电力网络规划设计专业华北电力大学毕业论文文请人修改时间紧迫发原搞和修改要求
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向阳小区GPON光纤接入网规划设计毕业设计论文.doc53页
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北京邮电大学网络教育学院
毕 业 设 计
设计题目：韶关向阳小区GPON光纤接入网规划设计
随着现代信息技术的不断更新升级，人们对电信业务的带宽、业务、简洁、多样的要求也越来也高。GPON是新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽、高速、高效传输、大范围覆盖、用户接口丰富等众多特点。目前，中国运营商逐渐将投资重心转向光纤接入网，为实现接入网业务的宽带化、综合化改造的理想技术。
PON的一系列基础知识和以GPON为接入方式的小区接入网规划。本着实用的原则，综合考虑设备选型，ONU位置，IP地址分配，实现其可运营性。并选定一个小区，进行完整的光纤接入网设计，达到学有所用的目的。
With the development of modern information technology unceasing renewal upgrade, people to telecommunication business of bandwidth, business, concise, diverse requirement also more and more high also. GPON is a new generation of broadband passive optical integrated access standard, has the high bandwidth, high speed, high efficiency transmission, large range, the user interface is rich, and many other features, has been most operators as realize access network business broadband change, comprehensive reform of the ideal technology.
This paper briefly introduces the basic knowledge about a series of GPON and GPON for access area access network planning. In line with the principle of practical, comprehensive consideration of the equipment selection, ONU position, IP address assignment, achieve its operational sex. And selected a area of complete fiber access network design, to achieve the purpose of make your knowledge court.
1.1 光纤接入技术 7
1.2 GPON技术介绍 8
1.3 FTTH技术 11
二 光纤接入网的基本概念 12
2.1 光纤接入网
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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I xx 理工学院毕业设计（论文）The method of Newton- Raphson based on polar ABSTRACTPower 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 flowII xx 理工学院毕业设计（论文）目前录言 ................................................................................................ 1 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 ................ 错误！未定义书签。第一章第 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 .................................................................................. 41III xx 理工学院毕业设计（论文）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。其任务 是根据给定的网络结构及运行条件，求出整个网络的运行状态，其中个母 线的电压、网络中的功率分布以及整个系统的功率损耗等。 潮流计算可以 分为简单网络的潮流计算和复杂系统的潮流计算。简单网络的潮流计算， 比如：辐射型网络的潮流计算和闭式网络的潮流计算。它们是复杂电力系 统潮流计算的基础。在复杂的电力系统潮流计算中需要对电力系统网络进 行必要的计算，用来获得必要的数据。潮流计算在电力系统规划设计及运 行方式分析的离线及在线计算中都发挥着重要的作用。在这个设计中，我 们选折了 MATLAB 开发潮流计算程序，是因为潮流计算在数学上一般属 于多元非线性代数方程组的求解，必须采用迭代计算其中涉及大量的向量 和矩阵运算，使用传统的编程语言将十分麻烦。而 MATLAB 以复数矩阵 为基本运算单元，且内置众多高精度、高可靠性矩阵、数组运算函数、 、数 值计算方法，可大大提高编程的效率。1 xx 理工学院毕业设计（论文）第一章电力系统潮流计算的基本知识1.1 潮流计算的定义及目的电力系统潮流计算分布计算，是指电力系统在某一稳定状态的正常运 行方式下，电力网络各节点的电压和功率分布的计算。它的主要目的： (1) 检查电力系统各元件是否过负荷。 (2) 检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求。 (3) 根据对各种运行方式的潮流分布计算， 可以帮助我们正确地选择系统的 接线方式，合理调整负荷，以保证电力系统安全、可靠地的运行，向用 户供给高质量的电能。 (4) 根据功率分布，可以选折电力系统的电气设备和导线截面积，可以为电 力系统继电保护整定计算提供必要的数据等。 (5) 为电力系统的规划和扩建提供依据。 (6) 为调整计算、经济运行计算、短路计算和稳定计算提供必要的数据。 在计算机技术还未发展以前，电力系统的潮流分布计算多采用“手工” 近似计算，即按照电路的基本关系，用手工来推算各节点的功率和电压。 随着电子计算机技术的进步，电力系统潮流分布的计算几乎已普遍采用计 算机来进行，通过求解描述电力系统状态的数学模型，而得到较精确的解。 潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定 的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压、网络中的功率分布 以及功率损耗等。1.2 潮流计算方法的发展及前景在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以 节点导纳矩阵为基础的高斯 - 赛德尔迭代法。这个方法的原理比较简单，要 求的数字计算机的内存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平 和电力系统理论水平，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次 代入法。2 xx 理工学院毕业设计（论文）20 世纪 60 年代初，数字计算机已经发展到第二代，计算机 的内存和 计算速度发生了很大的飞跃，从而为高斯 - 赛德尔迭代法的采用创造了条 件。阻抗矩阵是满矩阵，高斯 - 赛德尔迭代法要求计算机储存表征系统接线 和参数的阻抗矩阵。这就需要较大的内存量。而且阻抗法每迭代一次都要 求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行计算，因此，每次迭代的计算量很 大。 高斯 - 赛德尔迭代法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性， 解决了导 纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我 国电力系统设计、运行和研究做出了很大的贡献。但是，高斯 - 赛德尔迭代 法的主要缺点就是占用计算机的内存很大，每次迭代的 计算量很大。当系 统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面 的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大 系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗 矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同 时也提高了节省速度。 克服高斯 - 赛德尔迭代法缺点的另一途径是采用牛顿 - 拉夫逊法。牛顿 拉夫逊法是数学中求解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矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中 尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计 算效率。自从 20 世纪 60 年代中期采用了最佳顺序消去法以后，牛顿 - 拉夫 逊法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前 仍被广泛采用的方法。 在牛顿 - 拉夫逊法的基础上，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，对 纯数学的牛顿法进行了改造，得到了 P-Q 分解法。 P-Q 分解法在计算速度 方面有显著的提高，迅速得到了推广。 牛顿 - 拉夫逊法的特点是将非线性方程线性化。 20 世纪 70 年代后期， 有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高阶项也包括进来，希望以 此提高算法的性能，这便产生了保留非线性的潮流算法。另外，为了解决 病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模 型，即非线性规划潮流算法。3 xx 理工学院毕业设计（论文）近 20 多年来， 潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围 绕改进牛顿法和 P-Q 分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗 传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前 为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿 - 拉夫逊法和 P-Q 分解法的地位。 由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并 行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领 域4 xx 理工学院毕业设计（论文）第 2 章 潮流计算的节点2.1 节点的分类节点电压方程是潮流计算的基础方程式。在电气网络理论中，一般是给出 电压源或电流源，为求得网络内电流和电压的分布，只要直接求解网络方程就 可以了。但是，在潮流计算中，在网络的运行状态求出以前，无论是电源的电 势值，还是节点的注入的电流，都是无法准确给定的。 图 2-2 表示某个三节点的简单电力系统及其等值电路，其网络 方程为? ? ? ? ? ? I 1 ? Y 11U 1 ? Y 12U 2 ? Y 13U 3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? I 2 Y 21U 1 Y 22U 2 Y 23U 3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? I 3 Y 31U 1 Y 32U 2 Y 33U 3 ?即? ?（ i＝ 1， 2， 3） I i ? Y i1U 1? Y i U 2 3 3 2 ?Y i U????(2-1)因为 s ? ui ，所以节点电流用功率和电压可以表示为?Ii ?Si ? ?P? ?Gi? P LDi ? ? j??QGi?QLDi?(2-2)UiUi?Q将式 (2-2) 带入式 (2-1) 可得?PGi? P LDi ? ? j??QGiLDi??UiY U 1?Y U 2 ?Y U 3i1 i2 i3???这是一组复数方程式，如果把实部和虚部分开，便得到 6 个实数方程。但 是每个节点都有 6 个变量，即发电机发出的有功功率和无功功率、负荷需要的 有功功率和无功功率，以及节点电压的幅值和相位（或对应与某一个参考直角 坐标的实部和虚部） 。对于 n 个节点的网络，可以写 2n 个方程，但是确有 6n5 xx 理工学院毕业设计（论文）个变量。因此，对于每个节点，必须给定这 6 个变量中的 4 个，使待求量的数 目同方程的数目相等，才能对方程求解。 通常把负荷功率作已知量， 并把节点功率 Pi ? PGi ? P LDi 和 Q ? Q ? Qi GiLDi引入网络方程。这样 n 个节点的电力系统潮流方程的一般形式可以写为P ? jQ ? ? ?Y U Ui n ? i j ?1 ij（ i ＝ 1 ， 2 ， … .n ）j或Pi ? jQ ? U i?i j ?1?nUUij??(2-3)j将上述方程的实部和虚部分开，对每一个节点可得 2 个实数方程，但是变 量仍还有 4 个，即 P 、 Q 、 U 、 ? 。还要给定其中的 2 个，将剩下的 2 个作为待 求变量，方程组才可以求解。根据电力系统的实际运行条件，按给定变量的不 同，一般将节点分为以下三种类型。 1.PQ 节点 这类节点的有功功率 P 和无功功率 Q 是给定的。节点电压（ U ， ? ） 是待求量。通常变电所都是在这一类型的节点，由于没有发电机设备，故 发电机功率为零。 若系统中某些发电厂送出的功率在一定时间内为固定时， 则该发电厂母线可作为 PQ 节点。可见电力系统的绝大多数节点属于这一 类型。 2.PU 节点 这类节点的有功功率 P 和电压幅值 U 是给定的， 节点的无功功率 Q 和 电压的相位 ? 是待求量。这类节点必须有足够的可调无功容量，用以维持 给定的电压幅值，因而又称之为电压控制节点。一般是选折有一定无功储 备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为 PU 节点。在电力系统 只能中，这一类的数目很少。 3 ．平衡节点 在潮流分布算出以前，网络中的功率损失是未知的，因此，网络中至 少有一个节点的有功功律 P 是不能给定的，这个节点承担了系统有功功率 的平衡，故称之为平衡节点。另外，必须选定一个节点，指定其电压相位6 xx 理工学院毕业设计（论文）为零，作为计算各节点电压相位的参考，这个节点称为基准节点。基准节 点的电压幅值是给定的。 （亦称为松弛节点、摇摆节点） 。电力系统中平衡 节点一般只有一个，它的电压幅值和相位是给定的，而其有功功率和无功 功率是待求量。 一般选折主调频发电厂为平衡节点比较合适。但在进行潮流计算时也 可以按照惯例的原则来选折，例如，为了提高导纳矩阵法潮流程序收敛性， 也可以选折出线较多的发电厂母线做为平衡节点。 根据以上所述可以看到，尽管网络方程是线性方程但是由于在定解条 件中不能给定节点电流，只能给出节点功率，这就使潮流方程变为非线性 方程了。由于平衡节点的电压已给定，只需要计算其余（ n － 1 ）个节点的 电压。所以方程式的数目实际上只有 2 （ n － 1 ）个。