一种电力系统潮流计算的支路功率矩阵计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统潮流计算的支路功率矩阵计算方法，采用矩阵运算，包括以下步骤：读初始数据数组；分别形成支路首节点和末节点的节点电压相量数组；分别形成变压器变比位于首节点侧和位于末节点侧的变压器支路的支路号数组；按输电线路类型计算支路功率；计算变比km位于首节点i侧的变压器支路的支路功率；计算变比km位于末节点j侧的变压器支路的支路功率。本发明专利技术提出的方法在Matlab平台实现，便于科研人员使用Matlab提供的各种工具和函数对计算结果进行测试和分析。本发明专利技术提出的支路功率采用矩阵运算和复数运算，减少了程序代码，简化了编程，使得程序更加清晰；使用矩阵运算也大大提高了计算速度。

A branch power matrix calculation method for power system power flow calculation

The calculation method of the branch power matrix of the invention discloses a power flow calculation, using matrix operation, which comprises the following steps: read the initial data array; to form a branch node and end node of the first node voltage phase array respectively; branch number array formation transformer branch transformer on the first node side and is located in the distal side respectively. The calculation of power transmission lines; according to the type of power transformer branch; calculation of the ratio of KM is located in the first node of the I side of the power transformer branch; calculation of the ratio of KM in the end node side J. The method proposed by this invention is implemented on the Matlab platform, so that researchers can use various tools and functions provided by Matlab to test and analyze the results of the calculation. The branch power of the invention adopts matrix operation and complex arithmetic operation, which reduces program code, simplifies programming, makes program clearer, and improves computation speed by using matrix operation.

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统潮流计算的支路功率矩阵计算方法
本专利技术涉及一种电力系统潮流计算的支路功率矩阵计算方法，特别是一种适合研究目的使用的基于Matlab的潮流计算的支路功率矩阵计算方法。
技术介绍
