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应用Matlab计算电力系统的最优潮流
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&详细说明：matlab数值编程使得数值计算工作量大大减轻，但是由于它其实是一种解释语言，而且没有国际标准，另外也没法在没有安装matlab的计算机上运行，不能用于计算密集型应用场合，极大地限制了它地应用，主要应用于物理，数学和化学，部分工程应用领域的计算工作量小的科技工作者。计算工作量大的工作，如流体力学求解，虽然matlab有解偏微分方程组的方法，但那几乎是用来作为例子来说明的，换句话说，只能作为上课例子。大型流体力学计算是计算密集型的一个例子，需要高效运算程序或并行化处理。 -chao liu ji suan
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基于最优潮流的输电容量充裕度研究
[硕士论文]论文目录&摘要第1-6页 Abstract第6-10页 第1章 绪论第10-14页 　　· 研究背景第10-11页 　　· 国外电力机构对充裕性的定义第11-12页 　　　　· 澳大利亚国家电力市场管理有限公司第11页 　　　　· 欧洲联合电网第11-12页 　　　　· 美国邦纳威尔电力管理局第12页 　　　　· 美国西北电力库第12页 　　　　· 美国宾夕法尼亚—新泽西—马里兰互联电网第12页 　　· 本章小结第12-14页 第2章 可用传输容量和最优潮流概述第14-23页 　　· 可用传输容量第14-16页 　　· 最优潮流概述第16-21页 　　　　· 最优潮流数学模型第16-18页 　　　　· 最优潮流求解方法概述第18-20页 　　　　· 基于内点法的最优潮流求解第20-21页 　　· 本章小结第21-23页 第3章 考虑线路充裕度的内点法最优潮流分析第23-30页 　　· 考虑线路充裕度的内点法最优潮流模型第23-24页 　　　　· 目标函数第23页 　　　　· 不等式约束条件第23-24页 　　　　· 等式约束条件第24页 　　· 内点法海森堡矩阵的形成第24-27页 　　　　· 目标函数对状态变量一阶和二阶偏导数求解第24-26页 　　　　· 线路潮流对状态变量一阶和二阶偏导数求解第26-27页 　　· 评估指标第27-29页 　　　　· 线路正常负载率第27页 　　　　· N-1线路越限概率第27页 　　　　· 线路负载率第27-28页 　　　　· 线路相关度第28-29页 　　· 本章小结第29-30页 第4章 MATPOWER分析和充裕度程序实现第30-39页 　　· MATPOWER综述第30页 　　· MATPOWER最优潮流计算方法概述第30-31页 　　· FMINCOPF函数介绍第31-34页 　　　　· fmincopf函数流程第31页 　　　　· fmincopf主体部分第31-32页 　　　　· fmincon算法介绍第32-34页 　　· MATLAB程序编写第34-38页 　　　　· 主程序思想和流程第34-35页 　　　　· fmincon函数的目标函数的编写第35-36页 　　　　· fmincon非线性约束条件的编写第36页 　　　　· fmincon函数中fmoptions设置第36-37页 　　　　· fmincon中其他部分编写及fmincon的调用形式第37页 　　　　· 程序改进第37-38页 　　· 本章小结第38-39页 第5章 算例分析第39-52页 　　· IEEE14节点系统第39-42页 　　· 2010年某电网高峰负荷线路潮流分析第42-51页 　　　　· 线路正常负载情况第43-45页 　　　　· N-1线路越限概率第45-46页 　　　　· 线路负载率第46-48页 　　　　· 线路相关度第48-51页 　　· 本章小结第51-52页 第6章 结论与展望第52-54页 　　· 结论第52页 　　· 展望第52-54页 参考文献第54-56页 附录第56-58页 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果第58-59页 致谢第59-60页 作者简介第60页
