基于极坐标的牛顿拉夫逊潮流计算

基于极坐标的牛顿拉夫逊潮流计算
极坐标牛顿拉夫逊潮流(PNF)计算也称为极坐标矢量法，是一种利用
极坐标变换计算复杂电力系统潮流的数值计算方法。

极坐标牛顿拉夫逊潮
流计算把复杂的三相系统潮流变换为一种简单的极坐标系统，把潮流计算
变换为水平和垂直运动，而每一个潮流方程只需要解决一个联立方程，从
而大大简化了潮流计算的复杂性。

极坐标牛顿拉夫逊潮流计算首先把潮流计算分为两部分，第一部分是
极坐标系变换，把复杂的三相系统潮流变换为一种简单的极坐标系统，这
部分计算主要包括把直流潮流变换为极坐标系统、设置极坐标参数等步骤；第二部分是牛顿拉夫逊潮流计算，即基于极坐标系统解决潮流方程。

牛顿
拉夫逊潮流计算的核心部分是极坐标潮流模型，包括水平潮流模型和垂直
潮流模型。

极坐标牛顿拉夫逊潮流计算的优势主要体现在潮流计算过程简单、求
解效率高。

基于极坐标的牛顿拉夫逊法潮流计算设计极坐标的牛顿拉夫逊法潮流计算是一种在电力系统分析中广泛使用的方法。

它通过使用极坐标来表示节点电压和角度，对电力系统的潮流进行计算。

这种方法具有计算速度快、收敛性好等优点，在实际工程中具有很高的实用性。

首先，我们需要明确定义该计算的目标。

潮流计算的目标是计算电力系统中各个节点的电压幅值和相角，以及系统中每一根支路上的潮流大小和方向。

这些计算结果可以帮助我们了解电力系统中的潮流分布情况，并为系统的运行与调度提供指导。

极坐标的牛顿拉夫逊法潮流计算的核心思想是通过迭代计算节点的电压幅值和相角，最终使得系统总功率平衡和节点潮流满足潮流方程。

这个方法的基本步骤可以总结为以下几步：1.初始化电压幅值和相角：首先，我们需要对电力系统中各个节点的电压幅值和相角进行初始化。

这可以通过读取系统的初始状态或者通过简化的方法进行估算得到。

2.计算节点注入功率：根据节点电压和相角，以及负载和发电机的参数，计算每个节点的注入功率（即电流乘以电压的复数形式）。

这个计算可以使用潮流方程进行表达。

3.计算雅可比矩阵：根据节点注入功率的变化对节点电压的变化进行线性近似，得到雅可比矩阵。

雅可比矩阵的元素可以通过潮流方程的偏导数计算得到。

4.解线性方程：通过雅可比矩阵和节点注入功率的计算结果，求解线性方程组。

这个方程组的解表示节点电压的变化量。

5.更新节点电压：根据线性方程组的解，更新节点的电压幅值和相角。

6.检查收敛准则：判断节点电压的更新是否符合收敛准则。

如果不满足准则，返回步骤4；如果满足准则，继续下一步。

7.计算支路潮流：根据节点电压幅值和相角，以及支路的参数，计算每一根支路上的潮流大小和方向。

这个计算可以使用潮流方程进行表达。

8.检查潮流误差：判断计算得到的支路潮流是否与预期的值相符合。

如果不符合，则调整节点电压，并返回步骤4；如果符合，则计算结束。

上述步骤中的潮流方程可以根据电力系统的拓扑结构和支路参数，以及节点电压和功率注入的情况，进行建模和推导。

毕业设计基于极坐标的牛顿－拉夫逊法潮流计算摘要潮流计算是电力系统最基本的计算功能，其基本思想是根据电力网络上某些节点的已知量求解未知量，潮流计算在电力系统中有着独特的作用。