电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行的一项基本计算，它根据给定的运行条件和网络结构确定整个网络的运行状态，包括各节点电压、各支路功率等。潮流计算也是电力系统其他分析的基础，如安全分析、暂态稳定分析等都要用到潮流计算。潮流计算是电力系统分析的基本分析工具，科研人员经常以潮流计算为基础进行进一步地研究。实用的商业软件采用C语言等高级编程语言编写且使用稀疏矩阵技术和节点优化编号等高级技术。这些技术虽然能大幅度提高潮流计算的速度、降低内存占用量，但编程非常麻烦且难以修改和维护，不易增加新的功能，因而不适合科研人员用于研究目的使用。Matlab软件以矩阵为最基本的数据单位，可以方便地处理各种矩阵和向量运算，也可以很方便自然地处理复数类型，其指令表达式与数学中常用的形式很接近，还有大量常见实用的函数，给编程带来很大便利。Matlab软件简单易用、代码短小易操作，易于编程和调试，计算功能强大，同时还具有非常强大的可视化图形处理和交互式功能，为科学研究以及工程应用提供了一种高效的编程工具，目前已经成为许多科学领域的基本工具和首选平台，在各种科学和工程计算领域得到了广泛的应用。为了适应越来越多的科研人员需要在Matlab平台上以潮流计算为基础进行进一步地研究的需求，迫切需要一种基于Matlab软件的易于编程、修改和调试的潮流计算方法。支路功率是电力系统非常关心的重要数据。潮流计算迭代主程序求出各节点电压后，就可以计算各支路功率了。由于输电线路和变压器支路都属于支路，通常把输电线路和变压器支路都作为支路数据统一输入。作为区分，变压器支路的非标准变比侧的节点号加个负号。输电线路采用如图2所示的π形等值电路，第m条输电线路的支路功率的计算公式如下：式中，下标i、j分别表示支路的首节点号im和末节点号jm去掉负号后的节点号，Ui、Uj分别为节点i和节点j的节点电压有效值，分别为节点i和节点j的节点电压相量，分别为节点i和节点j的节点电压相量的共轭，为从支路首节点i流向末节点j的复功率，为从支路末节点j流向首节点i的复功率，bm为输电线路等值电路的对地电纳，zm为输电线路等值电路的阻抗。变压器支路采用如图3所示的理想变压器串联一等值阻抗的等值电路表示，根据变比及等值阻抗处于位置不同，分为4种情况，图3(a)和图3(b)为等值阻抗位于标准变比侧(即1侧)，图3(c)和图3(d)为等值阻抗位于非标准变比侧(即km侧)，为了降低程序设计的复杂程度，通常把图3(c)和图3(d)的变比转换成(1/km):1形式，从而把图3(c)和图3(d)所示的等值电路变成图3(a)和图3(b)所示的等值电路。如图3(a)所示，当变比km位于首节点i侧时，第m条变压器支路的支路功率的计算公式如下：式中，km为变压器支路的变比。如图3(b)所示，当变比km位于末节点j侧时，第m条变压器支路的支路功率的计算公式如下：如图1-4所示，现有潮流计算方法，主要包括以下步骤：A、原始数据输入和电压初始化；原始数据包括线路和变压器支路数据、节点注入有功功率和无功功率、节点电压幅值、节点无功补偿数据，以及收敛精度、最大迭代次数；输电线路和变压器支路都作为支路数据统一输入，作为区分，变压器支路的非标准变比侧的节点号加个负号；B、形成节点导纳矩阵；C、潮流计算迭代主程序；根据采用的潮流计算的方法不同，可以采用极坐标牛顿法、直角坐标牛顿法、快速分解法进行潮流计算。D、计算平衡节点的有功功率和无功功率及PV节点的无功功率；根据电力系统节点的特点，潮流计算把电力系统节点分成3类：节点有功功率和无功功率已知、节点电压幅值和电压相角未知的节点称为PQ节点；节点有功功率和电压幅值已知、节点无功功率和电压相角未知的节点称为PV节点；节点电压幅值和电压相角已知，节点有功功率和无功功率未知的节点称为平衡节点。平衡节点的有功功率和无功功率及PV节点的无功功率未知，需要计算求出。E、计算各支路有功功率和无功功率；计算各支路有功功率和无功功率的步骤如下：E1、设置支路计数m＝1；E2、取支路m的首节点号im、末节点号jm，并令i＝|im|、j＝|jm|；E3、取支路m的电阻rm、电抗xm，并令zm＝rm+jxm；E4、判断支路m的首节点号im、末节点号jm是否都大于0，如果不满足转至步骤E7；E5、取支路m的对地电纳bm；E6、按式(1)计算支路功率；E7、判断支路m的首节点号im是否小于0，如果不满足转至步骤E10；E8、取变压器支路m的变比km；E9、按式(2)计算支路功率；E10、判断支路m的末节点号jm是否小于0，如果不满足转至步骤E13；E11、取变压器支路m的变比km；E12、按式(3)计算支路功率；E13、令m＝m+1。E14、判断m是否大于支路数nl，如果m不大于nl，则返回到步骤E2；否则，结束。F、输出计算结果，结束。直接采用上述原理实现的潮流计算软件计算速度较慢，商业使用的潮流计算软件采用稀疏矩阵技术和节点优化编号技术，比较复杂，不适合科研人员以此为基础进一步进行科学研究。