.0087+0.029*i 0.1788*i 1 012 4 0.0031+0.103*i 0 1:1.05 11 5 0.043+0.142*i 0.22*i 1 05 6 0.0031+0.103*i 0 1:1.05 15 7 0.043+0.142*i 0.22*i 1 01 7 0.051+0.168*i 0.26*i 1 07 8 0.00198+0.0695*i 0 1:1.1 17 13 0.02+0.066*i 0.102*i 1 013 9 0.0025+0.083*i 0 0.9956 11 10 0.00239+0.084*i 0 1.048 1]B2=[0 0 1.1 0 0 10 1.26+0.7814*i 1.05 1.05 0 30 0.543+0.336*i 1 0 0 20 0.4753+0.2947*i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.4753+0.2947*i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.543+0.336*i 1 0 0 21.35+0.6538*i 0.2+0.124*i 1.05 1.05 0 31+0.75*i 0.25+0.1549*i 1.05 1.05 0 30 0 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0 1 0 0 2]10 231.0000 3.9321 (7,8) 54.3735+36.2509i -54.3-33.67i 0.073528+2.5809i11 239.0099 -0.8518 (7,13) -113.4428+24.39707i 114.6754-43.79301i 1.23255-19.3959i12 239.8726 -0.5689 (13,9) -114.6754+43.79301i 115-33.01613i 0.324605+10.7769i13 235.9565 4.4510 (1,10) -89.8244+5.1673i 90+1.0049i 0.17561+6.1722i 计算机计算结果如图：5.夏季故障运行状态:调压及无功补偿措施如下:变电所3的变压器变比为-2.5%,无功补偿容量为20Mvar。

牛顿拉夫逊迭代法极坐标潮流计算java程序一、前言在电力系统中，潮流计算是一项重要的运行分析工作，它用于确定电力系统中各个节点的电压和相角。

而在潮流计算中，牛顿拉夫逊迭代法是一种常用的计算方法，特别是在极坐标下的潮流计算中。

本文将从牛顿拉夫逊迭代法的原理入手，分析其在极坐标潮流计算中的应用，并展示一个基于Java程序的实例。

二、牛顿拉夫逊迭代法的原理牛顿拉夫逊迭代法是一种用于求解非线性方程组的数值方法，其基本思想是通过不断迭代，逐步逼近非线性方程组的解。

在潮流计算中，牛顿拉夫逊迭代法的主要目标是求解节点电压和相角。

其迭代公式可以表示为：\[ J(\Delta X) = F(X_k) + \frac{dF(X_k)}{dX}\Delta X = 0 \]其中，J是雅可比矩阵，ΔX表示解的修正量，F(Xk)表示当前迭代点的方程组的值，dF(Xk)/dX表示F(Xk)的导数。

在使用牛顿拉夫逊迭代法进行潮流计算时，需要构建节点导纳矩阵、节点功率不平衡方程和雅可比矩阵，并通过迭代计算得到节点电压和相角的解。

这个过程是十分复杂和耗时的，因此需要使用计算机程序来实现。

三、极坐标潮流计算的Java程序实现在极坐标下的潮流计算，通常需要对节点电压和相角进行极坐标转换，并针对牛顿拉夫逊迭代法进行适当的调整。

下面我们将展示一个简单的Java程序，用于实现极坐标潮流计算的牛顿拉夫逊迭代法。

```java// Java程序实现牛顿拉夫逊迭代法的极坐标潮流计算public class PolarNewtonRaphson {// 节点导纳矩阵private Complex[][] admittanceMatrix;// 节点功率不平衡方程private Complex[] powerMismatchEquation;// 节点电压private Complex[] voltage;// 迭代阈值private double threshold;// 构造函数public PolarNewtonRaphson(Complex[][] admittanceMatrix, Complex[] powerMismatchEquation, Complex[] voltage, double threshold) {this.admittanceMatrix = admittanceMatrix;this.powerMismatchEquation = powerMismatchEquation; this.voltage = voltage;this.threshold = threshold;}// 牛顿拉夫逊迭代法public void calculate() {while (true) {// 计算雅可比矩阵Complex[][] jacobianMatrix = calculateJacobianMatrix(); // 计算方程组的值Complex[] fX = calculateFX();// 解线性方程组Complex[] deltaV = solveLinearEquations(jacobianMatrix, fX);// 更新节点电压for (int i = 0; i < voltage.length; i++) {voltage[i] = voltage[i].add(deltaV[i]);}// 判断是否满足收敛条件if (isConverged(deltaV)) {break;}}}// 计算雅可比矩阵private Complex[][] calculateJacobianMatrix() {// 省略具体实现}// 计算方程组的值private Complex[] calculateFX() {// 省略具体实现}// 解线性方程组private Complex[] solveLinearEquations(Complex[][] jacobianMatrix, Complex[] fX) {// 省略具体实现}// 判断是否满足收敛条件private boolean isConverged(Complex[] deltaV) { // 省略具体实现}}// 主程序public class M本人n {public static void m本人n(String[] args) {// 构建节点导纳矩阵、节点功率不平衡方程和节点电压// 省略具体实现// 创建极坐标潮流计算对象PolarNewtonRaphson polarNewtonRaphson = new PolarNewtonRaphson(admittanceMatrix, powerMismatchEquation, voltage, 0.0001);// 计算节点电压和相角polarNewtonRaphson.calculate();}}```在这个简单的Java程序中，我们使用了复数类Complex来表示节点电压、导纳矩阵和功率不平衡方程，通过迭代的方式计算得到节点电压和相角的解。

%主程序"PowerFlow_NR.m"function [bus_res,S_res] = PowerFlow_NR_2 % 牛顿-拉夫逊法解潮流方程的主程序[bus,line] = OpDF_; % 打开数据文件的子程序，返回bus（节点数据）和line（线路数据）回主程序[nb,mb]=size(bus);[nl,ml]=size(line); % 计算bus和line矩阵的行数和列数[bus,line,nPQ,nPV,nodenum] = Num_(bus,line); % 对节点重新排序的子程序Y = y_(bus,line); % 计算节点导纳矩阵的子程序myf = fopen('Result.m','w');fprintf(myf,'\n\n');fclose(myf); % 在当前目录下生成“Result.m”文件，写入节点导纳矩阵format longEPS = 1.0e-10; % 设定误差精度for t = 1:100 % 开始迭代计算，设定最大迭代次数为100，以便不收敛情况下及时跳出[dP,dQ] = dPQ_(Y,bus,nPQ,nPV); % 计算功率偏差dP和dQ的子程序J = Jac_(bus,Y,nPQ); % 计算雅克比矩阵的子程序UD = zeros(nPQ,nPQ);for i = 1:nPQUD(i,i) = bus(i,2); % 生成电压对角矩阵enddAngU = J \ [dP;dQ];dAng = dAngU(1:nb-1,1); % 计算相角修正量dU = UD*(dAngU(nb:nb+nPQ-1,1)); % 计算电压修正量bus(1:nPQ,2) = bus(1:nPQ,2) - dU; % 修正电压bus(1:nb-1,3) = bus(1:nb-1,3) - dAng; % 修正相角if (max(abs(dU))<EPS)&(max(abs(dAng))<EPS)breakend % 判断是否满足精度误差，如满足则跳出，否则返回继续迭代endbus = PQ_(bus,Y,nPQ,nPV); % 计算每个节点的有功和无功注入的子程序[bus,line] = ReNum_(bus,line,nodenum); % 对节点恢复编号的子程序YtYm = YtYm_(line); % 计算线路的等效Yt和Ym的子程序，以计算线路潮流bus_res = bus_res_(bus); % 计算节点数据结果的子程序S_res = S_res_(bus,line,YtYm); % 计算线路潮流的子程序myf = fopen('Result.m','a');fprintf(myf,'---------------牛顿－拉夫逊法潮流计算结果----------\n\n 节点计算结果：\n节点节点电压节点相角（角度）节点注入功率\n');for i = 1:nbfprintf(myf,'%2.0f ',bus_res(i,1));fprintf(myf,'.6f ',bus_res(i,2));fprintf(myf,'.6f ',bus_res(i,3));fprintf(myf,'.6f + j .6f\n',real(bus_res(i,4)),imag(bus_res(i,4)));endfprintf(myf,'\n线路计算结果：\n节点I 节点J 线路功率S(I,J)线路功率S(J,I) 线路损耗dS(I,J)\n');for i = 1:nlfprintf(myf,'%2.0f ',S_res(i,1));fprintf(myf,'%2.0f ',S_res(i,2));fprintf(myf,'.6f + j .6f ',real(S_res(i,3)),imag(S_res(i,3)));fprintf(myf,'.6f + j .6f ',real(S_res(i,4)),imag(S_res(i,4)));fprintf(myf,'.6f + j .6f\n',real(S_res(i,5)),imag(S_res(i,5)));endfclose(myf); % 迭代结束后继续在“Result.m”写入节点计算结果和线路计算结果程序结束bus = [1 1.00 0.00 -0.30 -0.18 1;2 1.00 0.00 -0.55 -0.13 1;3 1.10 0.00 0.50 0.00 2;4 1.05 0.00 0.00 0.00 3]line = [1 2 0.10 0.40 0.0 0.01528 0;4 2 0.08 0.40 0.0 0.01413 0;1 4 0.12 0.50 0.0 0.0192 0;3 1 0.00 0.3 0.0 0.0 -1.1]----------------------------------------牛顿－拉夫逊法潮流计算结果-------------------------------------------- 节点计算结果：节点节点电压节点相角（角度）节点注入功率1 0.984674906330845 -0.500170385513657 -0.300000000000000 - 0.180000000000000i2 0.964797665550885 -6.450305258622626 -0.550000000000000 - 0.130000000000000i3 1.100000000000000 6.732349388989963 0.500000000000000 + 0.093411003244513i4 1.050000000000000 0 0.367882692523292 + 0.264698252215732i 线路计算结果：节点I 节点J 线路功率S(I,J) 线路功率S(J,I) 线路损耗dS(I,J)1 2 0.246244-j0.014651 -0.239990+j0.010627 0.006254- j0.0040241 3 -0.500001-j0.029264 0.500000+j0.093409 -0.000001+j0.0641451 4 -0.046244-j0.136088 0.048216+j0.104522 0.001972-j0.0315662 4 -0.310010-j0.140627 0.319666+j0.160176 0.009656+j0.019549%子程序1 "OpDF_.m" 作用为打开数据文件function [bus,line] = OpDF_[dfile,pathname]=uigetfile('*.m','Select Data File'); % 数据文件类型为m文件，窗口标题为“Select Data File”if pathname == 0error(' you must select a valid data file') % 如果没有选择有效文件，则出现错误提示elselfile =length(dfile); % 读取文件字符串长度eval(dfile(1:lfile-2)); % 去除后缀，打开文件！注意！新浪博客中"eval"函数会自动加上"_r"后缀，此处的函数名是"eval"而不是"eval_r"，拷贝后请去除"_r"后缀end%子程序2 "Num.m" 作用为对节点重排序，并修改相应的线路数据function [bus,line,nPQ,nPV,nodenum] = Num_(bus,line)[nb,mb]=size(bus);[nl,ml]=size(line);nSW = 0; % nSW为平衡节点个数nPV = 0; % nPV为PV节点个数nPQ = 0; % nPQ为PQ节点个数for i = 1:nb, % nb为总节点数type= bus(i,6);if type == 3,nSW = nSW + 1;SW(nSW,:)=bus(i,:); % 计算并储存平衡节点elseif type == 2,nPV = nPV +1;PV(nPV,:)=bus(i,:); % 计算并储存PV节点elsenPQ = nPQ + 1;PQ(nPQ,:)=bus(i,:); % 计算并储存PQ节点endendbus=[PQ;PV;SW]; % 对bus矩阵按PQ、PV、平衡节点的顺序重新排序nodenum=[[1:nb]' bus(:,1)];% 生成新旧节点对照表for i=1:nlfor j=1:2for k=1:nbif line(i,j)==nodenum(k,2)line(i,j)=nodenum(k,1);breakendendendend % 按排序以后的节点顺序对line矩阵重新编号%子程序3 "y_.m" 作用为计算节点导纳矩阵function Y = y_(bus,line)[nb,mb]=size(bus);[nl,ml]=size(line);Y=zeros(nb,nb); % 对导纳矩阵赋初值0for k=1:nlI=line(k,1);J=line(k,2);Zt=line(k,3)+j*line(k,4); % 读入线路参数if Zt~=0Yt=1/Zt; % 接地支路不计算YtendYm=line(k,5)+j*line(k,6);K=line(k,7);if (K==0)&(J~=0) % 普通线路: K=0Y(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym;Y(J,J)=Y(J,J)+Yt+Ym;Y(I,J)=Y(I,J)-Yt;Y(J,I)=Y(I,J);endif (K==0)&(J==0) % 对地支路: K=0,J=0,R=X=0Y(I,I)=Y(I,I)+Ym;endif K>0 % 变压器线路: Zt和Ym为折算到i侧的值,K在j侧Y(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym;Y(J,J)=Y(J,J)+Yt/K/K;Y(I,J)=Y(I,J)-Yt/K;Y(J,I)=Y(I,J);endif