它不仅能确保电力网络能够正常的运行工作、提供较高质量的电能，还能在以后的电力系统扩建中各种计算提供必要的依据。

计算潮流分布的方法很多，本设计主要用的是基于极坐标的牛顿－拉夫逊法。

根据电力系统网络的基本知识，构建出能代表电力系统系统网络的数学模型，然后用牛顿—拉夫逊法反复计算出各个接点的待求量，直到各个节点的待求量满足电力系统的要求。

我们可以画出计算框图，用MATLAB编写出程序，来代替传统的手算算法。

复杂电力系统是一个包括大量母线、支路的庞大系统。

对这样的系统进行潮流分析时，采用人工计算的方法已经不再适用。

计算机计算已逐渐成为分析复杂系统潮流分布的主要方法。

本设计中还用了一个五节点的电力系统网络来验证本设计在实际运行中的优越性。

关键词：牛顿－拉夫逊法，复杂电力系统，潮流计算The method of Newton- Raphson based on polarABSTRACTPower system load flow calculation is the most basic computing functions, the basic idea is based on some of the electricity network nodes to solve the unknown quantity of known volume,In power system, power flow, which can ensure that electrical net can work well and give the high quality power, but also later provide the necessary datas in the enlargement of the power system. has special function.There are lots of methods about power flow. We mainly use the method of Newton-Raphson based on polar in my design. According to the basic knowledge of the electrical network, we established the mathematics model which can presents the power system ,then computed again and again unknown members of the each bus with the method of Newton-RaphSon until the unknown numbers meet the demand of the power system. We can write down the block diagram and write the order with the Matlab in place of the traditional methods. Complex power system is a large system which involves lots of bus bars and branches. We also chose a five-bus power system for testing the advantages in the relity.KEY WORDS: Newton-Raphson，power system，power flow目录前言 (1)第一章电力系统潮流计算的基本知识 (2)1.1潮流计算的定义及目的 (2)1.2潮流计算方法的发展及前景 (2)第二章潮流计算的节点 (5)2.1 节点的分类 (5)2.2潮流问题变量的约束条件 (7)第三章电力网络的数学模型 (8)3.1 节点导纳矩阵的形成 (9)3.2 节点导纳矩阵的修改 (9)第四章潮流计算的原理 (12)4.1 牛顿－拉夫逊法 (12)第五章计算实例 (17)5.1算例 (17)5.2 节点导纳的形成 (17)5.3 计算结果 (18)结论 (20)谢辞 (22)参考文献 (23)附录 (24)计算程序 (25)外文资料翻译 (41)前言潮流计算是电力系统中应用最广泛和最重要的一种电气计算。

课程设计（论文）任务书1.掌握电力系统极坐标下的牛顿- 拉夫逊计算的基本原理；2.掌握并能熟练运用一门计算机语言（MATLAB 语言或FORTRAN 或C语言或C++语言）；3.采用计算机语言对极坐标下的牛顿- 拉夫逊计算进行计算机编程计算。

通过课程设计, 使学生巩固电力系统潮流计算的基本原理与方法，掌握潮流计算的数值求解方法（节点导纳矩阵，修正方程），开发系统潮流计算的计算程序。

让学生掌握用计算机仿真分析电力系统的方法。

同时，通过软件开发，也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。

二、已知技术参数和条件在图所示的简单电力系统中，系统中节点1、2 为PQ 节点，节点3 为PV节点，节点4 为平衡节点，已给定s1 0.4 j0.3，s2 0.3 j0.2 ，P3 0.4，V3 1.02，V4 1.05，4 0 ，网络各元件参数的标幺值如表2 所示，给定电压的初始值如表2 所示，收敛系数0.00001 。

试求：采用极坐标下的牛顿-拉夫逊计算图1 网络的潮流分布。

三、任务和要求任务：熟练掌握计算机语言，并采用计算机编程进行下列计算：根据电力系统网络推导电力网络数学模型，写出节点导纳矩阵；掌握潮流计算的数值求解方法（节点导纳矩阵，修正方程），开发系统潮流计算的计算程序。

要求：1.手工计算，手写，采用A4 纸，得出计算结果。

2.编写程序：它包括程序源代码；程序说明；部分程序的流程图；程序运行结果，电子版。

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1 份四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）[1] 何仰赞等. 电力系统分析[ M]. 武汉：华中理工大学出版社，2002.3[2] 西安交通大学等. 电力系统计算[M]. 北京：水利电力出版社，1993.12五、进度安排2010 年12 月20 日：下达课程设计的计划书，任务书，设计题目及分组情况。