2.2 潮流问题变量的约束条件 通过求解方程得到了全部节点电压以后，就可以进一步计算各类节点的功 率以及网络中功率的分布。 这些计算结果代表了潮流方程在数学上的一组解答。 但这组解答所反映的系统运行状态，在工程上是否具有实际意义还需要进行检 验，因为电力系统运行必须满足一定技术上和经济上的要求。这些要求构成了 潮流问题中某些变量的约束条件，通常的约束条件有： 1. 所有节点电压必须满足Ui min? U i ? U i max (i ＝ 1 ， 2 ， …… n)这个条件是说各节点电压的幅值应限制在一定的范围之内。 从保证电能 质量和供电安全的要求来看，电力系统的所有电气设备都必须运行在额定 电压附近。对于平衡节点的 PU 节点，其电压幅值必须按上述条件给定。 因此，这一约束条件主要是对 PQ 节点而言。 2. 所有电源节点的有功功率和无功功率必须满足的条件pGi min?pGi?pGi max和QGi min?Q ?QGiGi maxPQ 节点的有功功率和无功功率以及 PU 节点的有功功率， 在给定时就必 须满足上式条件。因此对平衡节点的 P 和 Q 以及 PU 节点 Q 应按上述条件 进行检验。7 xx 理工学院毕业设计（论文）3. 某些节点之间电压的相位差应满足? ??ij? ? i ??j max为了保证系统运行的稳定性，要求某些输电线路两端电压相位差不超 过一定的数值。这一约束的主要意义就在于此。如果计算出来的结果不满 足这些约束条件，必须修改某些变量的给定值，甚至修改系统的运行方式。第 3 章 电力网络的数学模型电力网络的数学模型指的是将网络有关参数和变量及其相互关系归纳起来 所组成的、可以反映网络性能的数学方程式组。也可以说是对电力系统的运行 状态、变量和网络参数在电力系统潮流分布的计算中，广泛采用的是节点电压 方程。 在电工原理课中，已讲过用节点导纳矩阵表示的节点电压方程为? ? ? ? ? ? ? ? ? ? I n ? ?Y n ? ?U n ? ? ? ? ?对于 n 个节点的网络，它可以展开为（ 3-1 ）?? ? ? I1? ? ? ? ?Y 11 ? ? ? ? I 2 ? ?Y 21 ? . ? ? . ? ??? . ? . ? ? ? . ? ? . ? ? ? ?Y n1 ?? ? ? ? ? ?I n?Y Y12 22...... ...... ...... ....... . .Yn2? ? ? ?U 1 ? ? ? Y 1n ? ?? ? ? Y 2n ? ?U 2 ? . ?? ? ?? . ? . ?? . ? ? . ?? ?? . ? ?? ? ? Y n3 ? ? ? ?U n ?(3-2)式（ 3-1 ）中的是节点注入电流的列向量。是节点电压的列向量。网络中有 接地支路时，通常以大地为参考点，节点电压就是各节点的对地电压。8 xx 理工学院毕业设计（论文）3.1 节点导纳矩阵的形成 节点导纳矩阵的对角线元素称为自导纳。由式 (3-2) 可见，自导纳 Y ii 等于?在节点 i 施加单位电压 U ，其它节点全部接地时，经过点 i 向网络中注入的电 i 流，亦等于与节点相连支路的导纳之和。其表示式为?Y ii ?Ii ? ?? I U Ii? i j?iij? ? y (U i ? 1,U j ? 0, i ? j )j?i ij(3-3)节点导纳矩阵的非对角线元素 Y ij (i ＝ 1 、2 、… n ,j=1 、2 、… n 但 i ? j) 称为 互导纳。由式（ 3 － 3 ）可见，互导纳 Y ij 在数值上就等于节点 i 施加单位电压， 其它节点全部接地时，经节点 j 注入网络的电流。亦等于节点 i ， j 之间所连支 路元件导纳的负值，其表示式为?Ij Y ? ? I j ? ? y (U U? ij ji iiji? 1,U j ? 0, i ? j )(3-4)依据互导纳的物理意义可知 Y ij ＝ ? y ，即 Y ij ＝ Y ji ；特别地，当节点 i 、 j 之间无直接支路相连时， Y ij ＝ Y ji ＝ 0 。在复杂电力网中，这中情况较多，从 而使矩阵中出现了大量的零元素、节点导纳矩阵称为稀疏矩阵。一般来说Yii? Y ij ，即对角线元素的绝对值大于非对角线元素的绝对值，使节点导纳矩阵称为具有对角线优势的矩阵。因此节点导纳矩阵是一个对称、稀疏且具有对 角线优势的方阵。3.2 节点导纳矩阵的修改在电力系统中，接线方式或运行状态等均会发生变化，从而使 网络接线改 变。比如一台变压器支路的投入或切除，均会使与之相连的节点的自导纳或互 导纳发生变化，而网络中其它部分结构并没有改变，因此不必从新形成节点导9 xx 理工学院毕业设计（论文）纳矩阵，而只需对原有的矩阵作必要的修改就可以了。现在几种典型的接线变 化说明具体的修改方法。 （ 1 ）从原有网络的节点 i 引出一条导纳为 Y ij 的支路 ( 见图 3 － 1 ， （ a） ) ， j 为新增加的节点，由于新增加了一个节点，所以节点导纳矩阵增加一阶，矩阵 作如下修改： 1 ）原有节点 i 的自导纳 Y ii 的增量 ?Y ii ＝ 2 ）新增节点 j 的自导纳 Y ij ＝yij；yij；3 ）新增的非对角元素 Y ij ＝ Y ji ＝－yij；其它新增的非对角元均为零。 （ 2）在原有网络的节点 i 与 j 之间增加一条导纳为 与 i 、 j 有关的元素应作如下修改：yij的支路 ( 见图 3 － 1 ， （ b ） ) ，则1 ）节点 i 、 j 的自导纳增量 ?Y ii ＝ ?Y jj ＝yij；2 ）节点 i 、 j 的互导纳增量 ?Y ij ＝ ?Y ji ＝－ （ 3） 在网络的原有节点 i 、 j 之间切除一条导纳为yijij。y的支路， （ 见图 3 － 1 ， （ c） )） ，其相当在 i 、j 之间增加一条导纳为－ 以下修改：yij的支路，因此与 i 、j 有关的元素应作1 ）节点 i 、 j 的自导纳增量 ?Y ii ＝ ?Y jj ＝－yij；2 ）节点 i 、 j 之间的互导纳增量 ?Y ij ＝ ?Y ji ＝ （ 4 ）原有网络节点 i 、j 之间的导纳由'yij；（ d ）) ，相当于 y ij 变成 yij 见图 3－ 1 ，10 xx 理工学院毕业设计（论文）'在节点 i 、 j 之间切除一条导纳为y ij 的支路，在增加一条导纳为 yij 的支路，则与 i 、 j 有关的元素应作如下修改： 1 ）节点 i 、 j 的自导纳增量 ?Y ii ＝ ?Y jj ＝ 2 ）节点 i 、 j 的互导纳增量 ?Y ij = ?Y ji ＝yij － y ij ；－'y ijyij 。'iyiji jyiji j (c)-yiji j (d)-yijy? ij(a)(b)图 (3-1)11 xx 理工学院毕业设计（论文）第 4 章 潮流计算的原理4.1 牛顿－拉夫逊法设有单变量非线性方程f ( x) ? 0(4-1)(0)求解此方程时。先给出解的近似值x?x(0)它 与 真 解 的 误 差 为 ?x(0)，则x( 0)? ? x 将满足方程，即f (x(0)( 0)? ?x ) ? 0(4-2)将 (3-8) 式左边的函数在x(0)附近展成泰勒级数，于是便得f (x ? ?x ) ? f (x ) ?(0)(0)(0)f (x'(0))? x ?(0)f (x''(0)(? x (0)) )2!2? ...... ?f(n)(x(0)(? x (0)) )n!n? ....(4-3) 式 中 ，f (x数。'( 0 )) , ……f(n)( x ) 分别为函数 f ( x) 在 x(0)(0)处的一阶导数， … . ， n 阶导如果差值 ? x(0)很小， (3-9) 式右端 ? x(0)的二次及以上阶次的各项均可略去。于是， (3-9) 便简化为f (x ? ?x ) ? f (x ) ?(0) (0) (0)f (x'(0))? x ＝ 0(0)(4-4)这是对于变量的修正量 ? x 可得修正量 ? x 用所求的 ? x(0)(0)的现行方程式，亦称修正方程式。解此方程(0)??f (x )(0)f (x'(0))(4-5)去修正近似解，变得x(1)? x ? ?x(0)(0)?x ?(0)f (x )(0)f (x'(0))(0)(4-6) 也只是由于 (3-10) 是略去高次项的简化式 ，因此所解出的修正量 ? x 近似值。修正后的近似解x(1)同真解仍然有误差。但是，这样的迭代计算12 xx 理工学院毕业设计（论文）可以反复进行下去，迭代计算的通式是x( k ?1)?x ?(k )f (x )(k )f'(x )(k )(4-7)迭代过程的收敛判据为f (x ) ? ? 1(k )(4-8)或 式中?x(k )?? 2(4-9)?1，?2为预先给定的小正数。这种解法的几何意义可以从图 3 － 1 得到说明。函数 y＝ f(x) 为图中的 曲线。 f(x) ＝ 0 的解相当于曲线与 x 轴的交点。 如果第 k 次迭代中得到 x,y 则过 ? ? ?x(k ) (k ) (k )(k )，? f ( x ) ? 点作一切线， 此切线同 x 轴的交点便确定了下一个 ? ?近似值 x( k ?1)。由此可见，牛顿－拉夫逊法实质上就是切线法，是一种逐步线性化的方法。 应用牛顿法求解多变量 非线性方程组 (3-1) 时，假定已给出各变量的 初值x (0) ， x (0)12….x (0)n，令 ?x (0) ， ?x (0) ， … ..1 2?x(0) 分别为各n变量的修正量，使其满足方程 (3-1) 即? f ( (0) ? ? (0) , (0) ? ? (0) ,...., (0) ? ? (0) ) ? 0 x 1x 2 x 2 x n x n ? 1x 1 ? ( (0) ? ? (0) , (0) ? ? (0) ,...., (0) ? ? (0) ) ? 0 ?f 2 x 1 x 1x 2 x 2 x n x n ? ...... ? ? ( (0) ? ? x (0) , x (0) ? ? x (0) ,...., x (0) ? ? x (0) ) ? 0 ? 1 2 2 n n ?f n x 1(4-10) 将上式中的 n 个多元函数在初始值附近分别展成泰勒级数 , 并略去含有? x (0) , ? x (0) ， …… ， ? x (0) 二次及以上阶次的各项，便得12 n13 xx 理工学院毕业设计（论文）? ?f ? ? 1 (0) ? f 1 | ? (0) ? ... ? f 1 | ? (0) ? 0 ? f ( (0) , (0) ,..., (0) ) ? ? | ? xn 0 x n ? 1 x 1 x 2 x n ? x1 0 x 1 ? x 2 0 x 2 ? ?f ?f ?f ? 1 1 1 (0) (0) ? ? ? ? ... ? ? f 2( x (0) , x (0) ,..., x (0) ) ? | | | ? (0) ? 0 1 2 n ? x1 0 x 1 ? x 2 0 x 2 ? xn 0 x n ? ? ...... ? ? ? ( (0) , (0) ,..., (0) ) ? ? f 1 ? (0) ? ? f 1 ? (0) ? ... ? ? f 1 ? (0) ? 0 | ? f n x 1 x 2 x n ? |0 x 1 ? |0 x 2 ? xn 0 x n x1 x2 ?(4-11) 方程式 (3-17) 也可以写成矩阵形式? ? ? ? ? ? ? ?f f f?? f 1 ? |0 ? ? (0) (0) (0) x ? 1 ( , ,..., x ) ? 1 x 1 x 2 n ? ?? f 2 ( x (0) , x (0) ,..., x (0) ) ? | 2 1 2 n ? ? ?? ? x1 0 ? ? ...... ? ... ? ? (0) (0) (0) ( , ,..., x )? n x ?? f 1 x 2 n ? n ? |0 ? ? ? x1f | ?x ?f | ?x?1 2 2 20... ... ...0... ?f | ?xn 20?? ? ? ? ? (0) ? ? f ? ? x n? n ? ... | ? x n 0? ? ...(4-12)f ? |? ?x ? ? (0) ? ? ??x ? ? f ?? ? (0) | ? ?? x ? ?x ? ? ... ??1 0 n 1 2 0 2 n方程式 (3-18) 是对于修正量 ? x (0) , ? x (0) , …… , ? x (0)12n的线性方程组 , 称为牛 顿 法 的修 正 方程 式 .利 用 高 斯消 去 法 或三 角 分 解法 可 以解 出修 正 量? x (0) , ? x (0) , …… , ? x (0) 。然后对初始近似值进行修正12 nx(1) ? (0) ? ? (0) x xi ii(i=1,2, ….,n)(4-13)如此反复迭代，在进行 k ＋ 1 次迭代时，从求解修正方程式14 xx 理工学院毕业设计（论文）? ? ? ? ? ? ? ?f f f?? f 1 ? | ? ? x1 k ( x (k ) , x (k ) ,..., x (k ) ) ? ? 1 1 2 n ? ?? f 2 ( x (k ) , x (k ) ,..., x (k ) ) ? |k 2 1 2 n ? ? ?? ? ? x1 ? ...... ? ... ? ? ( (k ) , x (k ) ,..., x (k ) ) ? n x ?? f 1 2 n ? n ? |k ? ? ? x1f | ?x ?f | ?x?1 2 2 2k... ... ...k... ?f | ?xn 2k?? ? ? ? ? (k ) ? ? f ? ? x n? n ? ... | ? xn k? ? ...(4-14)f ? |? ?x ? ? (k ) ? ? ??x ? ? f ?? ? ( k ) |? ? ? ?x ? ? x ? ... ??1 k n 1 2 k 2 n得到修正量 ? x (k ) ， ? x (k ) ， ? x (k ) ，并对各变量进行修正12 nx(k ?1) ? (k ) ? ? (k ) x xi ii(i=1,2, … ,n)(4-15)式 (3-20) 和 (3-21) 也可以缩写为F(X(k )) ? ?J ? X(k )(k )(4-16) (4-17)和X?f ?x( k ?1)?X(k )??X(k )式中的 X 和 ? X 分别是由 n 个变量和修正量组成的 n 维列向量； F(X) 是由 n 个多元函数组成的 n 维列项量；J 是 n 阶方阵，称为雅可比矩阵，它的第 i 、 j 个元素 J ij ?i i是第 n 个函数f ( x , x ,..., x , ) 对第 j 个变量 xi 1 2 nj的偏导数；上角标 (k) 表示 J 阵的每一个元素都在点 迭代过程一直到满足收敛判据f ( x(k )1 x(k ) 2 ..., x(k ) n ) 处取值。i , , ,max? f ( x(k) , x(k) ,..., x(k) ) ? ? ?i 1 2 n1(4-18)或 为止。max ? x(k ) ? ? 2i??(4-19)?1和?2为预先给定的小正数。将牛顿－拉夫逊法用于潮流计算，要求将潮流方程写成形如方程式 (3-1) 的形式。由于节点电压可以采用不同的坐标系表示，牛顿－拉夫逊法 潮流计算也将相应的采用不同的计算公式。15 xx 理工学院毕业设计（论文）图 (4-1) 牛顿－拉夫逊方法的几何意义16 xx 理工学院毕业设计（论文）第 5 章 计算实例5.1 算例图 1 为一五结点系统，各支路参数均为标么值。假定结点 1 、 2 、 3 为 PQ 节点，结点 4 为 PV 节点、结点 5 为平衡结点，试分别用直角坐标和极坐标牛 顿－拉夫逊法计算其潮流。取收敛判据为 | ? Pi |? 10 -5 和 |? Q i ( ? Vi 2 )| ? 10 -5 。给定： S 1 =? 1.6 ? j0.8 S 2 = ? 2.0 ? j1.0 S 3 =? 3.7? j1.3 P 4 =5.0|V 1 （ 0 ） |=|V 2 （ 0 ） |=|V 3 （ 0 ） |=|V 4 （ 0 ） |=1.00(0) (0) (0) e1 ? e2 ? e3 ? 1.00|V4 |=|V 5 |=1.05(0) e4 ? e5 ? 1.05f1(0) ? f 2(0) ? f3(0) ? f 4(0) ? f5 ? 0J0.25J0.25 0.08+j0.304 j0.0151:1.0520.1+j0.351.05:1 3j0.035j0.25 0.04+j0.25 J0.25图 1 - 5 节点系统15.2 节点导纳的形成根据节点导纳矩阵的定义，可求的节点导纳矩阵各元素，即17 xx 理工学院毕业设计（论文）Y11?y10?y12?y13? j 0.25 ?1 1 ? 