K<0 % 变压器线路: Zt和Ym为折算到K侧的值,K在i侧Y(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym;Y(J,J)=Y(J,J)+K*K*Yt;Y(I,J)=Y(I,J)+K*Yt;Y(J,I)=Y(I,J);endend%子程序4 "dPQ_.m" 作用为计算功率偏差function [dP,dQ] =dPQ_(Y,bus,nPQ,nPV) % nPQ、nPV为相应节点个数n = nPQ + nPV +1; % 总节点个数dP = bus(1:n-1,4);dQ = bus(1:nPQ,5); % 对dP和dQ赋初值PV节点不需计算dQ 平衡节点不参与计算for i = 1:n-1for j = 1:ndP(i,1) =dP(i,1)-bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j,3))+imag(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3)));if i<nPQ+1dQ(i,1) = dQ(i,1)-bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3))-imag(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j,3)));endendend % 利用循环计算求取dP和dQ%子程序5 "Jac_.m" 作用为计算雅克比矩阵function J = Jac_(bus,Y,nPQ)[nb,mb]=size(bus);H = zeros(nb-1,nb-1);N = zeros(nb-1,nPQ);K = zeros(nPQ,nb-1);L = zeros(nPQ,nPQ); % 将雅克比矩阵分块，即：J = [H N; K L]，并初始化Qi = zeros(nb-1,1);Pi = zeros(nb-1,1);for i = 1:nb-1for j = 1:nbPi(i,1)=Pi(i,1)+bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j,3))+imag(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3) ));Qi(i,1)=Qi(i,1)+bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3))-imag(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j,3) ));endend % 初始化并计算Qi和Pifor i = 1:nb-1for j = 1:nb-1if i~=jH(i,j)=-bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3))-imag(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j,3)));elseH(i,j)=Qi(i,1)+imag(Y(i,j))*((bus(i,2))^2);end % 分别计算H矩阵的对角及非对角元素if j < nPQ+1if i~=jN(i,j)=-bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j,3))+imag(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3)));elseN(i,j)=-Pi(i,1)-real(Y(i,j))*((bus(i,2))^2);endend % 分别计算N矩阵的对角及非对角元素if i < nPQ+1if i~=jK(i,j)=bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j,3))+imag(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3)));elseK(i,j)=-Pi(i,1)+real(Y(i,j))*((bus(i,2))^2);end % 分别计算K矩阵的对角及非对角元素if j < nPQ+1if i~=jL(i,j)=-bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3))-imag(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j,3)));elseL(i,j)=-Qi(i,1)+imag(Y(i,j))*((bus(i,2))^2);endend % 分别计算L矩阵的对角及非对角元素endendendJ = [H N; K L]; % 生成雅克比矩阵%子程序6 "PQ_.m" 作用为计算每个节点的功率注入function bus = PQ_(bus,Y,nPQ,nPV)n = nPQ+nPV+1; % n为总节点数for i = nPQ+1:n-1for j = 1:nbus(i,5)=bus(i,5)+bus(i,2)*bus(j,2)*(real(Y(i,j))*sin(bus(i,3)-bus(j,3))-imag(Y(i,j))*cos(bus(i,3)-bus(j, 3)));endend % 利用公式计算PV节点的无功注入for j =1:nbus(n,4)=bus(n,4)+bus(n,2)*bus(j,2)*(real(Y(n,j))*cos(bus(n,3)-bus(j,3))+imag(Y(n,j))*sin(bus(n,3)-b