基于极坐标的牛顿拉夫逊法潮流计算设计极坐标是一种非常有效的数学工具，可用于描述圆形或球形的物体。

在潮流计算中，借助极坐标可以更准确地描述电网中节点之间的电流和电压。

牛顿拉夫逊法（Newton-Raphson method）是一种数值计算方法，用于求解非线性方程组。

在潮流计算中，我们需要求解电网中节点的电压相位和模值，这可以通过牛顿拉夫逊法进行迭代计算。

潮流计算的目标是确定电网中各个节点的电压相位和模值，以及支路中的电流大小和相位差。

利用极坐标可以更直观地表示电流和电压的相位差。

在设计基于极坐标的牛顿拉夫逊法潮流计算时，首先需要建立电网的节点导纳矩阵和负荷模型。

然后，可以开始迭代计算，以下是该方法的步骤：1.初始化节点电压的相位和模值。

可以使用已知的节点电压作为初始猜测值。

2.计算节点注入功率，包括负荷注入功率和支路注入功率。

3.计算节点电流注入向量，通过求解节点电压和节点注入功率之间的关系。

4.根据电流注入向量，计算雅可比矩阵。

雅可比矩阵描述了节点电流注入向量与节点电压之间的关系。

5.利用雅可比矩阵和节点电流注入向量，求解节点电压的变化量。

可以使用牛顿迭代公式进行计算。

6.更新节点电压，计算新的节点电压值。

7.判断节点电压是否收敛。

如果未收敛，返回步骤4进行下一次迭代；如果已收敛，结束迭代过程。

通过以上迭代计算，可以求得电网中各个节点的电压相位和模值。

基于极坐标的计算结果可以更清晰地展示节点之间的电流和电压关系，有助于对电网的运行状态进行分析和优化。

综上所述，基于极坐标的牛顿拉夫逊法潮流计算设计十分可行和有效。

该方法能够提供更准确的节点电压和电流信息，有助于电力系统的运行控制和优化。

目录1任务书 (2)2.模型简介及等值电路 (3)3.设计原理 (4)4.修正方程的建立 (6)5.程序流程图及MATLAB程序编写 (8)6.结果分析 (14)7.设计总结 (17)8.参考文献 (17)《电力系统分析》课程设计任务书题目极坐标表示的牛顿拉夫逊法潮流计算程序设计学生姓名学号专业班级电气工程及其自动化设计内容与要求1. 设计要求掌握MATLAB语言编程方法；理解和掌握运用计算机进行潮流计算的基本算法原理；针对某一具体电网，进行潮流计算程序设计。

其目的在于加深学生对电力系统稳态分析中课程中基本概念和计算方法的理解，培养学生运用所学知识分析和解决问题的能力。

2. 内容1）学习并掌握MATLAB语言。

2）掌握变压器非标准变比概念及非标准变比变压器的等值电路。

掌握节点导纳矩阵的概念及导纳矩阵的形成和修改方法。

3）掌握电力系统功率方程、变量和节点分类。

4）掌握利用极坐标表示的牛-拉法进行潮流计算的方法和步骤。

5）选择一个某一具体电网，编制程序流程框图。

6）利用MATLAB语言编写该模型的潮流计算程序，并上机调试程序，对计算结果进行分析。

7）整理课程设计论文。

起止时间2013 年7 月 4 日至2013 年7月10日指导教师签名年月日系（教研室）主任签名年月日学生签名年月日2 模型简介及等值电路 2.1 课程设计模型：模型3电力网络接线如下图所示，各支路阻抗标幺值参数如下：Z12=0.02+j0.06，Z13=0.08+j0.24， Z23=0.06+j0.18， Z24=0.06+j0.12， Z25=0.04+j0.12， Z34=0.01+j0.03， Z45=0.08+j0.24， k=1.1。

该系统中，节点1为平衡节点，保持11.060V j =+&为定值；节点2、3、4都是PQ 节点，节点5为PV 节点，给定的注入功率分别为:20.200.20S j =+，3-0.45-0.15S j =，40.400.05S j =--，50.500.00S j =-+，5 1.10V =&。