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Copyright(C) All Rights Reserved　　摘要：MATPOWER是MATLAB中用于电力系统潮水盘算的一个仿真工具箱。它的建模要领简朴易学；输出结果简练直观，特" />
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MATPOWER在电力系统教学中的应用研究
2013年19期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘要：MATPOWER是MATLAB中用于电力系统潮水盘算的一个仿真工具箱。它的建模要领简朴易学；输出结果简练直观，特别适合小型电力系统的潮水盘算，包罗经典潮水盘算、最优潮水盘算、电力市场中潮水盘算等，是高等院校的教育从业者、学生以及科研人员开展潮水盘算研究的一个实用辅助工具。 皇冠娱乐网 /9/view-4330608.htm　　要害词：MATPOWER；潮水盘算；最优潮水；电力市场 　　作者简介：郭涵（1989-），女，内蒙古通辽人，内蒙古电力（团体）有限责任公司培训中心；金帅军（1988-），男，河南南阳人，内蒙古电力（团体）有限责任公司培训中心。（内蒙古 呼和浩特 010011） 　　基金项目：本文系2011年内蒙古自然科学基金项目（项目编号：）的研究结果。 　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：（5-03 　　潮水盘算是电力系统分析中一项最基本的事情，其盘算结果不仅可以作为制定电力系统实际运行方式、电力系统计划的重要参考，而且是进行电力系统故障盘算、继电掩护整定以及宁静分析的基础。传统的潮水盘算通过编程实现，用户界面没有图形支撑，原始数据输入事情量大且容易堕落，在进行系统建模或进行系统结构调整后的潮水盘算时很不方便，而且盘算结果显示不直观，难于与其他分析功效集成。随着科学技术的生长，具有友好用户界面的电力系统分析软件成为主流趋势。 　　在海内常用的电力系统分析软件有中国电力科学研究院的PASAP、美国Bonneville电力局的BPA等，这些软件功效强大求解数据结果精准，多应用于实际仿真盘算和大规模电力系统的科学研究。而MATPOWER的优势是在小型电力系统的潮水分析应用中，它操作简朴，输出结果界面的数据全面、直观，运行稳定，盘算速度快，准确度高。MATPOWER比上述软件更适合在高校进行科研和仿真教学。 　　一、MATPOWER软件介绍 　　MATPOWER软件是基于MATLAB语言编写的电力系统潮水盘算软件，它可以在MATLAB5.1或以上版本的软件情况中使用和运行。目前它的最新版本是4.0b2。MATPOWER安装便捷，只需要将MATPOWER4.0b2文件夹设置在MATLAB软件的path路径下即可。 　　MATPOWER3.0版本综合了MATLAB中的优化算法，如OPF解法是基于包罗在MATLAB早期版本最优工具箱中的constr函数，这使得它可以利用牛顿法等经典算法求解潮水和最优潮水。MATPOWER4.0b2版本在3.0的基础上增加线性计划、内点法等要领，使得它能灵活地解决在差异情况下的潮水盘算。同时它具有面向用户的输入、输出界面，这使得它避开了其他仿真软件的重复输入与输出不直观的缺点。 　　二、电力系统潮水盘算 　　潮水盘算是电力系统分析的一项最基本盘算，运行MATPOWER的潮水盘算法式可以求出电网中各节点电压、电流和功率漫衍，这些数据为检查各元件是否过负荷、各点电压是否满足要求、功率漫衍和功率损耗是否合理等电力系统稳态分析提供了可信度高的基础数据。 　　1.建设模型 　　对于建设电力系统模型，MATPOWER有三种方式。 　　第一种是尺度库方式，用于对电力科学研究院的节点尺度测试系统的原始数据进行潮水盘算的仿真与验证。在MATPOWER文件夹中，带有“caseX”字符串的文件均为电力科学研究院的节点尺度测试系统的原始数据（X代表节点数）。在MATLAB的conmand windows窗口输入“runpf （‘caseX’）”，即可运行尺度节点为X的电力系统潮水盘算法式。 　　第二种是非尺度节点转化尺度节点方式。在实际教学与科研中，遇到的电力系统往往不是尺度节点系统。对于这类实际系统可以先利用等值简化等手段将所研究电力系统酿成尺度节点系统，然后将相应的节点、发电机、线路、并联电容器、变压器数据输入到相应caseX数据文件中，再运行此文件，可获得等值简化后的系统潮水盘算结果。但此种方案输出的结果需要再经过运算才气还原到原始系统中。 　　