0.04 ? j 0.25 0.1 ? j 0.35=j0.25+0......291665 与节点１有关的互导纳为Y Y12? Y 21 ? ? y =-0..9001561231? Y 13 ? ? y =-.64150913支路 2-4 为变压器支路，可以求出节点 2 的自导纳为Y22?y20?y12?y23?y /k452＝ j0.225 ＋ j0.25+0...829876 -j3..05 ＝ 1..980821 与节点 2 有关的互导纳为2Y Y矩阵为23 24? Y 32 ? ?0.829876 ? j ? Y 42 ? ? y / k 42 ? ? j 63.49206442用类似的方法可以求出导纳矩阵的其他元素，最后可得到节点导纳?0.. 0 ? 1.378742 ? ? ? j 6.291665 ? j 3.900156 ? j 2.641509 ? ? ? ? ?0.624025 ? 1..829876 ? j 63. ? ? ? j 3.900156 ? j 66.980821 ? j 3.112033 ? ? Y? ? ?0... ? j 31.746032? ? ? ? ? j 2.641509 ? j 3.112033 ? j 35.737858 ? ? ? 0 ?63. ? j 66. ? ? 0 0 ? j 31. ? j 33.33333 ? ? ? ?5.3 计算结果18 xx 理工学院毕业设计（论文）节点原始数据： scanf the 1th numbers: 2 -4 0 0.015 1.05 scanf the 2th numbers: 4 3 0.08 0.30 0.25 scanf the 3th numbers: 4 5 0.04 0.25 0.25 scanf the 4th numbers: 5 3 0.1 0.35 0 scanf the 5th numbers: -3 1 0 0.03 1.05 计算结果 v=0.859153+j-0.071821 v=1..330473 v=1.033518+j-0.077383 v=0..390673 the balance node:2..299404 s=-1.466181+j-0.409076 s=1..672557 s=-0.133819+j-0.39092419 xx 理工学院毕业设计（论文）结论电力系统潮流计算分布计算，是指电力系统在某一稳定状态的正常运 行方式下，电力网络各节点的电压和功率分布的计算。它的主要目的： (1) 根据功率分布，可以选折电力系统的电气设备和导线 截面积，可以为 电力系统继电保护整定计算提供必要的数据等。 (2) 检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求。 (3) 根据对各种运行方式的潮流分布计算，可以帮助我们正确地选择系统的 接线方式，合理调整负荷，以保证电力系统安全、可靠地的运行，向用户 供给高质量的电能。 (4) 检查电力系统各元件是否过负荷。 (5) 为电力系统的规划和扩建提供依据。 (6) 为调整计算、经济运行计算、短路计算和稳定计算提供必要的数据。 潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的 运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压、网络中的功率分布以及 功率损耗等。潮流计算的数学模型是以节点的方程为基础，推导出相应的功 率方程。 当电力系统中必需的已知条件给定后潮流分布， 取决于网络的结构， 而网络结构在功率方程中的反映是节点导纳矩阵或节点阻抗矩阵。在复杂电 力网中，在各个节点中没有直接相连的节点很多，从而使矩阵中有很多零元 素、节点导纳矩阵成为稀疏矩阵。一般来说，对角元素的绝对值大于非对角 元素的绝对值，使节点导纳矩阵成为具有对角线优势的矩阵。因此，节点导 纳矩阵是一个对称、稀疏且具有对角线优势的方阵。这给以后的分析计算带 来了很大的方便，它有利于节省内存、提高计算速度以及改善收敛等。功率 方程是非线性代数方程组，必须采用数值求解的方法进行计算。在首先讨论 了电力系统节点的分类以及潮流计算结果的约束条件后，具体介绍了常用于 潮流计算的主要方法－牛顿－拉夫逊法。在实例计算这一章节中的验证，从 计算量来看，计算量不是特别的庞大，计算结果可以迅速的收敛，可以快速 准确的计算出各个节点的待求量。从效果来看，牛顿－拉夫逊法的迭代次数 较少。从计算的速度来看，速度比较快。在计算初始时，要选定比较适合的20 xx 理工学院毕业设计（论文）初始值才能满足计算结果的迅速收敛， 如果选值不合适， 计算结果不会收敛， 可能成为发散型的算式。 另外， MATLAB 的现有界面对用户而言不直接、不方便。因此选择开 发了潮流计算程序界面 ,VB 作为一种可视化的编程工具 , 其编程简单、 界面友 好 , 但它的计算能力相对较弱 , 因此将 MATLAB 与 VB 的优势结合起来 , 让它 们取长补短 , 进行无缝链接 , 可使编程更专业、更灵活。21 xx 理工学院毕业设计论文谢 辞经过几个月的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，在这次 的毕业设计中，我们做的是牛顿－拉夫逊法潮流计算，课题类型为工程设 计类的题目，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有 导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难 以想象的。 在论文写作过程中，得到了吴茜琼老师的亲切关怀和耐心的指导。她 严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和 激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，吴老师都始终给予我们细心 的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，吴老师不仅在学业上给我们以精 心指导，除了敬佩刘孝书老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的 精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨 向吴老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的 顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请 接受我诚挚的谢意 ! 最后我还要感谢自动化系和我的母校—洛阳理工学院这三年来对我的 栽培。谢谢 !22 xx 理工学院毕业设计论文参考文献[1] 杨以涵 . 电力系统基础 .水利电力出版社， 1986. [2] 于永源 . 电力系统分析 . 中国电力出版社， 1996 年 . [3] 诸俊伟等 . 电力系统分析 [M]. 北京：中国电力出版社， 1995. [4] 杨少兵 , 骆平 . 电力系统分析的教学软件开发，电力系统潮流分析 . 华北电力技术， 2000(10). [5] 韩祯祥，吴国炎等，电力系统分析，浙江大学出版社， 1993 年 . [6] 何仰赞等 . 电力系统分析上册 [M] ．武汉：华中理工大学出版社 . [7] 李久 胜等编 . 电气 自动化 英语 . 哈尔滨 ：哈尔 滨工业 大学 出 版社 ， 1999. [8] 尹克宁 . 电力工程 . 中国水利电力出版社， 1989. [9] 韦刚等 . 电力系统分析要点与习题 . 中国电力出版社， 2004. [10] 陈珩 . 电力系统稳态分析 . 水利电力出版社， 1994. [11] 陆敏政 . 电力工程 . 北京：中国电力出版社， 1996. [12] Steven Holzner( 美 ) 著 . 详实翻译组译 . Visual Basic 6 技术内幕 . 机械工业出版社， 2000. [13] 诸俊伟等 . 电力系统分析 [M]. 北京：中国电力出版社， 1995. [14] 张 伯 明 , 陈 寿 孙 . 高 等 电 力 网 络 分 析 [M]. 北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社 1996. [15] 周全仁等 . 电网计算与程序设计 [M]. 长沙：湖南科学技术出版社， 1983. [16] 纪建伟等 . 电力系统分析 . 中国水利电力出版社， 1989.23 xx 理工学院毕业设计论文附输入原始数据录形成节点导纳矩阵f(0)设电压初值 e(0)设迭代次数k＝0?U2( k )?p(k )计算误差向量 ?Q(k )收敛否 否 求雅可比矩阵元素是否解修正方程， 求解? ( k )?求pu节点无功功率，求平 衡节点功率ef(k )修正节点电压求支路功率分布和损耗? e ? ?e(k ) (k )f( k ?1)?f(k )??f(k )e( k ?1)K=k+1K&kmax停机是 不收敛停机牛顿－拉夫逊法计算潮流程序框图24 xx 理工学院毕业设计论文计算程序%function OutPut=PowerFlowCalculation(handles) %is a subroutine of PowerSystemCalculation function OutPut=PowerFlow(handles) %the following program is open a data file and get the Number of % Node and Branch [fname,pname] = uigetfile('*.dat','Select Topo data-file'); Branchname=strcat(pname,fname); TopoStructureAndBranchPara= csvread(Branchname); [NumberOfBranch,NumberOfPara]=size(TopoStructureAndB ranchPara); Temporary1=max(TopoStructureAndBranchPara(:,1)); Temporary2=max(TopoStructureAndBranchPara(:,2)); if Temporary1 & Temporary2 NumberOfNode=Temporary1; else NumberOfNode=Temporary2; end %The following program is to form the Nodal Admittance Matrix % and the Topologic structure and Branch Parametres are25 xx 理工学院毕业设计论文arranged % I,J,R,X,C/K, and pay attention to the inpedence is in the side % Node I and the ratio of transformer is in the side of Node J for CircleNumber1=1:NumberOfBranch for CircleNumber2=1:NumberOfBranch NAM(CircleNumber1,CircleNumber2)=0; end endfor CircleNumber=1:NumberOfBranch if TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,5) & 0.85NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))=...NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))+... 1/...((TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...26 xx 理工学院毕业设计论文j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))) ;NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))=...NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))+... 1/...(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,5)^2*(TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))) ;NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))=... -1/...(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,5)*(TopoStruct ureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))) ;NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru27 xx 理工学院毕业设计论文ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))=NAM(TopoStructureAn dBranchPara(CircleNumber,1),TopoStructureAndBranchPara( CircleNumber,2)); elseNAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))=...NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))+...+1/(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))+j*TopoStr uctureAndBranchPara(CircleNumber,5);NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))=...NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))+...+1/(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...28 xx 理工学院毕业设计论文j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))+j*TopoStr uctureAndBranchPara(CircleNumber,5);NAM(TopoStructureAndBranchPara( CircleNumber,1),TopoStr uctureAndBranchPara( CircleNumber,2))=...