/*利用牛顿-拉夫逊迭代法(极坐标形式)，计算复杂电力系统潮流，具有收敛性好，收敛速度快等优点。

所有参数应归算至标幺值下。

/*可计算最大节点数为100，可计算PQ,PV,平衡节点*//*可计算非标准变比和平行支路*/#include<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>#define M 100 /*最大矩阵阶数*/#define Nl 100 /*迭代次数*/int i,j,k,a,b,c; /*循环控制变量*/int t,l;double P,Q,H,J; /*中间变量*/int n, /*节点数*/m, /*支路数*/pq, /*PQ节点数*/pv; /*PV节点数*/double eps; /*迭代精度*/double aa[M],bb[M],cc[M],dd[M],max, rr,tt; /*中间变量*/double mo,c1,d1,c2,d2; /*复数运算函数的返回值*/double G[M][M],B[M][M],Y[M][M]; /*节点导纳矩阵中的实部、虚部及其模方值*/double ykb[M][M],D[M],d[M],dU[M]; /*雅克比矩阵、不平衡量矩阵*/struct jd /*节点结构体*/{ int num,ty; /* num为节点号，ty为节点类型*/ double p,q,S,U,zkj,dp,dq,du,dj; /*节点有功、无功功率，功率模值，电压模值,阻抗角牛顿--拉夫逊中功率不平衡量、电压修正量*/} jd[M];struct zl /*支路结构体*/{ int numb; /*numb为支路号*/int p1,p2; /*支路的两个节点*/double kx; /*非标准变比*/double r,x; /*支路的电阻与电抗*/} zl[M];FILE *fp1,*fp2;void data() /* 读取数据*/{int h,number;fp1=fopen("input.txt","r");fscanf(fp1,"%d,%d,%d,%d,%lf\n",&n,&m,&pq,&pv,&eps); /*输入节点数,支路数,PQ节点数,PV节点数和迭代精度*/for(i=1;i<=n;i++) /*输入节点编号、类型、输入功率和电压初值*/{fscanf(fp1,"%d,%d",&number,&h);if(h==1) /*类型h=1是PQ节点*/ {fscanf(fp1,"%lf,%lf,%lf,%lf\n",&jd[i].p,&jd[i].q,&jd[i].U,&jd[i].zkj);jd[i].num=number;jd[i].ty=h;}if(h==2) /*类型h=2是pv节点*/{fscanf(fp1,",%lf,%lf,%lf\n",&jd[i].p,&jd[i].U,&jd[i].zkj);jd[i].num=number;jd[i].ty=h;jd[i].q=-1.567;}if(h==3) /*类型h=3是平衡节点*/ {fscanf(fp1,",%lf,%lf\n",&jd[i].U,&jd[i].zkj);jd[i].num=number;jd[i].ty=h;}}for(i=1;i<=m;i++) /*输入支路阻抗*/ fscanf(fp1,"%d,%lf,%d,%d,%lf,%lf\n",&zl[i].numb,&zl[i].kx,&zl[i].p1,&zl[i].p2,&zl[i].r,&zl[i].x);fclose(fp1);if((fp2=fopen("output.txt","w"))==NULL){printf(" can not open file!\n");exit(0);}fprintf(fp2," 电力系统潮流计算\n ");fprintf(fp2," ********** 原始数据*********\n");fprintf(fp2,"====================================================================== ==========\n");fprintf(fp2," 节点数:%d 支路数:%d PQ节点数:%d PV节点数:%d 精度:%f\n",n,m,pq,pv,eps);fprintf(fp2," ------------------------------------------------------------------------------\n");for(i=1;i<=pq;i++)fprintf(fp2," PQ节点: 节点%d P[%d]=%f Q[%d]=%f\n",jd[i].num,jd[i].num,jd[i].p,jd[i].num,jd[i].q);for(i=pq+1;i<=pq+pv;i++)fprintf(fp2," PV节点: 节点%d P[%d]=%f U[%d]=%f 初值Q[%d]=%f\n", jd[i].num,jd[i].num,jd[i].p,jd[i].num,jd[i].U,jd[i].num,jd[i].q);fprintf(fp2," 平衡节点: 节点%d e[%d]=%f f[%d]=%f\n",jd[n].num,jd[n].num,jd[n].U,jd[n].num,jd[n].zkj);fprintf(fp2," -------------------------------------------------------------------------------\n");for(i=1;i<=m;i++)fprintf(fp2," 支路%d: 相关节点:%d,%d 非标准变比:kx=%f R=%f X=%f \n",i,zl[i].p1,zl[i].p2,zl[i].kx,zl[i].r,zl[i].x);fprintf(fp2,"==============================================================================\n ");}/*------------------------------------复数运算函数--------------------------------------*/double mozhi(double a0,double b0) /*复数求模值函数*/{ mo=sqrt(a0*a0+b0*b0);return mo;}double ji(double a1,double b1,double a2,double b2) /*复数求积函数a1为电压模值，a2为阻抗角，a3为导纳实部，a4为导纳虚部*/{ a1=a1*cos(b1);b1=a1*tan(b1);c1=a1*a2-b1*b2;d1=a1*b2+a2*b1;return c1;return d1;}double shang(double a3,double b3,double a4,double b4) /*复数除法求商函数*/{ c2=(a3*a4+b3*b4)/(a4*a4+b4*b4);d2=(a4*b3-a3*b4)/(a4*a4+b4*b4);return c2;return d2;}/*--------------------------------计算节点导纳矩阵----------------------------------*/void