基于Matlab的电力系统分析工具包及其潮流计算

摘 要 :介绍了一种基于 Ma tlab语言的 电力 系统 分析软件包. 该软件包可 完成潮流 计算 、连 续潮流 、小信号稳 定分析 、动态 时域仿真及 相量测量单 元配置等 方面的分析 和研究 . 通过对同 一个 IEEE14节点系统 进行潮流 计算 ,结果表明 ,该软件包的计算 结果 正确 ,且具有一定精度 . 关键词 :电力系统分析工具包 ; M atlab语言 ;潮流计算 中图分类号 : TM 744 文献标识码 : A
Q load
电压偏移
Bus
[ p. u. ]
/ ( °)
[ p. u. ]
[ p. u. ]
[ p. u. ]
[ p. u. ]
/%
1
1. 060 0
0. 000 0
2. 325 8
- 0. 149 8
0. 000
0. 000
6. 00
2
1. 045 0
- 4. 990 5
0. 400 0
0. 488 2
PSA T的 主界面与普通 的 M atlab GU I相似 . [7 ] 计算算例的潮流数据可以从主界面上的 Data file文 本框输 入 , 而算 例 的动 态文 件 可以 从 Perturba tion file文本框输入 . Comm and line负责输入逐条命令. 在主界面的右端依次显示本次算例的频率基值 、容 量基值 、仿真开始时间 、结束时间及潮流计算的收敛 门槛等. 在主界面的左下方是实时结果输出界面 ,在 主界面的右下方是各种基本操作按钮 ( 潮流计算 、 连续潮流 、最优潮流 、动 态仿真及作图等 ). 潮流计 算 GU I的上方显示的是本算例的母线编号 、电压幅 值 、电压功角以及母线上的有功、无功情况. 潮流结 果显示一目了然 ,同时还支持一些值间的相互 切换 [4].
续表
V
相角
P g en
Qgen
P lo ad
Q load
电压偏移
Bus
[ p. u. ]
/ ( °)
[ p. u. ]
[ p. u. ]
[ p. u. ]
[ p. u. ]
/%
7
1. 049 3 - 13. 230 3
0. 000 0
0. 000 0
0. 000
0. 000
4. 93
8
1. 090 0 - 13. 230 3
0. 066 15 0. 130 27 0. 000 00
14
9 - 14
0. 127 11 0. 270 38 0. 000 00
15
10 - 11 0. 082 05 0. 192 07 0. 000 00
16
12 - 13 0. 220 92 0. 199 88 0. 000 00
17
13 - 14 0. 170 93 0. 348 02 0. 000 00
负荷有功 /MW 0. 0 21. 7 94. 2 47. 8 7. 6 11. 2 0. 0 0. 0 29. 5 9. 0 3. 5 6. 1 13. 5 14. 9 259. 0
负荷无功 MVAR 0. 0 12. 7 19. 0 - 3. 9 1. 6 7. 5 0. 0 0. 0 16. 6 5. 8 1. 8 1. 6 5. 8 5. 0 73. 5
节点 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
总功率
发电机 有功 /MW 233. 243
40. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 273. 243
表 1 IEEE14节点系统支路数据
支路号 首末节点号 R. [ p. u. ] X. [ p. u. ] B /2 [ p. u. ]
1
1- 2
0. 019 38 0. 059 17 0. 026 40
2
2- 3
0. 046 99 0. 197 97 0. 021 90
3
2- 4
0. 058 11 0. 176 32 0. 018 70
收稿日期 : 2 009 - 01 - 2 0 作者简介 :彭云焰 ( 198 5—) ,女 ,江 西南昌人 ,在读硕士研究生 ,主要从事电力系统运行 、控 制可 靠性方面的研究.
64
华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 2009年 4月
2 潮流计算实例
18
5- 6
0. 000 00 0. 252 02 0. 932 00
19
4- 7
0. 000 00 0. 209 12 0. 978 003
20
4- 9
0. 000 00 0. 556 18 0. 969 003
21
9- 0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0. 190 003 3
注 : 3 变比 ,非标准 变比 侧在 前 ; 33 并联电容电纳.
表 2 M a tla b编程语言的 IEEE14节点系统潮流计算结果
发电机无 功 MVAR
- 0. 064 91. 750 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 85. 350
0. 000 0
0. 000 0
0. 149
0. 050
2. 07
2种方法的迭代次数都为 4次 , PSA T方法迭代 时间 0. 64 s,而 M atlab编程语言迭代时间 0. 656 s. 电压偏移量比较结果如图 2所示. 由图 2可知 PSAT 方法能满足要求.