-1/(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4));NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))=NAM(TopoStructureAn dBranchPara(CircleNumber,1),TopoStructureAndBranchPara( CircleNumber,2)); end end % [fname,pname] = uigetfile('*.dat','Select Node data-file'); Nodename=strcat(pname,fname); NodeData = csvread(Nodename); floatmin=0.00001; datamax=0; m=1;29 xx 理工学院毕业设计论文n=1; for i=1:NumberOfNode-1 if NodeData(i,1)==1 sum=0; sum1=0; for w=1:NumberOfNodesum=sum+NodeData(w,4)*(real(NAM(i,w))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(w,5))+imag(NAM(i,w))*sind(NodeData(i,5)-Node Data(w,5)));sum1=sum1+NodeData(w,4)*(real(NAM(i,w))*sind(NodeData(i ,5)-NodeData(w,5))-imag(NAM(i,w))*cosd(NodeData(i,5)-No deData(w,5)));end A(n)= n=n+1; A(n)=sum1; n=n+1; B(m)=NodeData(i,2)-NodeData(i,4)* datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1;30 xx 理工学院毕业设计论文B(m)=NodeData(i,3)-NodeData(i,4)*sum1;datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1; else sum=0; for r=1:NumberOfNodesum=sum+NodeData(r,4)*(real(NAM(i,r))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(r,5))+imag(NAM(i,r))*sind(NodeData(i,5)-Node Data(r,5)));end A(n)= n=n+1; B(m)=NodeData(i,2)-NodeData(i,4)*datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1; end end while datamax&floatmin m=1; for i=1:NumberOfNode-131 xx 理工学院毕业设计论文n=1; for k=1:NumberOfNode-1 if i==kYMatrix(m,n)=NodeData(i,4)^2*imag(NAM(i,i)); if NodeData(i,1)==1YMatrix(m,n)=YMatrix(m,n)+NodeData(i,4)*A(m+1); end n=n+1; elseYMatrix(m,n)=-NodeData(i,4)*NodeData(k,4)*(real(NAM(i,k ))*sind(NodeData(i,5)-NodeData(k,5))-imag(NAM(i,k))*cos d(NodeData(i,5)-NodeData(k,5))); n=n+1; end if NodeData(k,1)==1 if i==kYMatrix(m,n)=-NodeData(i,4)*real(NAM(i,i))-A(m); n=n+1; else32 xx 理工学院毕业设计论文YMatrix(m,n)=-NodeData(i,4)*(real(NAM(i,k))*cosd(NodeDa ta(i,5)-NodeData(k,5))+imag(NAM(i,k))*sind(NodeData(i,5 )-NodeData(k,5))); n=n+1; end end end m=m+1;if NodeData(i,1)==1 n=1; for l=1:NumberOfNode-1 if i==lYMatrix(m,n)=NodeData(i,4)^2*real(NAM(i,i))+NodeData(i, 4)*A(m-1); n=n+1; elseYMatrix(m,n)=NodeData(i,4)*NodeData(l,4)*(real(NAM(i,l) )*cosd(NodeData(i,5)-NodeData(l,5))+imag(NAM(i,l))*sind (NodeData(i,5)-NodeData(l,5))); n=n+1; end33 xx 理工学院毕业设计论文if NodeData(l,1)==1 if i==lYMatrix(m,n)=NodeData(i,4)*imag(NAM(i,i))-A(m); n=n+1; elseYMatrix(m,n)=-NodeData(i,4)*(real(NAM(i,l))*sind(NodeDa ta(i,5)-NodeData(l,5))-imag(NAM(i,l))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(l,5))); n=n+1; end end end m=m+1; end end X=-inv(YMatrix)*B'; datamax=0; m=1; for i=1:NumberOfNode-1 NodeData(i,5)=NodeData(i,5)+X(m); m=m+1; if NodeData(i,1)==134 xx 理工学院毕业设计论文NodeData(i,4)=NodeData(i,4)+X(m); m=m+1; end end m=1; n=1; for i=1:NumberOfNode-1 if NodeData(i,1)==1 sum=0; sum1=0; for v=1:NumberOfNodesum=sum+NodeData(v,4)*(real(NAM(i,v))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(v,5))+imag(NAM(i,v))*sind(NodeData(i,5)-Node Data(v,5)));sum1=sum1+NodeData(v,4)*(real(NAM(i,v))*sind(NodeData(i ,5)-NodeData(v,5))-imag(NAM(i,v))*cosd(NodeData(i,5)-No deData(v,5)));end A(n)= n=n+1;35 xx 理工学院毕业设计论文A(n)=sum1; n=n+1; B(m)=NodeData(i,2)-NodeData(i,4)* datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1; B(m)=NodeData(i,3)-NodeData(i,4)*sum1;datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1; else sum=0; for r=1:NumberOfNodesum=sum+NodeData(r,4)*(real(NAM(i,r))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(r,5))+imag(NAM(i,r))*sind(NodeData(i,5)-Node Data(r,5)));end A(n)= n=n+1; B(m)=NodeData(i,2)-NodeData(i,4)*datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1;36 xx 理工学院毕业设计论文end end end for i=1:NumberOfNodeV(i)=NodeData(i,4)*cosd(NodeData(i,5))+j*NodeData(i,4)* sind(NodeData(i,5)); end sum=0; sum1=0; for u=1:NumberOfNodesum=sum+real(NAM(NumberOfNode,u))*real(V(u))-imag(NAM(N umberOfNode,u))*imag(V(u));sum1=sum1-real(NAM(NumberOfNode,u))*imag(V(u))-imag(NAM (NumberOfNode,u))*real(V(u)); endBalance=(NodeData(NumberOfNode,4)*sum-NodeData(NumberOf Node,5)*sum1)+j*(NodeData(NumberOfNode,5)*sum+NodeData( NumberOfNode,4)*sum1);for i=1:NumberOfBranch37 xx 理工学院毕业设计论文if TopoStructureAndBranchPara(i,5)&0.85S(TopoStructureAndBranchPara(i,1),TopoStructureAndBranc hPara(i,2))=(abs(V(TopoStructureAndBranchPara(i,1))))^2 *(conj((TopoStructureAndBranchPara(i,5)-1)/(TopoStructu reAndBranchPara(i,5)*(TopoStructureAndBranchPara(i,3)+j *TopoStructureAndBranchPara(i,4)))))+...V(TopoStructureAndBranchPara(i,1))*conj((V(TopoStructur eAndBranchPara(i,1))-V(TopoStructureAndBranchPara(i,2)) )*(1/(TopoStructureAndBranchPara(i,5)*(TopoStructureAnd BranchPara(i,3)+... j*TopoStructureAndBranchPara(i,4)))));S(TopoStructureAndBranchPara(i,2),TopoStructureAndBranc hPara(i,1))=(abs(V(TopoStructureAndBranchPara(i,2))))^2 *(conj((1-TopoStructureAndBranchPara(i,5))/(TopoStructu reAndBranchPara(i,5)^2*(TopoStructureAndBranchPara(i,3) +j*TopoStructureAndBranchPara(i,4)))))+...V(TopoStructureAndBranchPara(i,2))*conj((V(TopoStructur eAndBranchPara(i,2))-V(TopoStructureAndBranchPara(i,1)) )*(1/(TopoStructureAndBranchPara(i,5)*(TopoStructureAnd BranchPara(i,3)+...38 xx 理工学院毕业设计论文j*TopoStructureAndBranchPara(i,4))))); elseS(TopoStructureAndBranchPara(i,1),TopoStructureAndBranc hPara(i,2))=(abs(V(TopoStructureAndBranchPara(i,1))))^2 *(-j)*TopoStructureAndBranchPara(i,5)+V(TopoStructureAn dBranchPara(i,1))*...conj((V(TopoStructureAndBranchPara(i,1))-V(TopoStructur eAndBranchPara(i,2)))*1/(TopoStructureAndBranchPara(i,3 )+j*TopoStructureAndBranchPara(i,4)));S(TopoStructureAndBranchPara(i,2),TopoStructureAndBranc hPara(i,1))=(abs(V(TopoStructureAndBranchPara(i,2))))^2 *(-j)*TopoStructureAndBranchPara(i,5)+V(TopoStructureAn dBranchPara(i,2))*...conj((V(TopoStructureAndBranchPara(i,2))-V(TopoStructur eAndBranchPara(i,1)))*1/(TopoStructureAndBranchPara(i,3 )+j*TopoStructureAndBranchPara(i,4)));end end NAM39 xx 理工学院毕业设计论文V NodeData S Balance40 xx 理工学院毕业设计论文外文资料翻译Electric Power Quality (PQ) has been a topic for a consideration for a new decades now, but power quality has acquired intensified interest and importance during the last decade for many reasons. A major factor contributing to the importance of the quality of power is the deregulation of the power industry. Customers will demand higher levels of power quality to ensure the proper and continued operation of sensitive equipment and processes. Electric power quality problems are many and are largely dependent on the system of configuration and the system equipment. The proper diagnosis of power quality problems requires a high level of engineering experiment, and the required expert knowledge is not in any one area,but is rather in many areas of power knowledge.Despite the existence of numberous capabilities for recording PQ waveforms, there is a great shortage of qualified power systems engineers who can analyze the data and diagnose/solve the problems. Power quality had become an issue of increasing interest since the late 1980s.The interest in PQ involves all three parties concerned with the power business:utility companies,equipment manufacture,and electric powercustomers.There are many reasons for the growing concern with PQ . Visualization software packs a large amount of information into a single computer-generated image, enabling viewers to interpret the data more rapidly, and more accurately than ever before. This kind of software will become still more useful, even indispensable as electricity grids are integrated over evr-larger areas, as transmission and generation become competitive markers, and as transactions grow in number and complexity. 