Form_Y(){for(i=1;i<=n;i++) /*节点导纳矩阵元素附初值*/for(j=1;j<=n;j++)G[i][j]=B[i][j]=0;for(i=1;i<=n;i++) /*节点导纳矩阵的主对角线上的元素,非对地导纳加入相应的主对角线元素中(考虑非标准变比）*/for(j=1;j<=m;j++)if(zl[j].p1==i){if(zl[j].kx==1){mozhi(zl[j].r,zl[j].x);if(mo==0) continue;shang(1,0,zl[j].r,zl[j].x);G[i][i]+=c2;B[i][i]+=d2;}else{mozhi(zl[j].r,zl[j].x);if(mo==0) continue;shang(1,0,zl[j].r,zl[j].x);G[i][i]+=c2/zl[j].kx+c2*(1-zl[j].kx)/(zl[j].kx*zl[j].kx);B[i][i]+=d2/zl[j].kx+d2*(1-zl[j].kx)/(zl[j].kx*zl[j].kx);}}else if(zl[j].p2==i){if(zl[j].kx==1){mozhi(zl[j].r,zl[j].x);if(mo==0) continue;shang(1,0,zl[j].r,zl[j].x);G[i][i]+=c2;B[i][i]+=d2;}else{mozhi(zl[j].r,zl[j].x);if(mo==0) continue;shang(1,0,zl[j].r,zl[j].x);G[i][i]+=c2/zl[j].kx+c2*(zl[j].kx-1)/zl[j].kx;B[i][i]+=d2/zl[j].kx+d2*(zl[j].kx-1)/zl[j].kx;}}for(k=1;k<=m;k++) /*节点导纳矩阵非主对角线上（考虑非标准变比）的元素*/if(zl[k].kx==1){i=zl[k].p1;j=zl[k].p2;mozhi(zl[k].r,zl[k].x);if(mo==0) continue;shang(1,0,zl[k].r,zl[k].x);G[i][j]-=c2;B[i][j]-=d2;G[j][i]=G[i][j];B[j][i]=B[i][j];}else{i=zl[k].p1;j=zl[k].p2;mozhi(zl[k].r,zl[k].x);if(mo==0) continue;shang(1,0,zl[k].r,zl[k].x);G[i][j]-=c2/zl[k].kx;B[i][j]-=d2/zl[k].kx;G[j][i]=G[i][j];B[j][i]=B[i][j];}/*--------------------------输出节点导纳矩阵------------------------------*/fprintf(fp2,"\n\n ********* 潮流计算过程*********\n");fprintf(fp2,"\n==============================================================================\n ");fprintf(fp2,"\n 节点导纳矩阵为:");for(i=1;i<=n;i++){fprintf(fp2,"\n ");for(k=1;k<=n;k++){fprintf(fp2,"%f",G[i][k]);if(B[i][k]>=0){fprintf(fp2,"+j");fprintf(fp2,"%f ",B[i][k]);}else{B[i][k]=-B[i][k];fprintf(fp2,"-j");fprintf(fp2,"%f ",B[i][k]);B[i][k]=-B[i][k];}}}fprintf(fp2,"\n ------------------------------------------------------------------------------\n");}/*-------------------------------牛顿——拉夫逊-------------------------------*/void Calculate_Unbalanced_Para(){for(i=1;i<=n;i++){if(jd[i].ty==1) /*计算PQ节点不平衡量*/{t=jd[i].num;cc[t]=dd[t]=0;for(j=1;j<=n;j++){for(a=1;a<=n;a++){if(jd[a].num==j)break;}P=Q=0;P=jd[a].U*(G[t][j]*cos(jd[i].zkj-jd[a].zkj)+B[t][j]*sin(jd[i].zkj-jd[a].zkj));Q=jd[a].U*(G[t][j]*sin(jd[i].zkj-jd[a].zkj)-B[t][j]*cos(jd[i].zkj-jd[a].zkj));cc[t]+=P;dd[t]+=Q;}jd[i].dp=jd[i].p-jd[i].U*cc[t];jd[i].dq=jd[i].q-jd[i].U*dd[t];}if(jd[i].ty==2) /*计算PV节点不平衡量*/{t=jd[i].num;cc[t]=dd[t]=0;for(j=1;j<=n;j++){for(a=1;a<=n;a++){if(jd[a].num==j)break;}P=Q=0;P=jd[a].U*(G[t][j]*cos(jd[i].zkj-jd[a].zkj)+B[t][j]*sin(jd[i].zkj-jd[a].zkj));Q=jd[a].U*(G[t][j]*sin(jd[i].zkj-jd[a].zkj)-B[t][j]*cos(jd[i].zkj-jd[a].zkj));cc[t]+=P;dd[t]+=Q;}jd[i].dp=jd[i].p-jd[i].U*cc[t];jd[i].q=jd[i].U*dd[t];}}for(i=1;i<=pq;i++) /*形成不平衡量矩阵D[M]*/{D[2*i-1]=jd[i].dp;D[2*i]=jd[i].dq;}for(i=pq+1;i<=n-1;i++){D[pq+i]=jd[i].dp;}fprintf(fp2,"\n 不平衡量为:"); /*输出不平衡量*/for(i=1;i<=pq;i++){t=jd[i].num;fprintf(fp2,"\n dp[%d]=%f",i,D[2*t-1]);fprintf(fp2,"\n dq[%d]=%f",i,D[2*t]);}for(i=pq+1;i<=n-1;i++){t=jd[i].num;fprintf(fp2,"\n dp[%d]=%f",i,D[pq+t]);}}void Form_Jacobi_Matric() /*形成雅克比矩阵*/{for(i=1;i<=pq;i++) /*形成pq节点子阵*/for(j=1;j<n;j++){ int i1=jd[i].num;int j1=jd[j].num;double Ui=jd[i].U;double Uj=jd[j].U;double zi=jd[i].zkj;double zj=jd[j].zkj;if(j<=pq) /*求j<=pq时的H、N、J、L */{if(i!=j) /*求i!