0. 000 0
0. 251 6
0. 000
0. 000
9. 00
9
1. 032 8 - 14. 812 7
0. 000 0
0. 000 0
0. 295
0. 166
3. 28
10
1. 031 8 - 15. 024 7
0. 000 0
0. 000 0
0. 09
0. 058
3. 18
11
1. 047 1 - 14. 838 2
0. 0 00 0
0. 00 0 0
0. 07 6
0. 016
1. 60
6
1. 07 0 0 - 1 4. 416 1
0. 0 00 0
0. 22 5 1
0. 11 2
0. 075
7. 00
第 30卷第 2期
彭云焰等 : 基于 Ma tlab的电力系统分析 工具 包及 其潮流计算
6 5
电压偏移 /% 6. 00 4. 50
- 2. 76 - 0. 90 - 0. 30
1. 37 0. 41 0. 41 0. 06 - 0. 49 0. 06 - 0. 01 - 0. 67 - 2. 16
表 3 P SAT的 IEEE14节点系统潮流计算结果
V
相角
P g en
Qgen
P lo ad
1 PSAT功能模块简介
PSAT是基于 M atlab的电力系统静态和动态分 析及控制工具箱 [ 3 ] . PSAT可以解决潮流计算 PF、连 续潮流计算 CPF、最优潮流计算 OPF、小信号稳定性 分析 SSA、时域 仿真 TD 和静动态 模型的建立等功 能 [ 4 ] ;提供了灵 活的用户自定义 功能 ,通过 建立相 应的状态方程编写相关 的 M atlab 源代码就可以将 模型加入到仿真过程中. 模型数据的输入主要有 2 种方式 :纯文本格式输入 ( 3 . m 文件 ) ,按照规定格
Vol130 No12 Apr. 2009
基 于 M a tla b 的 电 力 系 统 分 析 工 具 包 及 其 潮 流 计 算
彭云焰1 , 顾海卫 2 , 吴 莹 3
( 1. 南昌大学信息工程学院 ,江西 南昌 330031; 2. 江西赣西供电公司新余电 力勘 察设 计院 ,江西 新余 338025; 3. 江西南昌供电公司 ,江西 南昌 330006)
最近几十年来 , M a tlab 语言因其使用方便灵活 和功能强大 ,而得到广泛应用. M atlab具有面向矩阵 的编程特性 、完善的图形处理功能以及图形仿真界 面 ( Sim ulink) 而成为最适合电力系统仿真的数学 工具 [ 2 ] . 随着 M atlab 的不断发展 ,出现了电力系统 分析软件包 ( Power System Ana lysis Toolbox, PSA T) 自由软件 ,为电力系统科学研究提供了有力工具.
4
1- 5
0. 054 03 0. 223 04 0. 024 60
5
2- 5
0. 056 95 0. 173 88 0. 017 00
6
3- 4
0. 067 01 0. 171 03 0. 017 30
7
4- 5
0. 013 35 0. 042 11 0. 006 40
8
7- 8
0. 000 00 0. 176 15 0. 000 00
0. 217
0. 127
4. 50
3
1. 010 0 - 12. 757 9
0. 000 0
0. 273 7
0. 942
0. 190
1. 00
4
1. 01 2 0 - 1 0. 227 1
0. 0 00 0
0. 00 0 0
0. 47 8
0. 040
1. 20
5
1. 01 6 0
- 8. 751 0
式编辑相关文 件即可 ; PSA T具有 基于 Sim ulink界 面 [ 5 ]的模型库 ,支持在 Sim u link 环境下从模型库中 拖拽元件搭接仿真算例 ( 3 . m dl文件 ).
PSA T主要用于潮流分析. PSAT支持一 些静态 和动态元件 ,如母线 、传输线 、变压器、平衡节点 、PV 节点 、PQ 节点 、断路器 、线路故障 、母线频率测量、电 压依赖负荷 、频率依赖负荷 、同步电机 、感应电机 、有 载调压变压器、柔性 交流输电系统 ( FACTS) 等 ; 同 时还包括构造网络的 Sim ulink库 、设置参数 的图形 界面 、用户自定义模块 、图形方式输出 、数据格式转 换及命令记录等工具 [ 6 ] .
0. 000 0
0. 000 0
0. 035
0. 018
4. 71
12
1. 053 4 - 15. 266 3
0. 000 0
0. 000 0
0. 061
0. 016
5. 34
13
1. 047 0 - 15. 303 9
0. 000 0
0. 000 0
0. 135
0. 058
4. 70
14
1. 020 7 - 16. 052 9
第 30卷第 2期 2009年 4月
华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 Journa l of North China Institute of W ate r Conservancy and Hydroe lec tric Powe r
文章编号 : 1002 - 5634 ( 2009) 02 - 0063 - 03
9
7- 9
0. 000 00 0. 110 01 0. 000 00
10
9 - 10
0. 031 81 0. 084 50 0. 000 00
11
6 - 11
0. 094 98 0. 198 90 0. 000 00
12
6 - 12
0. 122 91 0. 155 81 0. 000 00
13
6 - 13
计算结果的准确性是检验电力系统分析软件的 重要标准. 采用 IEEE14节点系统算例. IEEE14节点 系统的结构如图 1所示 ,其具体参数见表 1.
图 1 IEEE14节点系统 采用牛顿 - 拉夫逊方法 [ 1 ] , 以 M a tlab 程序及 PSAT分别进行潮流计算 ,结果见表 2和表 3.
电压幅值 [ p. u. ] 1. 060 0 1. 045 0 0. 972 4 0. 991 0 0. 997 0 1. 013 7 1. 004 1 1. 004 1 1. 000 6 0. 995 1 1. 000 6 0. 999 9 0. 993 3 0. 978 4
电压 相角 / ( °) 0. 000 0 - 5. 034 0 - 12. 518 6 - 10. 118 1 - 8. 576 1 - 14. 433 4 - 13. 431 1 - 13. 431 1 - 15. 195 2 - 15. 379 9 - 15. 053 8 - 15. 089 4 - 15. 382 5 - 16. 395 4
电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统 , 电力系统的稳定分析 、控制 、状态估计起着极其重要 的作用 [ 1 ] ,潮流 计算是电力系统 分析中最基本 、最 重要的计算 ,是系统安全 、经济分析和实时控制与调 度的基础 ,是长期研究的一个课题. 目前 ,潮流计算 的基本方法仍然是采用迭代的方法 ,其中牛顿 - 拉 夫逊潮流计算法采用最为广泛.