00Tracking and managing these burgeoning transaction flows puts operating authorities on their mettle. While the electric power system was designed as the ultimate in plug-and – play convenience, the humble wall outlet has become a gateway to one of the largest and most complex off man -made41 xx 理工学院毕业设计论文objects. For example, barring a few islands and other small isolated systems, the grid in most of North America is just one big electric circuit .It encompasses billions of components, tens of millions of kilometers of transmission line, and thousands of generators with power outputs ranging from less than 100 KW to 1000MW and beyond . Grids on other continents are similarly interconnected. In recent years, a further complicating factor has emerged .Along with the broadening integration of power systems has come the increased transfer of large blocks of power from one region to another. In the United States, because of varying local power loads and availability, utilities purchase electricity from distant counterparts and independent suppliers exploitingprice differentials to economize on costs .For one , the Tennessee Valley Authority , which provides power to more than 8 million residents in seven states using over 27000 km of transmission lines , handled a mere 20000 transaction requests through its service territory in 1996 , compared to the 300000 in 1999 . The next effect is that data once of interest mainly to small cadres of utilities now must be communicated to the new entities being established to manage restructured grids. In the United States, that means independent system operators(ISO S ) and regional transmission organization( RTOs ), which have to be able to grasp fast-changing situations instantaveously and evaluate corrective strategies nearly as fast . Power marketers ’ needs , too , become more urgent, as access to the grid is opened and competition among generators is introduced across the United States and elsewhere . They must be able to see just how much existing and proposed transactions will cost, and the availability of electricity at any time and point in the system . Finally , concepts like power flow, loop flow, and reactive power, which once mattered only to the engineers directly involved in grid operations , now communicated to public service commissions and the consumer-voters42 xx 理工学院毕业设计论文to whom such boards are answerable . In short , whether the client/user is a power marketer, a grid operator or manager , a public authority, or a member of the public , power system visualization tools can aid their comprehension by lifting the truly significant above background noise .Such tools can expedite decision-making for congestion management , power trading , market organization, and investment planning for the long term. The visualization tools illustrated here are available from Power World Corp, Urbana, Illinois , Visualization tools offered by others rely on updated text, ABB, Alstom ESCA, GE Harris, and Siement, for example , offer tools that are part of larger energy management systems packages .The usual reason that a large transfer of power can be hard to handle is that there are few mechanisms to control its route through the transmission system from generator to distant load. Often that route is indirect, dictated by the impedances of the lines and places where power enters or leaves the system. In effect, a single transaction between a generator and a utility spreads throughout a large portion of the grid----aphenomenon termed loop flow. (To be sure ,current can be and is directly guided during high -voltage direct-current[HVDC] transmission. And ac current is being nudged in desired directions by devices like phase-shifting transformers and series compensation capacitors, often lumped together as flexible ac transmission (FACT) devices. However very few of these devices are available in most large power systems, so in effect transmission flower are not controllable.) The percentage of a transfer that flows on any component in the grid---- a transformer, say is known, in language developed for the U.S. Eastern interconnect, as the power transfer distribution factor (PTDF). A transaction that would send power through an overload component, in a direction to increase the loading , may not be allowed , or if already under way , may have to be curtailed . The U.S. procedure for ordering such curtailments is known as transmission-line loading relief (TLR).Its developer43 xx 理工学院毕业设计论文was the North American Electric Reliability Council(NERC) ,the utilities ’ voluntary reliability organization in Princeton , New Jersey . To reiterate, a grid component owner that detects overloading serves notice with the relevant authority---an ISO or RTO, for example---and asks for relief . The independent operator , or whoever , thereupon orders loading relief measures . For the component in question , any transaction involving a distribution factor higher than a predetermined level----set by NERC at 5% of the transaction---is a candidate for curtailment . If more than 5% of the power transferred as part of a transaction will go over a grid component subject to a TUR, the transaction may be scaled back or canceled Those TLR measures in turn will affect other existing and proposed transaction , requiring further near-instantaneous analysis by utilities, grid supervisors and power marketers. The need in every level for state -of-the-art visualization tools is obvious, since any bottleneck in this complex system can quickly cause brownouts blackouts , or nasty price spikes . To determine how power moves through a transmission network from generators to loads, it is necessary to calculate the real and reactive power flow on each and every transmission line or transformer, along with associated bus voltages(in other words, the voltages at each node ) . With networks containing tens of thousands of buses and branches, such calculations yield a lot of numbers. Traditionally they were presented either in reams of tabular output showing the power flows at each bus or else as data in a static so-called one-line diagram. (One-line diagrams are so named because they represent the actual three conductors of the underlying three-phase electric system with a single equivalent line.) The visualization challenge is to make these concepts intuitive. One simple yet effective technique to depict the flow of power in an electricity network is to use animated line flow Dynamically sized pie charts are another visualization idea that has proven useful for quickly detecting overload in a large network. On the44 xx 理工学院毕业设计论文one-line, the percentage fill in each pie charts indicates how close each transmission line is to its thermal limit. When thousands of lines must be considered, however checking each and every value is not option. Of course, tabular displays can be used to sort the values by loading percentage, but with a loss of geographical relevance. Because engineers and traders are mostly concerned with transmission lines near or above their limits,low-loaded lines can be eliminated by dynamically sizing the pie charts to become visible only when the loading is above a certain threshold. In the past ,to form a mental picture of how line-loading relief