us(j,3)));bus(n,5)=bus(n,5)+bus(n,2)*bus(j,2)*(real(Y(n,j))*sin(bus(n,3)-bus(j,3))-imag(Y(n,j))*cos(bus(n,3)-b us(j,3)));end % 计算平衡节点的无功及有功注入%子程序7 "ReNum_.m" 作用为对节点和线路数据恢复编号function [bus,line] = ReNum_(bus,line,nodenum)[nb,mb]=size(bus);[nl,ml]=size(line);bus_temp = zeros(nb,mb); % bus_temp矩阵用于临时存放bus矩阵的数据k = 1;for i = 1 :nbfor j = 1 : nbif bus(j,1) == kbus_temp(k,:) = bus(j,:);k = k + 1;endendend % 利用bus矩阵的首列编号重新对bus矩阵排序并存入bus_temp矩阵中bus = bus_temp; % 重新赋值回bus，完成bus矩阵的重新编号for i=1:nlfor j=1:2for k=1:nbif line(i,j)==nodenum(k,1)line(i,j)=nodenum(k,2);breakendendendend % 恢复line的编号%子程序8 "YtYm_.m" 作用为计算线路的等效Yt和Ym，以计算线路潮流function YtYm = YtYm_(line)[nl,ml]=size(line);YtYm = zeros(nl,5); % 对YtYm矩阵赋初值0YtYm(:,1:2) = line(:,1:2); % 矩阵前两列为线路两段节点编号，后三列分别为线路等效Yt，i侧的等效Ym，j侧的等效Ymj = sqrt(-1);for k=1:nlI=line(k,1);J=line(k,2);Zt=line(k,3)+j*line(k,4);if Zt~=0Yt=1/Zt;endYm=line(k,5)+j*line(k,6);K=line(k,7);if (K==0)&(J~=0) % 普通线路: K=0YtYm(k,3) = Yt;YtYm(k,4) = Ym;YtYm(k,5) = Ym;endif (K==0)&(J==0) % 对地支路: K=0,J=0,R=X=0YtYm(k,4) = Ym;endif K>0 % 变压器线路: Zt和Ym为折算到i侧的值,K在j侧YtYm(k,3) = Yt/K;YtYm(k,4) = Ym+Yt*(K-1)/K;YtYm(k,5) = Yt*(1-K)/K/K;endif K<0 % 变压器线路: Zt和Ym为折算到K侧的值,K在i侧YtYm(k,3) = -Yt*K;YtYm(k,4) = Ym+Yt*(1+K);YtYm(k,5) = Yt*(K^2+K);endend%子程序9 "bus_res_.m" 计算并返回节点数据结果function bus_res = bus_res_(bus);[nb,mb]=size(bus);bus_res = zeros(nb,4); % bus_res矩阵储存着节点计算结果bus_res(:,1:2) = bus(:,1:2);bus_res(:,3) = bus(:,3) *180 / pi; % 相角采用角度制bus_res(:,4) = bus(:,4) + (sqrt(-1))*bus(:,5); % 注入功率%子程序10 "S_res_.m" 计算并返回线路潮流function S_res = S_res_(bus,line,YtYm)[nl,ml]=size(line);S_res = zeros(nl,5); % S_res矩阵储存着线路潮流计算结果S_res(:,1:2) = line(:,1:2); % 前两列为节点编号for k=1:nlI = S_res(k,1);J = S_res(k,2);if (J~=0)&(I~=0)S_res(k,3)=bus(I,2)^2*(conj(YtYm(k,3))+conj(YtYm(k,4)))-bus(I,2)*bus(J,2)*(cos(bus(I,3))+j*sin(bu s(I,3)))*(conj(cos(bus(J,3))+j*sin(bus(J,3))))*conj(YtYm(k,3));S_res(k,4)=bus(J,2)^2*(conj(YtYm(k,3))+conj(YtYm(k,5)))-bus(I,2)*bus(J,2)*(conj(cos(bus(I,3))+j*s in(bus(I,3))))*(cos(bus(J,3))+j*sin(bus(J,3)))*conj(YtYm(k,3));S_res(k,5)=S_res(k,3) + S_res(k,4); % 利用公式计算非接地支路的潮流elseif J==0S_res(k,3)=bus(I,2)^2*conj(YtYm(k,4));S_res(k,5)=S_res(k,3)+S_res(k,4);elseS_res(k,4)=bus(J,2)^2*conj(YtYm(k,5));S_res(k,5)=S_res(k,3)+S_res(k,4); % 利用公式计算接地支路的潮流endend。

牛顿拉夫逊法潮流计算摘要本文，首先简单介绍了基于在MALAB中行潮流计算的原理、意义，然后用具体的实例，简单介绍了如何利用MALAB去进行电力系统中的潮流计算。

众所周知，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：各线的电压、各元件中流过的功率、系统的功率损耗等等。