第三种是用户输入数据方式。MATPOWER文件夹的“@opf_model”子文件是专门为实际电力系统而编写的法式模块，运行此模块中的潮水盘算法式可实现对用户指定电力系统的潮水盘算。 　　综上所述，在建设电力系统模型方面MATPOWER制止了SIMLINK仿真工具先找指定元件绘图后再输入数据的繁琐工序，实现了建设模型的方便、简朴、快速。 　　2.盘算实例 　　下面以14节点为例，说明MATPOWER潮水盘算结果。输入命令： 　　runpf（‘case14’） 　　这是运行基于牛顿法的潮水盘算法式，潮水盘算结果如图1与图2所示。图1中显示的数据为系统总结与数据总结。图2中显示的数据为节点数据与支路数据。数据总结包罗系统节点数、各元件数量、支路数、装机容量、电源输出、负荷容量、总线损等数据。节点数据提供了各点节点电压、幅值及发电机发出的有功功率与无功功率、负荷的有功功率与无功功率等数据。支路数据给出了各支路潮水功率流向、支路线损等数据。 　　相比之下，MATPOWER的表格数据不如POWERWORLD的图形化数据清晰明了。 　　3.结果优化 　　在实际电力系统分析中往往对潮水算法的运算速度和盘算精度的要求很高。为此，MATPOWER提供了一种选择向量来实现对算法选项的控制。它类似于MATLAB最优化工具箱早期版本中由foptions函数提供的现象向量。这两者最重要的区别在于MATPOWER不用记着每一个选项的索引，只需要凭据选项的名称就可以对算法选项的值作出修改。MATPOWER的默认选择向量是通过调用无参数mpoption来获得的。
　　图1 潮水盘算结果（1） 　　MATPOWER选择向量可以实现总共73种选项控制，如潮水算法、潮水盘算的中止尺度、最优潮水算法、对差异成本模型的默认OPF算法、OPF的成本转换参数、OPF的中止尺度、冗余水平、结果输出方式等。这些选项控制要领使MATPOWER成为研究人员和教育事情者的一个易于使用和修改的仿真工具。 　　下面对MATPOWER的四个比力重要的选项加以说明。 　　（1）算法的切换选项。电力系统潮水盘算要领许多，其中牛顿法是求解非线性方程组的有效要领，突出优点是收敛速度快，但是它必须重复形成修正方程并迭代求解，因此对大规模电力系统进行潮水盘算时盘算量较大，盘算速度与初值选取的优劣关系较大。快速解耦法在进行交流高压输电网潮水盘算时具有良好的收敛可靠性，但是有时会因为R/X比值大的支路的泛起导致潮水盘算迭代次数大大增加甚至迭代不收敛。高斯算法在PV节点转化为PQ节点时存在盘算收敛缓慢的缺点。 　　为满足实际需要，需选择最合适的算法进行潮水盘算。MATPOWER提供了实现快速切换算法的功效。 　　例如，在conmand windows窗口，输入命令： 　　opt=mpoption（'PF_ALG'，2）； 　　runpf（'case14'，opt） 　　此时，运行的是以快速解耦算法为基础的潮水盘算。 　　（2）中止条件选项。MATPOWER可以凭据用户实际需要来延长、缩短迭代次数，使得结果越发切合实际要求。如果迭代次数凌驾设计上限，MATPOWER潮水盘算法式即被中止。例如，牛顿法潮水盘算中修正方程迭代次数限制在10次及以下，在MATLAB的conmand windows窗口输入命令： 　　opt=mpoption（'PF_MAX_IT'，10）； 　　runpf（'case14'，opt） 　　即可在修正方程迭代求解10次以内结束潮水盘算，输出盘算结果。 　　（3）越界处置惩罚选项。潮水盘算中当PQ节点的无功功率越界，则将其转化为PV节点后需要更新修正方程，重新对系统进行潮水盘算。类似地，可处置惩罚PV节点电压越界问题。 　　MATPOWER提供了一种命令语句，供用户选择是否对越界进行处置惩罚，而这点是SIMULINK仿真工具无法相比的优点。 　　在MATLAB的conmand windows窗口，输入命令： 　　opt=mpoption（'ENFORCE_Q_LIMS'，1）； 　　runpf（'case14'，opt） 　　运行的是考虑越界情况下的潮水盘算法式。 　　（4）附加线性约束。在MATPOWER中用户不仅可以对既定法式的内容进行更改，还可以对一些简朴的线性约束进行设置。例如，将母线7的相角设置为滞后母线2的相角5°，可通过输入以下命令实现： 　　Theta（2）-Theta（7）<=5degrees； 　　runpf（'case14'） 　　对附加的线性约束可以用此功效实现控制，这一点是其他仿真软件没有涉及到的。 　　