measures might affect a market or reliability area, marketers or operators would have had to scan a long numerical list of distribution factors － no easy task once the list grows beyond a hundred or so entries. This is because in any large grid system , there are huge numbers of distribution factor sets, each dependant on pairs of buyers and sellers. Contouring provides a good solution, making the impact of loop flow apparent at a glance. Another way of mapping the implications of TLRs is illustrated above: the map shows the distribution factors for a hypothetical power transfer from a utility in eastern Wisconsin and the Tennessee alley Authority. Note that the transfer from a utility in eastern Virginia. Of the 45000 lines modeled in the case,171 had PTDFs above 5%,while for 578 the PTDFs were above 2%. With the aid of such tools, a marketer can easily start considering a host of WHAT IF scenarios . How might a loading relief on a transmission line affect market participants other than those directly involved in a transaction? What if there is an outage of a major transmission line ? What is the outlook for other potential buyers?45 xx 理工学院毕业设计论文电能质量一直是人们几十年来考虑的一个话题。在这几十年里，由于 存在很多因素，电能质量问题引起了人们广泛的兴趣和重视。电能质量更 加引起重视的一个主要因素是对电力行业管理的放开。消费者需要质量更 高的电能，一确保那些灵敏的电气设备及生产过程能够正常连续的进行。 电能质量本身目前存在着大量的问题，大部分都源于系统的结构和装 置本身。正确判断电能质量问题需要高水平的专门工程知识，这种知识不 局限于一个方面，而涉及电能知识的许多 方面。尽管许多设备都能够记录 电能质量的波形，但能够分析数据，判断并解决质量问题的合格的电力系 统工程师却十分匮乏。从 20 世纪 80 年代后期开始，电能质量开始成为人 们日益关注的问题。电能质量问题涉及与电力行业有关的三个方面：公用 事业公司、设备制造厂商和电能用户。人们对电能质量问题的关注不断增 强的原因是多方面的。 可视化软件包了大量的信息到一个单一的电脑产生的影像，使观众解 释数据更迅速，更准确地比以往任何时候。这种软件将变得更加有用的， 甚至是必不可少的电网综合以上 evr - 较大的地区，传输和下一代成为有 竞争力的标志，作为交易的增长在数量和复杂性。 跟踪和管理这些新兴的交易流动作业当局把自己的勇气。尽管电力系 统的目的是为最终的即插即用的方便，谦虚的墙壁电源插座已经成为一个 门户，其中一个最大和最复杂的了人造物体。例如，禁止一些岛屿和其他 小孤立的系统，网格在大多数北美只是一个大的电路。它涵盖数十亿的组 成部分，几千万公里的输电线路，以及数以千计的发电机功率输出范围从 不到 100 千瓦至 1000 及以后。网格对其他大陆也同样是相互关联的。 近年来，进一步复杂化的因素已经出现。随着扩大一体化的电力系统 已经增加转移大块的权力从一个地区到另一个。在美国，因为不同的地方 权力负载和可用性，公用事业购买电力从遥远的同行和独立供应商利用价 格差异，以节约成本。一个原因是，田纳西河流域管理局，其中规定的权 力有 800 多万居民 7 各国使用的二点七零零万公里的输电线路， 处理仅仅 20000 交易服务请求通过其领土在 1996 年相比， 三十〇点零万 1999 年。 在未来的影响是，数据一旦兴趣主要小干部的水电费现在必须传达给正在 建立新的实体来管理重组网格。在美国，这意味着独立系统运营商（团结）46 xx 理工学院毕业设计论文与区域输电组织（占便宜） ，其中必须能够把握快速变化的情况下 instantaveously 和评价纠正战略几乎一样快。 电力市场的需求，也变得更加紧迫，因为进入电网开放和竞争的发电 机介绍了整个美国和其他国家。他们必须能够看到多少现有的和拟议的交 易成本，电力供应在任何时间和点制度。 最后，喜欢潮流的概念，循环流动，无功功率，这只是一次重要的工 程师直接参与网业务，现在传达给公共服务委员会和消费者的选民获董事 会负责。 总之，无论是客户端 / 用户是电力营销，电网经营者或管理者，公共 权力机构，或一名市民，电力系统可视化工具可以帮助他们理解，通过解 除真正重大的上述背景噪音。这种手段可以加快决策的拥塞管理，电力交 易，市场组织，投资规划，从长远来看。 可视化工具，说明在这里可以从世界的权力集团，厄巴纳，伊利诺州， 所提供的可视化工具依赖他人的最新文本， ABB 公司，阿尔斯通能谱， 葛哈里斯和 Siement ，例如，提供工具的一部分，更大的能源管理系统 软件包。 通常的理由是一个大的权力移交是很难处理的是，有少数的机制，以 控制其途经传输系统从发电机到遥远的负荷。往往是间接的这条路线，取 决于阻抗的线路和地方权力进入或离开该系统。事实上，一个单一的交易 之间的一台发电机和实用利差整个大部分电网 ---- aphenomenon 称为 循环流动。 （可以肯定的是，目前可以和直接指导在高压直流 [ 直流 ] 传输。与交 流目前正在推的理想方向的设备，如移相变压器和串联补偿电容器，往往 混为一谈灵活交流输电（事实）设备。然而很少这些器件可以在大部分大 型电力系统，以便有效传输花不可控的） 。 所占的百分比的流动转让的任何部分在网格 ---- 变压器说，众所周 知，在语言发展的美国东部互连，作为权力移交分布因子（ PTDF ） 。 这一交易将通过发送功率超负荷组成部分，在一个方向 ，以增加载入中， 可能不会被允许，或者如果已在进行之中，可能不得不缩减。美国的程序， 供订购这种削减称为传输线装载救灾（ TLR 为） 。它的开发商是北美电47 xx 理工学院毕业设计论文力可靠性协会（ NERC ） ，公用事业自愿可靠性组织在新泽西州普林斯顿。 重申，一个网格部分业主提供检测超载通知有关当局 --- 一个 ISO 或 道路交通条例，例如 --- 和要求救济。独立经营者，或任何人，随即命令 装载救济措施。对于部分问题，但任何交易涉及的分配系数高于预先设定 的水平 ---- NERC 在 5 ％的交易 --- 是候选人限制。如果超过 5 ％的权 力转移的一部分，交易将在网格部分受切除，交易可能会缩减或取消 。 这些措施的 TLR 为反过来将影响到其他现有的和拟议中的交易， 需要 进一步近乎瞬时分析，水电费，网格监督员和电力市场。需要在各个层次 对国家最先进的可视化工具是显而易见的，因为任何瓶颈在这个复杂的系 统能迅速导致 brownouts 停电，或讨厌的油价暴涨。 以确定如何通过移动电源传输网络由发电机负荷，有必要来计算实际 和无功功率流的每输电线路或变压器，以及相关的总线电压（换句话说， 在每个节点上的电压） 。 随着网络含有成千上万的公共汽车和树枝，这种计 算产量很多号码。传统上，他们提出了无论是在大量的表格输出功率流动 显示在每个巴士或其他数据的一个静态所谓单线图。 （单线图而得名，是因 为他们代表的实际三个指挥的根本三相电力系统用一个相当于线） 。 可视化的挑战是使这些概念直观。一个简单而有效的方法来描述流动 的权力在一个电力网是利用动画线条流，动态中小企业饼图是另一种可视 化想法证明是有益的快速检测超载的大网络。对一个线，百分比填写每个 饼图显示如何关闭每个输电线路是它的热限制。 当成千上万的线路都必须加以考虑，但是检查每个值不是选项。当然， 图表显示可以用来排序的价值观载入百分比，但损失的地理意义。因为工 程师和贸易商大多涉及输电线路接近或超过其局限性，低负载线是可以消 除的动态浆纱饼图成为可见只有当加载超过某一阈值。 在过去，以形成一个心理图片如何线负荷救济措施可能会影响到市场 或可靠性方面， 营销或运营商将不得不在很长的数值扫描名单分配的因素， 不是一件容易的事，一旦名单的增长超过了 100 或使项目。这是因为在任 何一个大型网格系统中，有大量的分布因子设置，每个依赖于对买家和卖 家。等高线提供了一个良好的解决方案，使循环流量的影响显而易见，一 目了然。48 xx 理工学院毕业设计论文另一种方式映射的影响受体是如上所述：地图上的分布的因素一个假 设权力移交从实用威斯康星州和东部的田纳西州小巷管理局。请注意，从 实用东部弗吉尼亚州。该模型在四万五千线的情况下， 171 已 PTDFs 超 过 5 ％ ，而 578 的 PTDFs 了 2 ％以上。 借助这种工具，销售商可以很容易地开始考虑一系列如果情景。如何 装载救济的输电线路影响市场参与者以外的其他直接参与交易？如果有故 障的一个主要输电线路？什么是前景的其 他潜在买家？49
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向阳小区GPON光纤接入网规划设计毕业设计论文.doc53页
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北京邮电大学网络教育学院
毕 业 设 计
设计题目：韶关向阳小区GPON光纤接入网规划设计
随着现代信息技术的不断更新升级，人们对电信业务的带宽、业务、简洁、多样的要求也越来也高。GPON是新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽、高速、高效传输、大范围覆盖、用户接口丰富等众多特点。目前，中国运营商逐渐将投资重心转向光纤接入网，为实现接入网业务的宽带化、综合化改造的理想技术。
PON的一系列基础知识和以GPON为接入方式的小区接入网规划。本着实用的原则，综合考虑设备选型，ONU位置，IP地址分配，实现其可运营性。并选定一个小区，进行完整的光纤接入网设计，达到学有所用的目的。
With the development of modern information technology unceasing renewal upgrade, people to telecommunication business of bandwidth, business, concise, diverse requirement also more and more high also. GPON is a new generation of broadband passive optical integrated access standard, has the high bandwidth, high speed, high efficiency transmission, large range, the user interface is rich, and many other features, has been most operators as realize access network business broadband change, comprehensive reform of the ideal technology.
This paper briefly introduces the basic knowledge about a series of GPON and GPON for access area access network planning. In line with the principle of practical, comprehensive consideration of the equipment selection, ONU position, IP address assignment, achieve its operational sex. And selected a area of complete fiber access network design, to achieve the purpose of make your knowledge court.
1.1 光纤接入技术 7
1.2 GPON技术介绍 8
1.3 FTTH技术 11
二 光纤接入网的基本概念 12
2.1 光纤接入网
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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I xx 理工学院毕业设计（论文）The method of Newton- Raphson based on polar ABSTRACTPower 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 flowII xx 理工学院毕业设计（论文）目前录言 ................................................................................................ 1 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 ................ 错误！未定义书签。第一章第 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 .................................................................................. 41III xx 理工学院毕业设计（论文）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。其任务 是根据给定的网络结构及运行条件，求出整个网络的运行状态，其中个母 线的电压、网络中的功率分布以及整个系统的功率损耗等。 潮流计算可以 分为简单网络的潮流计算和复杂系统的潮流计算。简单网络的潮流计算， 比如：辐射型网络的潮流计算和闭式网络的潮流计算。它们是复杂电力系 统潮流计算的基础。在复杂的电力系统潮流计算中需要对电力系统网络进 行必要的计算，用来获得必要的数据。潮流计算在电力系统规划设计及运 行方式分析的离线及在线计算中都发挥着重要的作用。在这个设计中，我 们选折了 MATLAB 开发潮流计算程序，是因为潮流计算在数学上一般属 于多元非线性代数方程组的求解，必须采用迭代计算其中涉及大量的向量 和矩阵运算，使用传统的编程语言将十分麻烦。而 MATLAB 以复数矩阵 为基本运算单元，且内置众多高精度、高可靠性矩阵、数组运算函数、 、数 值计算方法，可大大提高编程的效率。1 xx 理工学院毕业设计（论文）第一章电力系统潮流计算的基本知识1.1 潮流计算的定义及目的电力系统潮流计算分布计算，是指电力系统在某一稳定状态的正常运 行方式下，电力网络各节点的电压和功率分布的计算。它的主要目的： (1) 检查电力系统各元件是否过负荷。 (2) 检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求。 (3) 根据对各种运行方式的潮流分布计算， 可以帮助我们正确地选择系统的 接线方式，合理调整负荷，以保证电力系统安全、可靠地的运行，向用 户供给高质量的电能。 (4) 根据功率分布，可以选折电力系统的电气设备和导线截面积，可以为电 力系统继电保护整定计算提供必要的数据等。 (5) 为电力系统的规划和扩建提供依据。 (6) 为调整计算、经济运行计算、短路计算和稳定计算提供必要的数据。 