在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。

此外，在进行电力系统静态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算的结果作为其计算的基础；一些故障分析以及优化计算也需要有相应的潮流计算作配合；潮流计算往往成为上述计算程序的一个重要组成部分。

以上这些，主要是在系统规划设计及运行方式安排中的应用，属于离线计算范畴。

牛顿－拉夫逊法在电力系统潮流计算的常用算法之一，它收敛性好，迭代次数少。

本文介绍了电力系统潮流计算机辅助分析的基本知识及潮流计算牛顿－拉夫逊法，最后介绍了利用MTALAB程序运行的结果。

关键词：电力系统潮流计算，牛顿－拉夫逊法，MATLABABSTRACTThis article first introduces the flow calculation based on the principle of MALAB Bank of China, meaning, and then use specific examples, a brief introduction, how to use MALAB to the flow calculation in power systems.As we all know, is the study of power flow calculation of power system steady-state operation of a calculation, which according to the given operating conditions and system wiring the entire power system to determine the operational status of each part: the bus voltage flowing through the components power, system power loss and so on. In power system planning power system design and operation mode of the current study, are required to quantitatively calculated using the trend analysis and comparison of the program or run mode power supply reasonable, reliability and economy.In addition, during the power system static and transient stability calculation, the results of calculation to take advantage of the trend as its basis of calculation; number of fault analysis and optimization also requires a corresponding flow calculation for cooperation; power flow calculation program often become the an important part. These, mainly in the way of system design and operationarrangements in the application areas are off-line calculation.Newton - Raphson power flow calculation in power system is one commonly used method, it is good convergence of the iteration number of small, introduce the trend of computer-aided power system analysis of the basic knowledge and power flow Newton - Raphson method, introduced by the last matlab run results.Keywords：power system flow calculation, Newton – Raphson method, matlab目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 电力系统潮流计算的意义 (2)1.3 电力系统潮流计算的发展 (2)1.4 潮流计算的发展趋势 (4)2 潮流计算的数学模型 (5)2.1 电力线路的数学模型及其应用 (5)2.2 等值双绕组变压器模型及其应用 (6)2.3 电力网络的数学模型 (9)2.4 节点导纳矩阵 (10)2.4.1 节点导纳矩阵的形成 (10)2.4.2 节点导纳矩阵的修改 (11)2.5 潮流计算节点的类型 (12)2.6 节点功率方程 (12)2·7 潮流计算的约束条件 (14)3 牛顿－拉夫逊法潮流计算基本原理 (15)3.1 牛顿-拉夫逊法的基本原理 (15)3.2 牛顿-拉夫逊法潮流计算的修正方程 (18)3.3 潮流计算的基本特点 (21)3.4 节点功率方程 (22)4牛顿－拉夫逊法分解潮流程序 (23)4·1 牛顿－拉夫逊法分解潮流程序原理总框图 (23)4.2 形成节点导纳矩阵程序框图及代码 (25)4.2。