4.宁静校验 　　电力系统N-1宁静分析与可靠性分析比力，它的盘算轻便，不需要收集元件停运率等大量原始数据，是一种极为轻便的电力系统宁静性校验准则。凭据N-1准则，电力系统N个元件中的任一独立元件（发电机、输电线路、变压器等）发生故障被切除后应不造成因其他线路过负荷跳闸而导致用户停电，不破坏系统的稳定性，不泛起电压瓦解等事故。当这一宁静准则不能满足时，则要考虑接纳增加发电机或输电线路等措施。为了校验电力系统能否满足N-1宁静准则，需要模拟系统发生故障后的潮水变化，检察是否有线路凌驾其输送功率的上下限。 　　下面以14节点系统为例，说明切除1号发电机后的潮水盘算要领。双击打开MATPOWER文件夹中的case14文件后，找到电机数据矩阵gen，将1号发电机数据所在行的status（状态）数值1（在线）改为0（不在线），点击生存。再次运行runpf （‘case14’），即可获得切除1号发电机之后的潮水盘算结果。 　　与SIMULINK中的故障模拟相比力，MATPOWER模拟故障极其方便，无需在故障元件支路中添加断路器并设置故障时间点。 　　三、在电力市场下的最优潮水 　　1.电力市场下的最优潮水 　　电力市场下的最优潮水（Optimal Power Flow，OPF）是进行现代电力系统经济调治的重要依据之一。OPF以数学优化理论和潮水方程为基础，把电力系统经济调治和潮水盘算有机融合在一起。目前，电力市场情况下最优潮水的模型越来越庞大，任何形式的目标函数都可以包罗体现电压、电流、功率限制的约束条件。在约束众多的情况下，最优潮水都能将它们整合到统一价值尺度下进行协调。这不仅实现了电力系统运行经济性、宁静性的基本要求，同时降低发电、输出成本，协调电厂与电网、电网与用户之间的冲突。 　　2.盘算实例 　　输入“runmarket（'法式名'）”，运行在电力市场中尺度节点的最优潮水盘算法式，可获得在内点法为寻优算法、价钱稳定的方式下的最优潮水盘算结果。 　　在conmand windows窗口，输入命令： 　　runmarket（'case14'） 　　优化后的潮水盘算结果显示分为两部门，一部门是电力市场数据总结，即Market Summary，如图2所示；另一部门是在电力市场情况下的最优潮水，其中的数据分类、寄义与潮水盘算的一致，差异的是此结果是优化后的潮水盘算数值。 　　图3中显示是发电机销售与负荷购置电量数据。数据的第一行体现修改成本的连续时间，从左到右依次代表：发电机所在节点、所在总线、发生的有功功率、价钱、收入、牢固的成本、旋转备用成本、总共成本、净收入。最后一行从左到右依次是：总的收入、牢固成本、旋转备用成本、成本、净收入的数据。 　　从图3所示数据中可以清楚看到，系统没有启用旋转备用，价钱没有超出条约规模，证明整体数据是合理的，既切合节点电压、有功功率、无功功率等约束条件，又能满足经济性能的要求。 　　四、总结 　　为了满足实际需要，MATPOWER提供了三种用于搭建电力系统模型的方式，这三种方式不仅方便简朴，而且快速精准。 　　对电力市场情况下的最优潮水盘算，MATPOWER能盘算出满足经济性与宁静性的结果。 　　总之，综合MATPOWER在潮水盘算应用的各个方面，对比其他电力系统分析仿真软件，MATPOWER无论在系统建模照旧在盘算要领选择、盘算结果等方面都能满足仿真教育与科学研究的需求。 　　参考文献： 　　[1]萨阿达特（Saadat.H.）.电力系统分析[M].第二版.王葵，译.北京：中国电力出书社，2008. 　　[2]RAY D. Zimmenrman，CARLOS E，Murillo. MATPOWER 用户手册[EB/OL].http：∥www. p s2erc. cornell. edu /mathpower. 　　[3]龚纯，王正林.精通matlab最优化盘算[M].北京：电子工业出书社，2009. 　　[4]王晶，翁国庆，张有兵.电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用[M].西安：西安电子科技大学出书社，2008. 　　[5]刘天琪.现代电力系统分析理论与要领[M].北京：中国电力出书社，2010. 　　[6]杜松怀.电力市场[M].第三版.北京：中国电力出书社，2010. 　　 （责任编辑：刘辉）
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