因此，中国专利ZL201710557623.2、ZL201710557642.5和ZL201710557622.8分别提出基于Matlab的极坐标牛顿法潮流计算方法、直角坐标牛顿法潮流计算方法和快速分解法潮流计算方法，可以充分利用Matlab特有的擅长矩阵运算和复数运算的特点，并采用Matlab的稀疏矩阵技术和方程求解算法，设计出了简洁又有较快计算速度的潮流计算方法，为以潮流计算为基础进行进一步研究的科研人员提供一个易于修改和维护的潮流计算方法，其特点如下：1、在Matlab平台实现，便于科研人员使用Matlab提供的各种工具和函数对计算结果进行测试和分析；2、大部分函数采用矩阵运算和复数运算，减少了程序代码，简化了编程，使得程序更加清晰，便于科研人员修改程序、对程序进行调试和改进、添加新功能；3、采用矩阵运算、Matlab的稀疏矩阵技术并直接调用Matlab的方程求解算法，大大提高了计算速度。上述几项专利提出的基于Matlab的潮流计算方法，为从事电力系统研究的科研人员提供了三种基于Matlab平台的易于修改和维护且计算较为快速的潮流计算方法。这些方法采用Matlab实现，充分利用Matlab擅长矩阵运算和复数运算的特点，并使用Matlab提供的稀疏矩阵技术和方程求解算法，大大简化了编程且提高了计算速度。但这几种潮流计算方法计算支路功率未实现矩阵运算，支路功率计算速度相对较慢，仍有待进一步提高计算速度。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要提出基于Matlab矩阵运算的支路功率计算方法，充分利用Matlab特有的擅长矩阵运算的特点，实现提高潮流计算的计算速度的目的。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种电力系统潮流计算的支路功率矩阵计算方法，采用矩阵运算，包括以下步骤：E1、读支路首节点号数组I、末节点号数组J、电阻数组R、电抗数组X、对地电纳数组B、变压器变比数组K；所述的首节点号数组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统潮流计算的支路功率矩阵计算方法，其特征在于：包括以下步骤：E1、读支路首节点号数组I、末节点号数组J、电阻数组R、电抗数组X、对地电纳数组B、变压器变比数组K；所述的首节点号数组I、末节点号数组J、电阻数组R、电抗数组X、对地电纳数组B、变压器变比数组K分别按顺序存放所有支路的首节点号im、末节点号jm、电阻rm、电抗xm、对地电纳bm、变压器变比km，其中变压器支路对地电纳bm为0，变压器非标准变比km侧的节点号加个负号，输电线路变比km设为1，其中下标m为支路序号；E2、形成支路首节点电压相量数组UI和支路末节点电压相量数组UJ；根据首节点号数组I和已计算出的节点电压相量数组U形成支路首节点电压相量数组UI，根据末节点号数组J和已计算出的节点电压相量数组U形成支路末节点电压相量数组UJ；

【技术特征摘要】
1.一种电力系统潮流计算的支路功率矩阵计算方法，其特征在于：包括以下步骤：E1、读支路首节点号数组I、末节点号数组J、电阻数组R、电抗数组X、对地电纳数组B、变压器变比数组K；所述的首节点号数组I、末节点号数组J、电阻数组R、电抗数组X、对地电纳数组B、变压器变比数组K分别按顺序存放所有支路的首节点号im、末节点号jm、电阻rm、电抗xm、对地电纳bm、变压器变比km，其中变压器支路对地电纳bm为0，变压器非标准变比km侧的节点号加个负号，输电线路变比km设为1，其中下标m为支路序号；E2、形成支路首节点电压相量数组UI和支路末节点电压相量数组UJ；根据首节点号数组I和已计算出的节点电压相量数组U形成支路首节点电压相量数组UI，根据末节点号数组J和已计算出的节点电压相量数组U形成支路末节点电压相量数组UJ；式中，abs为Matlab求绝对值函数；E3、令Z＝R+jX；E4、根据支路首节点号im为负的标志形成变比km位于首节点侧的变压器支路号数组Ik，根据支路末节点号jm为负的标志形成变比km位于末节点侧的变压器支路号数组Jk；形成数组Ik和数组Jk使用Matlab的find函数实现：Ik＝find(I＜0)(2)Jk＝find(J＜0)(3)E5、按输电线路类型计算支路功率；由于支路中输电线路比例较大，先按输电线路类型计算所有支路的功率；输电线路支路功率计算公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉斌，朱景伟，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21