=j时的H、N、J、L*/{ykb[2*i-1][2*j-1]=Ui*Uj*(G[i1][j1]*sin(zi-zj)-B[i1][j1]*cos(zi-zj)); /* H */ykb[2*i-1][2*j]=Ui*Uj*(G[i1][j1]*cos(zi-zj)+B[i1][j1]*sin(zi-zj)); /* N */ykb[2*i][2*j-1]=-ykb[2*i-1][2*j]; /* J */ykb[2*i][2*j]=ykb[2*i-1][2*j-1]; /* L */}else /*求i=j时的H、N、J、L*/{aa[i]=0;bb[i]=0;for(k=1;k<=n;k++){int k1=jd[k].num;H=J=0;H=jd[k].U*(G[i1][k1]*sin(jd[i].zkj-jd[k].zkj)-B[i1][k1]*cos(jd[i].zkj-jd[k].zkj));J=jd[k].U*(G[i1][k1]*cos(jd[i].zkj-jd[k].zkj)+B[i1][k1]*sin(jd[i].zkj-jd[k].zkj));aa[i]=aa[i]+H;bb[i]=bb[i]+J;}ykb[2*i-1][2*j-1]=-Ui*(aa[i]-Ui*(G[i1][i1]*sin(jd[i].zkj-jd[i].zkj)-B[i1][i1]*cos(jd[i].zkj-jd[i].zkj)));/*H*/ykb[2*i][2*j-1]=Ui*(bb[i]-Ui*(G[i1][i1]*cos(jd[i].zkj-jd[i].zkj)+B[i1][i1]*sin(jd[i].zkj-jd[i].zkj)));/*J*/ykb[2*i-1][2*j]=ykb[2*i][2*j-1]+2*Ui*Ui*G[i1][i1];/*N*/ykb[2*i][2*j]=-ykb[2*i-1][2*j-1]-2*Ui*Ui*B[i1][i1];/*L*/}}else /*求j>pq时的H、J */{ ykb[2*i-1][pq+j]=Ui*Uj*(G[i1][j1]*sin(zi-zj)-B[i1][j1]*cos(zi-zj)); /* H */ykb[2*i][pq+j]=-Ui*Uj*(G[i1][j1]*cos(zi-zj)+B[i1][j1]*sin(zi-zj)); /* J */}}for(i=pq+1;i<=n-1;i++) /*形成pv节点子阵*/ for(j=1;j<n;j++){int i1=jd[i].num;int j1=jd[j].num;double Ui=jd[i].U;double Uj=jd[j].U;double zi=jd[i].zkj;double zj=jd[j].zkj;if(j<=pq) /*求j<=pq时的H、N */{ykb[pq+i][2*j-1]=Ui*Uj*(G[i1][j1]*sin(zi-zj)-B[i1][j1]*cos(zi-zj)); /* H */ykb[pq+i][2*j]=Ui*Uj*(G[i1][j1]*cos(zi-zj)+B[i1][j1]*sin(zi-zj)); /* N */ }else /*求j>pq时的H*/{if(i!=j) /*求i!=j时的H*/ykb[pq+i][pq+j]=Ui*Uj*(G[i1][j1]*sin(zi-zj)-B[i1][j1]*cos(zi-zj)); /* H */else /*求i=j时的H*/{aa[i]=0;for(k=1;k<=n;k++){int k1=jd[k].num;H=0;H=jd[k].U*(G[i1][k1]*sin(jd[i].zkj-jd[k].zkj)-B[i1][k1]*cos(jd[i].zkj-jd[k].zkj));aa[i]=aa[i]+H;}ykb[pq+i][pq+j]=-Ui*(aa[i]-Ui*(G[i1][i1]*sin(jd[i].zkj-jd[i].zkj)-B[i1][i1]*cos(jd[i].zkj-jd[i].zkj))); /*H*/ }}}/*------------------------------输出雅克比矩阵--------------------------------*/fprintf(fp2,"\n\n 雅克比矩阵为: ");for(i=1;i<=(2*pq+pv);i++){fprintf(fp2,"\n");for(j=1;j<=2*pq+pv;j++){fprintf(fp2," %f",ykb[i][j]);}}}void Solve_Equations() /* 求解修正方程组(LU分解法)*/{double l[Nl][Nl]={0}; //定义L矩阵double u[Nl][Nl]={0}; //定义U矩阵double y[Nl]={0}; //定义数组Ydouble x[Nl]={0}; //定义数组Xdouble a[Nl][Nl]={0}; //定义系数矩阵double b[Nl]={0}; //定义右端项double sum=0;int i,j,k,s;int n;n=2*pq+pv;for(i=0; i<n; i++){for(j=0; j<n; j++){a[i][j]=ykb[i+1][j+1];}}for(i=0; i<n; i++){b[i]=D[i+1];}for(i=0; i<n; i++) /*初始化矩阵l*/{for(j=0; j<n; j++){if(i==j) l[i][j] = 1;}}for(i=0;i<n;i++) /*开始LU分解*/{ u[0][i]=(float)(a[0][i]);} /*第一步：对矩阵U的首行进行计算*/ for(k=0;k<n-1;k++) /*第二步：逐步进行LU分解*/ { for(i=k+1;i<n;i++) /*对L的第k列进行计算*/{ for(s=0,sum=0;s<n;s++){ if(s!=k)sum+=l[i][s]*u[s][k];}l[i][k]=(float)((a[i][k]-sum)/u[k][k]);}for(j=k+1;j<n;j++) /*对U的第k+1行进行计算*/ { for(s=0,sum=0;s<n;s++){ if(s!=k+1)sum+=l[k+1][s]*u[s][j];}u[k+1][j]=(float)((a[k+1][j]-sum));}}y[0]=b[0] ; /*回代法计算数组Y*/for(i=1;i<n;i++){ for(j=0,sum=0;j<i;j++){ sum+=y[j]*l[i][j];}y[i]=(float)(b[i]-sum);}x[n-1]=(float)(y[n-1]/u[n-1][n-1]); /*回代法计算数组X*/for(i=n-2;i>=0;i--){ for(j=n-1,sum=0;j>i;j--){ sum+=x[j]*u[i][j];}x[i]=(float)((y[i]-sum)/u[i][i]);}for(i=1; i<=n; i++){d[i]=x[i-1];}max=fabs(d[1]); /*选出最大的修正量的值*/for(i=1;i<=n;i++)if((fabs(d[i]))>max)max=fabs(d[i]);}void Niudun_Lafuxun(){int z=1;fprintf(fp2,"\n --------------极坐标形式的牛顿-拉夫逊迭代法结果:--------------\n");do{ max=1;if((z<Nl)&&(max>=eps)){fprintf(fp2,"\n 迭代次数: %d\n",z); /*开始迭代计算*/ }Calculate_Unbalanced_Para();Form_Jacobi_Matric();Solve_Equations();for(i=1;i<=pq;i++){jd[i].zkj+=d[2*i-1];jd[i].U+=d[2*i]*jd[i].U;}for(i=pq+1;i<=n-1;i++){jd[i].zkj+=d[pq+i];}fprintf(fp2,"\n\n 输出dδ,dU: "); /*输出修正量的值*/for(c=1;c<=n;c++){for(a=1;a<=n;a++){if(jd[a].num==c)break;}fprintf(fp2,"\n");if(jd[a].ty==1)fprintf(fp2," 