在计算机技术还未发展以前，电力系统的潮流分布计算多采用“手工” 近似计算，即按照电路的基本关系，用手工来推算各节点的功率和电压。 随着电子计算机技术的进步，电力系统潮流分布的计算几乎已普遍采用计 算机来进行，通过求解描述电力系统状态的数学模型，而得到较精确的解。 潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定 的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压、网络中的功率分布 以及功率损耗等。1.2 潮流计算方法的发展及前景在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以 节点导纳矩阵为基础的高斯 - 赛德尔迭代法。这个方法的原理比较简单，要 求的数字计算机的内存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平 和电力系统理论水平，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次 代入法。2 xx 理工学院毕业设计（论文）20 世纪 60 年代初，数字计算机已经发展到第二代，计算机 的内存和 计算速度发生了很大的飞跃，从而为高斯 - 赛德尔迭代法的采用创造了条 件。阻抗矩阵是满矩阵，高斯 - 赛德尔迭代法要求计算机储存表征系统接线 和参数的阻抗矩阵。这就需要较大的内存量。而且阻抗法每迭代一次都要 求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行计算，因此，每次迭代的计算量很 大。 高斯 - 赛德尔迭代法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性， 解决了导 纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我 国电力系统设计、运行和研究做出了很大的贡献。但是，高斯 - 赛德尔迭代 法的主要缺点就是占用计算机的内存很大，每次迭代的 计算量很大。当系 统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面 的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大 系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗 矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同 时也提高了节省速度。 克服高斯 - 赛德尔迭代法缺点的另一途径是采用牛顿 - 拉夫逊法。牛顿 拉夫逊法是数学中求解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矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中 尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计 算效率。自从 20 世纪 60 年代中期采用了最佳顺序消去法以后，牛顿 - 拉夫 逊法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前 仍被广泛采用的方法。 在牛顿 - 拉夫逊法的基础上，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，对 纯数学的牛顿法进行了改造，得到了 P-Q 分解法。 P-Q 分解法在计算速度 方面有显著的提高，迅速得到了推广。 牛顿 - 拉夫逊法的特点是将非线性方程线性化。 20 世纪 70 年代后期， 有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高阶项也包括进来，希望以 此提高算法的性能，这便产生了保留非线性的潮流算法。另外，为了解决 病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模 型，即非线性规划潮流算法。3 xx 理工学院毕业设计（论文）近 20 多年来， 潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围 绕改进牛顿法和 P-Q 分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗 传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前 为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿 - 拉夫逊法和 P-Q 分解法的地位。 由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并 行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领 域4 xx 理工学院毕业设计（论文）第 2 章 潮流计算的节点2.1 节点的分类节点电压方程是潮流计算的基础方程式。在电气网络理论中，一般是给出 电压源或电流源，为求得网络内电流和电压的分布，只要直接求解网络方程就 可以了。但是，在潮流计算中，在网络的运行状态求出以前，无论是电源的电 势值，还是节点的注入的电流，都是无法准确给定的。 图 2-2 表示某个三节点的简单电力系统及其等值电路，其网络 方程为? ? ? ? ? ? I 1 ? Y 11U 1 ? Y 12U 2 ? Y 13U 3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? I 2 Y 21U 1 Y 22U 2 Y 23U 3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? I 3 Y 31U 1 Y 32U 2 Y 33U 3 ?即? ?（ i＝ 1， 2， 3） I i ? Y i1U 1? Y i U 2 3 3 2 ?Y i U????(2-1)因为 s ? ui ，所以节点电流用功率和电压可以表示为?Ii ?Si ? ?P? ?Gi? P LDi ? ? j??QGi?QLDi?(2-2)UiUi?Q将式 (2-2) 带入式 (2-1) 可得?PGi? P LDi ? ? j??QGiLDi??UiY U 1?Y U 2 ?Y U 3i1 i2 i3???这是一组复数方程式，如果把实部和虚部分开，便得到 6 个实数方程。但 是每个节点都有 6 个变量，即发电机发出的有功功率和无功功率、负荷需要的 有功功率和无功功率，以及节点电压的幅值和相位（或对应与某一个参考直角 坐标的实部和虚部） 。对于 n 个节点的网络，可以写 2n 个方程，但是确有 6n5 xx 理工学院毕业设计（论文）个变量。因此，对于每个节点，必须给定这 6 个变量中的 4 个，使待求量的数 目同方程的数目相等，才能对方程求解。 通常把负荷功率作已知量， 并把节点功率 Pi ? PGi ? P LDi 和 Q ? Q ? Qi GiLDi引入网络方程。这样 n 个节点的电力系统潮流方程的一般形式可以写为P ? jQ ? ? ?Y U Ui n ? i j ?1 ij（ i ＝ 1 ， 2 ， … .n ）j或Pi ? jQ ? U i?i j ?1?nUUij??(2-3)j将上述方程的实部和虚部分开，对每一个节点可得 2 个实数方程，但是变 量仍还有 4 个，即 P 、 Q 、 U 、 ? 。还要给定其中的 2 个，将剩下的 2 个作为待 求变量，方程组才可以求解。根据电力系统的实际运行条件，按给定变量的不 同，一般将节点分为以下三种类型。 1.PQ 节点 这类节点的有功功率 P 和无功功率 Q 是给定的。节点电压（ U ， ? ） 是待求量。通常变电所都是在这一类型的节点，由于没有发电机设备，故 发电机功率为零。 若系统中某些发电厂送出的功率在一定时间内为固定时， 则该发电厂母线可作为 PQ 节点。可见电力系统的绝大多数节点属于这一 类型。 2.PU 节点 这类节点的有功功率 P 和电压幅值 U 是给定的， 节点的无功功率 Q 和 电压的相位 ? 是待求量。这类节点必须有足够的可调无功容量，用以维持 给定的电压幅值，因而又称之为电压控制节点。一般是选折有一定无功储 备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为 PU 节点。在电力系统 只能中，这一类的数目很少。 3 ．平衡节点 在潮流分布算出以前，网络中的功率损失是未知的，因此，网络中至 少有一个节点的有功功律 P 是不能给定的，这个节点承担了系统有功功率 的平衡，故称之为平衡节点。另外，必须选定一个节点，指定其电压相位6 xx 理工学院毕业设计（论文）为零，作为计算各节点电压相位的参考，这个节点称为基准节点。基准节 点的电压幅值是给定的。 （亦称为松弛节点、摇摆节点） 。电力系统中平衡 节点一般只有一个，它的电压幅值和相位是给定的，而其有功功率和无功 功率是待求量。 一般选折主调频发电厂为平衡节点比较合适。但在进行潮流计算时也 可以按照惯例的原则来选折，例如，为了提高导纳矩阵法潮流程序收敛性， 也可以选折出线较多的发电厂母线做为平衡节点。 根据以上所述可以看到，尽管网络方程是线性方程但是由于在定解条 件中不能给定节点电流，只能给出节点功率，这就使潮流方程变为非线性 方程了。由于平衡节点的电压已给定，只需要计算其余（ n － 1 ）个节点的 电压。所以方程式的数目实际上只有 2 （ n － 1 ）个。2.2 潮流问题变量的约束条件 通过求解方程得到了全部节点电压以后，就可以进一步计算各类节点的功 率以及网络中功率的分布。 这些计算结果代表了潮流方程在数学上的一组解答。 但这组解答所反映的系统运行状态，在工程上是否具有实际意义还需要进行检 验，因为电力系统运行必须满足一定技术上和经济上的要求。这些要求构成了 潮流问题中某些变量的约束条件，通常的约束条件有： 1. 所有节点电压必须满足Ui min? U i ? U i max (i ＝ 1 ， 2 ， …… n)这个条件是说各节点电压的幅值应限制在一定的范围之内。 从保证电能 质量和供电安全的要求来看，电力系统的所有电气设备都必须运行在额定 电压附近。对于平衡节点的 PU 节点，其电压幅值必须按上述条件给定。 因此，这一约束条件主要是对 PQ 节点而言。 2. 所有电源节点的有功功率和无功功率必须满足的条件pGi min?pGi?pGi max和QGi min?Q ?QGiGi maxPQ 节点的有功功率和无功功率以及 PU 节点的有功功率， 在给定时就必 须满足上式条件。因此对平衡节点的 P 和 Q 以及 PU 节点 Q 应按上述条件 进行检验。7 xx 理工学院毕业设计（论文）3. 某些节点之间电压的相位差应满足? ??ij? ? i ??j max为了保证系统运行的稳定性，要求某些输电线路两端电压相位差不超 过一定的数值。这一约束的主要意义就在于此。如果计算出来的结果不满 足这些约束条件，必须修改某些变量的给定值，甚至修改系统的运行方式。第 3 章 电力网络的数学模型电力网络的数学模型指的是将网络有关参数和变量及其相互关系归纳起来 所组成的、可以反映网络性能的数学方程式组。也可以说是对电力系统的运行 状态、变量和网络参数在电力系统潮流分布的计算中，广泛采用的是节点电压 方程。 在电工原理课中，已讲过用节点导纳矩阵表示的节点电压方程为? ? ? ? ? ? ? ? ? ? I n ? ?Y n ? ?U n ? ? ? ? ?对于 n 个节点的网络，它可以展开为（ 3-1 ）?? ? ? I1? ? ? ? ?Y 11 ? ? ? ? I 2 ? ?Y 21 ? . ? ? . ? ??? . ? . ? ? ? . ? ? . ? ? ? ?Y n1 ?? ? ? ? ? ?I n?Y Y12 22...... ...... ...... ....... . .Yn2? ? ? ?U 1 ? ? ? Y 1n ? ?? ? ? Y 2n ? ?U 2 ? . ?? ? ?? . ? . ?? . ? ? . ?? ?? . ? ?? ? ? Y n3 ? ? ? ?U n ?(3-2)式（ 3-1 ）中的是节点注入电流的列向量。是节点电压的列向量。网络中有 接地支路时，通常以大地为参考点，节点电压就是各节点的对地电压。8 xx 理工学院毕业设计（论文）3.1 节点导纳矩阵的形成 节点导纳矩阵的对角线元素称为自导纳。由式 (3-2) 可见，自导纳 Y ii 等于?在节点 i 施加单位电压 U ，其它节点全部接地时，经过点 i 向网络中注入的电 i 流，亦等于与节点相连支路的导纳之和。其表示式为?Y ii ?Ii ? ?? I U Ii? i j?iij? ? y (U i ? 1,U j ? 0, i ? j )j?i ij(3-3)节点导纳矩阵的非对角线元素 Y ij (i ＝ 1 、2 、… n ,j=1 、2 、… n 但 i ? j) 称为 互导纳。由式（ 3 － 3 ）可见，互导纳 Y ij 在数值上就等于节点 i 施加单位电压， 其它节点全部接地时，经节点 j 注入网络的电流。亦等于节点 i ， j 之间所连支 路元件导纳的负值，其表示式为?Ij Y ? ? I j ? ? y (U U? ij ji iiji? 1,U j ? 0, i ? j )(3-4)依据互导纳的物理意义可知 Y ij ＝ ? y ，即 Y ij ＝ Y ji ；特别地，当节点 i 、 j 之间无直接支路相连时， Y ij ＝ Y ji ＝ 0 。在复杂电力网中，这中情况较多，从 而使矩阵中出现了大量的零元素、节点导纳矩阵称为稀疏矩阵。一般来说Yii? Y ij ，即对角线元素的绝对值大于非对角线元素的绝对值，使节点导纳矩阵称为具有对角线优势的矩阵。因此节点导纳矩阵是一个对称、稀疏且具有对 角线优势的方阵。3.2 节点导纳矩阵的修改在电力系统中，接线方式或运行状态等均会发生变化，从而使 网络接线改 变。比如一台变压器支路的投入或切除，均会使与之相连的节点的自导纳或互 导纳发生变化，而网络中其它部分结构并没有改变，因此不必从新形成节点导9 xx 理工学院毕业设计（论文）纳矩阵，而只需对原有的矩阵作必要的修改就可以了。现在几种典型的接线变 化说明具体的修改方法。 （ 1 ）从原有网络的节点 i 引出一条导纳为 Y ij 的支路 ( 见图 3 － 1 ， （ a） ) ， j 为新增加的节点，由于新增加了一个节点，所以节点导纳矩阵增加一阶，矩阵 作如下修改： 1 ）原有节点 i 的自导纳 Y ii 的增量 ?Y ii ＝ 2 ）新增节点 j 的自导纳 Y ij ＝yij；yij；3 ）新增的非对角元素 Y ij ＝ Y ji ＝－yij；其它新增的非对角元均为零。 （ 2）在原有网络的节点 i 与 j 之间增加一条导纳为 与 i 、 j 有关的元素应作如下修改：yij的支路 ( 见图 3 － 1 ， （ b ） ) ，则1 ）节点 i 、 j 的自导纳增量 ?Y ii ＝ ?Y jj ＝yij；2 ）节点 i 、 j 的互导纳增量 ?Y ij ＝ ?Y ji ＝－ （ 3） 在网络的原有节点 i 、 j 之间切除一条导纳为yijij。y的支路， （ 见图 3 － 1 ， （ c） )） ，其相当在 i 、j 之间增加一条导纳为－ 以下修改：yij的支路，因此与 i 、j 有关的元素应作1 ）节点 i 、 j 的自导纳增量 ?Y ii ＝ ?Y jj ＝－yij；2 ）节点 i 、 j 之间的互导纳增量 ?Y ij ＝ ?Y ji ＝ （ 4 ）原有网络节点 i 、j 之间的导纳由'yij；（ d ）) ，相当于 y ij 变成 yij 见图 3－ 1 ，10 xx 理工学院毕业设计（论文）'在节点 i 、 j 之间切除一条导纳为y ij 的支路，在增加一条导纳为 yij 的支路，则与 i 、 j 有关的元素应作如下修改： 1 ）节点 i 、 j 的自导纳增量 ?Y ii ＝ ?Y jj ＝ 2 ）节点 i 、 j 的互导纳增量 ?Y ij = ?Y ji ＝yij － y ij ；－'y ijyij 。'iyiji jyiji j (c)-yiji j (d)-yijy? ij(a)(b)图 (3-1)11 xx 理工学院毕业设计（论文）第 4 章 潮流计算的原理4.1 牛顿－拉夫逊法设有单变量非线性方程f ( x) ? 0(4-1)(0)求解此方程时。