节点为%2d dδ=%8.5f dU=%8.5f",c,d[2*a-1],d[2*a]);if(jd[a].ty==2)fprintf(fp2," 节点为%2d dδ=%8.5f",c,d[pq+a]);}fprintf(fp2,"\n\n 输出迭代过程中的电压值: ");for(c=1;c<=n;c++){for(a=1;a<=n;a++){if(jd[a].num==c)break;}fprintf(fp2,"\n U[%d]=%f",c,jd[a].U);fprintf(fp2,"∠%f",jd[a].zkj);}fprintf(fp2,"\n\n ------------------------------------------------------------------------------");z++;} while((z<Nl)&&(max>=eps)); /*判断是否达到精度要求*/}void Powerflow_Result(){int n1=jd[n].num;fprintf(fp2,"\n\n==============================================================================\n \n");fprintf(fp2," ******潮流计算结果******");fprintf(fp2,"\n\n==============================================================================\n \n");fprintf(fp2,"\n 各节点电压值: "); /*输出各节点的电压值*/for(c=1;c<=n;c++){for(a=1;a<=n;a++){if(jd[a].num==c)break;}fprintf(fp2,"\n U[%d]=%f",c,jd[a].U);fprintf(fp2,"∠%f",jd[a].zkj);}rr=tt=0; /*计算节点的注入功率*/for(i=1;i<=n;i++){int i1=jd[i].num;ji(jd[i].U,-jd[i].zkj,G[n1][i1],-B[n1][i1]);rr+=c1;tt+=d1;}ji(jd[n].U,jd[n].zkj,rr,tt);fprintf(fp2,"\n\n 各节点注入功率:\n");for(i=1;i<=pq;i++){int i1=jd[i].num;fprintf(fp2," PQ节点: 节点%d S[%d]=%f", i1,i1,jd[i].p); /*PQ节点注入功率*/ if(jd[i].q>=0)fprintf(fp2,"+j%f\n",jd[i].q);elsefprintf(fp2,"-j%f\n",-jd[i].q);}for(i=pq+1;i<=n-1;i++){int i1=jd[i].num;fprintf(fp2," PV节点: 节点%d S[%d]=%f", i1,i1,jd[i].p); /*PV节点注入功率*/ if(jd[i].q>=0)fprintf(fp2,"+j%f\n",jd[i].q);elsefprintf(fp2,"-j%f\n",-jd[i].q);}fprintf(fp2," 平衡节点: 节点%d",jd[n].num,jd[n].num); /*平衡节点注入功率*/fprintf(fp2," S[%d]=%f",n1,c1);if(d1>=0)fprintf(fp2,"+j%f",d1);elsefprintf(fp2,"-j%f",-d1);fprintf(fp2,"\n\n 线路功率:\n");rr=tt=0;for(i=1;i<=m;i++){int i1=zl[i].p1; /*计算线路功率*/int j1=zl[i].p2;aa[i]=bb[i]=P=Q=0;for(a=1;a<=n;a++){if(jd[a].num==i1)break;}for(b=1;b<=n;b++){if(jd[b].num==j1)break;}mozhi(zl[i].r,zl[i].x);if(mo==0)continue;shang(1,0,zl[i].r,zl[i].x);ji(jd[a].U/zl[i].kx/zl[i].kx,-jd[a].zkj,c2,-d2); /*考虑非标准变比*/P+=c1;Q+=d1;ji(jd[b].U/zl[i].kx,-jd[b].zkj,c2,-d2);P-=c1;Q-=d1;ji(jd[a].U,jd[a].zkj,P,Q);fprintf(fp2," 线路%d: %d--%d 的功率为: %f",i,i1,j1,c1);if(d1>=0)fprintf(fp2,"+j%f\n",d1);elsefprintf(fp2,"-j%f\n",-d1);aa[i]+=c1;bb[i]+=d1;P=Q=0;ji(jd[b].U,-jd[b].zkj,c2,-d2); /*考虑非标准变比*/ P+=c1;Q+=d1;ji(jd[a].U/zl[i].kx,-jd[a].zkj,c2,-d2);P-=c1;Q-=d1;ji(jd[b].U,jd[b].zkj,P,Q);fprintf(fp2," 线路%d: %d--%d 的功率为: %f",i,j1,i1,c1);if(d1>=0)fprintf(fp2,"+j%f\n",d1);elsefprintf(fp2,"-j%f\n",-d1);aa[i]+=c1;bb[i]+=d1;rr+=aa[i];tt+=bb[i];}fprintf(fp2,"\n\n 线路损耗功率:\n"); /*计算线路功率损耗*/for(i=1;i<=m;i++){int i1=zl[i].p1;int j1=zl[i].p2;fprintf(fp2," 线路%d损耗的功率为: %f",i,aa[i]);if(bb[i]>=0)fprintf(fp2,"+j%f\n",bb[i]);elsefprintf(fp2,"-j%f\n",-bb[i]);}fprintf(fp2,"\n\n 网络总损耗功率为: %f",rr); /*计算网络总损耗*/if(tt>=0)fprintf(fp2,"+j%f\n",tt);elsefprintf(fp2,"-j%f\n",-tt);fprintf(fp2,"\n==============================================================================\n ");fprintf(fp2,"\n\n ********* 潮流计算结束*********");}void main(){printf("请仔细阅读附录里的输入文件使用说明以便于你正确输入!\n");data(); /*读取数据*/Form_Y(); /*形成节点导纳矩阵*/for(i=1;i<=pq;i++) /* U、zkj附初值*/{jd[i].U=1; jd[i].zkj=0;}for(i=pq+1;i<n;i++){jd[i].U=jd[i].U; jd[i].zkj=0;}Niudun_Lafuxun(); /*牛顿--拉夫逊迭代*/Powerflow_Result();printf("潮流计算结果存放于output.txt文件中!\n");}附录：输入文件按以下规则输入节点数，支路数，PQ节点数，PV节点数，精度节点编号，节点类型（1为PQ节点，2为PV节点，3为平衡节点）节点输入有功功率，无功功率(节点电压纵分量，横分量)支路编号，非标准变比（若没有则填1即可），相关节点，相关节点，支路电阻，支路电抗。

前言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分析、比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。

本次课程设计任务是闭式网络的潮流计算，用到的方法为牛顿拉夫逊极坐标法潮流计算。

牛顿法是数学中解决非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。

解决电力系统潮流计算问题是以导纳距阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数距阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿法潮流程序的放率。

自从20 世纪60 年代中期利用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性、内存要求、速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前仍在广泛采用的优秀方法。

目录1任务书 (2)2.模型简介及等值电路 (3)3.设计原理 (4)4.修正方程的建立 (7)5.程序流程图及MATLAB程序编写 (9)6.结果分析 (15)7.设计总结 (25)8.参考文献 (26)《电力系统分析》课程设计任务书2 模型简介及等值电路2.1 课程设计模型：模型3电力网络接线如下图所示，各支路阻抗标幺值参数如下：Z12=0.02+j0.06，Z13=0.08+j0.24， Z23=0.06+j0.18， Z24=0.06+j0.12， Z25=0.04+j0.12，Z34=0.01+j0.03， Z45=0.08+j0.24， k=1.1。

该系统中，节点1为平衡节点，保持为定值；节点2、3、4都是PQ节点，节点5为PV节点，给定的注入功率分别为:，，，，。

各节点电压（初值）标幺值参数如下：节点 1 2 3 4 5Ui（0）=ei（0）+jfi（0） 1.06+j0.0 1.0+j0.0 1.0+j0.0 1.0+j0.0 1.1+j0.0 计算该系统的潮流分布。

计算精度要求各节点电压修正量不大于10-5。

图2-12.2模型分析节点类型介绍按变量的不同，一般将节点分为三种类型。

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。