先给出解的近似值x?x(0)它 与 真 解 的 误 差 为 ?x(0)，则x( 0)? ? x 将满足方程，即f (x(0)( 0)? ?x ) ? 0(4-2)将 (3-8) 式左边的函数在x(0)附近展成泰勒级数，于是便得f (x ? ?x ) ? f (x ) ?(0)(0)(0)f (x'(0))? x ?(0)f (x''(0)(? x (0)) )2!2? ...... ?f(n)(x(0)(? x (0)) )n!n? ....(4-3) 式 中 ，f (x数。'( 0 )) , ……f(n)( x ) 分别为函数 f ( x) 在 x(0)(0)处的一阶导数， … . ， n 阶导如果差值 ? x(0)很小， (3-9) 式右端 ? x(0)的二次及以上阶次的各项均可略去。于是， (3-9) 便简化为f (x ? ?x ) ? f (x ) ?(0) (0) (0)f (x'(0))? x ＝ 0(0)(4-4)这是对于变量的修正量 ? x 可得修正量 ? x 用所求的 ? x(0)(0)的现行方程式，亦称修正方程式。解此方程(0)??f (x )(0)f (x'(0))(4-5)去修正近似解，变得x(1)? x ? ?x(0)(0)?x ?(0)f (x )(0)f (x'(0))(0)(4-6) 也只是由于 (3-10) 是略去高次项的简化式 ，因此所解出的修正量 ? x 近似值。修正后的近似解x(1)同真解仍然有误差。但是，这样的迭代计算12 xx 理工学院毕业设计（论文）可以反复进行下去，迭代计算的通式是x( k ?1)?x ?(k )f (x )(k )f'(x )(k )(4-7)迭代过程的收敛判据为f (x ) ? ? 1(k )(4-8)或 式中?x(k )?? 2(4-9)?1，?2为预先给定的小正数。这种解法的几何意义可以从图 3 － 1 得到说明。函数 y＝ f(x) 为图中的 曲线。 f(x) ＝ 0 的解相当于曲线与 x 轴的交点。 如果第 k 次迭代中得到 x,y 则过 ? ? ?x(k ) (k ) (k )(k )，? f ( x ) ? 点作一切线， 此切线同 x 轴的交点便确定了下一个 ? ?近似值 x( k ?1)。由此可见，牛顿－拉夫逊法实质上就是切线法，是一种逐步线性化的方法。 应用牛顿法求解多变量 非线性方程组 (3-1) 时，假定已给出各变量的 初值x (0) ， x (0)12….x (0)n，令 ?x (0) ， ?x (0) ， … ..1 2?x(0) 分别为各n变量的修正量，使其满足方程 (3-1) 即? f ( (0) ? ? (0) , (0) ? ? (0) ,...., (0) ? ? (0) ) ? 0 x 1x 2 x 2 x n x n ? 1x 1 ? ( (0) ? ? (0) , (0) ? ? (0) ,...., (0) ? ? (0) ) ? 0 ?f 2 x 1 x 1x 2 x 2 x n x n ? ...... ? ? ( (0) ? ? x (0) , x (0) ? ? x (0) ,...., x (0) ? ? x (0) ) ? 0 ? 1 2 2 n n ?f n x 1(4-10) 将上式中的 n 个多元函数在初始值附近分别展成泰勒级数 , 并略去含有? x (0) , ? x (0) ， …… ， ? x (0) 二次及以上阶次的各项，便得12 n13 xx 理工学院毕业设计（论文）? ?f ? ? 1 (0) ? f 1 | ? (0) ? ... ? f 1 | ? (0) ? 0 ? f ( (0) , (0) ,..., (0) ) ? ? | ? xn 0 x n ? 1 x 1 x 2 x n ? x1 0 x 1 ? x 2 0 x 2 ? ?f ?f ?f ? 1 1 1 (0) (0) ? ? ? ? ... ? ? f 2( x (0) , x (0) ,..., x (0) ) ? | | | ? (0) ? 0 1 2 n ? x1 0 x 1 ? x 2 0 x 2 ? xn 0 x n ? ? ...... ? ? ? ( (0) , (0) ,..., (0) ) ? ? f 1 ? (0) ? ? f 1 ? (0) ? ... ? ? f 1 ? (0) ? 0 | ? f n x 1 x 2 x n ? |0 x 1 ? |0 x 2 ? xn 0 x n x1 x2 ?(4-11) 方程式 (3-17) 也可以写成矩阵形式? ? ? ? ? ? ? ?f f f?? f 1 ? |0 ? ? (0) (0) (0) x ? 1 ( , ,..., x ) ? 1 x 1 x 2 n ? ?? f 2 ( x (0) , x (0) ,..., x (0) ) ? | 2 1 2 n ? ? ?? ? x1 0 ? ? ...... ? ... ? ? (0) (0) (0) ( , ,..., x )? n x ?? f 1 x 2 n ? n ? |0 ? ? ? x1f | ?x ?f | ?x?1 2 2 20... ... ...0... ?f | ?xn 20?? ? ? ? ? (0) ? ? f ? ? x n? n ? ... | ? x n 0? ? ...(4-12)f ? |? ?x ? ? (0) ? ? ??x ? ? f ?? ? (0) | ? ?? x ? ?x ? ? ... ??1 0 n 1 2 0 2 n方程式 (3-18) 是对于修正量 ? x (0) , ? x (0) , …… , ? x (0)12n的线性方程组 , 称为牛 顿 法 的修 正 方程 式 .利 用 高 斯消 去 法 或三 角 分 解法 可 以解 出修 正 量? x (0) , ? x (0) , …… , ? x (0) 。然后对初始近似值进行修正12 nx(1) ? (0) ? ? (0) x xi ii(i=1,2, ….,n)(4-13)如此反复迭代，在进行 k ＋ 1 次迭代时，从求解修正方程式14 xx 理工学院毕业设计（论文）? ? ? ? ? ? ? ?f f f?? f 1 ? | ? ? x1 k ( x (k ) , x (k ) ,..., x (k ) ) ? ? 1 1 2 n ? ?? f 2 ( x (k ) , x (k ) ,..., x (k ) ) ? |k 2 1 2 n ? ? ?? ? ? x1 ? ...... ? ... ? ? ( (k ) , x (k ) ,..., x (k ) ) ? n x ?? f 1 2 n ? n ? |k ? ? ? x1f | ?x ?f | ?x?1 2 2 2k... ... ...k... ?f | ?xn 2k?? ? ? ? ? (k ) ? ? f ? ? x n? n ? ... | ? xn k? ? ...(4-14)f ? |? ?x ? ? (k ) ? ? ??x ? ? f ?? ? ( k ) |? ? ? ?x ? ? x ? ... ??1 k n 1 2 k 2 n得到修正量 ? x (k ) ， ? x (k ) ， ? x (k ) ，并对各变量进行修正12 nx(k ?1) ? (k ) ? ? (k ) x xi ii(i=1,2, … ,n)(4-15)式 (3-20) 和 (3-21) 也可以缩写为F(X(k )) ? ?J ? X(k )(k )(4-16) (4-17)和X?f ?x( k ?1)?X(k )??X(k )式中的 X 和 ? X 分别是由 n 个变量和修正量组成的 n 维列向量； F(X) 是由 n 个多元函数组成的 n 维列项量；J 是 n 阶方阵，称为雅可比矩阵，它的第 i 、 j 个元素 J ij ?i i是第 n 个函数f ( x , x ,..., x , ) 对第 j 个变量 xi 1 2 nj的偏导数；上角标 (k) 表示 J 阵的每一个元素都在点 迭代过程一直到满足收敛判据f ( x(k )1 x(k ) 2 ..., x(k ) n ) 处取值。i , , ,max? f ( x(k) , x(k) ,..., x(k) ) ? ? ?i 1 2 n1(4-18)或 为止。max ? x(k ) ? ? 2i??(4-19)?1和?2为预先给定的小正数。将牛顿－拉夫逊法用于潮流计算，要求将潮流方程写成形如方程式 (3-1) 的形式。由于节点电压可以采用不同的坐标系表示，牛顿－拉夫逊法 潮流计算也将相应的采用不同的计算公式。15 xx 理工学院毕业设计（论文）图 (4-1) 牛顿－拉夫逊方法的几何意义16 xx 理工学院毕业设计（论文）第 5 章 计算实例5.1 算例图 1 为一五结点系统，各支路参数均为标么值。假定结点 1 、 2 、 3 为 PQ 节点，结点 4 为 PV 节点、结点 5 为平衡结点，试分别用直角坐标和极坐标牛 顿－拉夫逊法计算其潮流。取收敛判据为 | ? Pi |? 10 -5 和 |? Q i ( ? Vi 2 )| ? 10 -5 。给定： S 1 =? 1.6 ? j0.8 S 2 = ? 2.0 ? j1.0 S 3 =? 3.7? j1.3 P 4 =5.0|V 1 （ 0 ） |=|V 2 （ 0 ） |=|V 3 （ 0 ） |=|V 4 （ 0 ） |=1.00(0) (0) (0) e1 ? e2 ? e3 ? 1.00|V4 |=|V 5 |=1.05(0) e4 ? e5 ? 1.05f1(0) ? f 2(0) ? f3(0) ? f 4(0) ? f5 ? 0J0.25J0.25 0.08+j0.304 j0.0151:1.0520.1+j0.351.05:1 3j0.035j0.25 0.04+j0.25 J0.25图 1 - 5 节点系统15.2 节点导纳的形成根据节点导纳矩阵的定义，可求的节点导纳矩阵各元素，即17 xx 理工学院毕业设计（论文）Y11?y10?y12?y13? j 0.25 ?1 1 ? 0.04 ? j 0.25 0.1 ? j 0.35=j0.25+0......291665 与节点１有关的互导纳为Y Y12? Y 21 ? ? y =-0..9001561231? Y 13 ? ? y =-.64150913支路 2-4 为变压器支路，可以求出节点 2 的自导纳为Y22?y20?y12?y23?y /k452＝ j0.225 ＋ j0.25+0...829876 -j3..05 ＝ 1..980821 与节点 2 有关的互导纳为2Y Y矩阵为23 24? Y 32 ? ?0.829876 ? j ? Y 42 ? ? y / k 42 ? ? j 63.49206442用类似的方法可以求出导纳矩阵的其他元素，最后可得到节点导纳?0.. 0 ? 1.378742 ? ? ? j 6.291665 ? j 3.900156 ? j 2.641509 ? ? ? ? ?0.624025 ? 1..829876 ? j 63. ? ? ? j 3.900156 ? j 66.980821 ? j 3.112033 ? ? Y? ? ?0... ? j 31.746032? ? ? ? ? j 2.641509 ? j 3.112033 ? j 35.737858 ? ? ? 0 ?63. ? j 66. ? ? 0 0 ? j 31. ? j 33.33333 ? ? ? ?5.3 计算结果18 xx 理工学院毕业设计（论文）节点原始数据： scanf the 1th numbers: 2 -4 0 0.015 1.05 scanf the 2th numbers: 4 3 0.08 0.30 0.25 scanf the 3th numbers: 4 5 0.04 0.25 0.25 scanf the 4th numbers: 5 3 0.1 0.35 0 scanf the 5th numbers: -3 1 0 0.03 1.05 计算结果 v=0.859153+j-0.071821 v=1..330473 v=1.033518+j-0.077383 v=0..390673 the balance node:2..299404 s=-1.466181+j-0.409076 s=1..672557 s=-0.133819+j-0.39092419 xx 理工学院毕业设计（论文）结论电力系统潮流计算分布计算，是指电力系统在某一稳定状态的正常运 行方式下，电力网络各节点的电压和功率分布的计算。它的主要目的： (1) 根据功率分布，可以选折电力系统的电气设备和导线 截面积，可以为 电力系统继电保护整定计算提供必要的数据等。 (2) 检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求。 (3) 根据对各种运行方式的潮流分布计算，可以帮助我们正确地选择系统的 接线方式，合理调整负荷，以保证电力系统安全、可靠地的运行，向用户 供给高质量的电能。 (4) 检查电力系统各元件是否过负荷。 (5) 为电力系统的规划和扩建提供依据。 (6) 为调整计算、经济运行计算、短路计算和稳定计算提供必要的数据。 潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的 运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压、网络中的功率分布以及 功率损耗等。潮流计算的数学模型是以节点的方程为基础，推导出相应的功 率方程。 当电力系统中必需的已知条件给定后潮流分布， 取决于网络的结构， 而网络结构在功率方程中的反映是节点导纳矩阵或节点阻抗矩阵。在复杂电 力网中，在各个节点中没有直接相连的节点很多，从而使矩阵中有很多零元 素、节点导纳矩阵成为稀疏矩阵。一般来说，对角元素的绝对值大于非对角 元素的绝对值，使节点导纳矩阵成为具有对角线优势的矩阵。因此，节点导 纳矩阵是一个对称、稀疏且具有对角线优势的方阵。这给以后的分析计算带 来了很大的方便，它有利于节省内存、提高计算速度以及改善收敛等。功率 方程是非线性代数方程组，必须采用数值求解的方法进行计算。在首先讨论 了电力系统节点的分类以及潮流计算结果的约束条件后，具体介绍了常用于 潮流计算的主要方法－牛顿－拉夫逊法。在实例计算这一章节中的验证，从 计算量来看，计算量不是特别的庞大，计算结果可以迅速的收敛，可以快速 准确的计算出各个节点的待求量。从效果来看，牛顿－拉夫逊法的迭代次数 较少。从计算的速度来看，速度比较快。在计算初始时，要选定比较适合的20 xx 理工学院毕业设计（论文）初始值才能满足计算结果的迅速收敛， 如果选值不合适， 计算结果不会收敛， 可能成为发散型的算式。 另外， MATLAB 的现有界面对用户而言不直接、不方便。因此选择开 发了潮流计算程序界面 ,VB 作为一种可视化的编程工具 , 其编程简单、 界面友 好 , 但它的计算能力相对较弱 , 因此将 MATLAB 与 VB 的优势结合起来 , 让它 们取长补短 , 进行无缝链接 , 可使编程更专业、更灵活。21 xx 理工学院毕业设计论文谢 辞经过几个月的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，在这次 的毕业设计中，我们做的是牛顿－拉夫逊法潮流计算，课题类型为工程设 计类的题目，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有 导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难 以想象的。 在论文写作过程中，得到了吴茜琼老师的亲切关怀和耐心的指导。她 严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和 激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，吴老师都始终给予我们细心 的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，吴老师不仅在学业上给我们以精 心指导，除了敬佩刘孝书老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的 精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨 向吴老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的 顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请 接受我诚挚的谢意 ! 最后我还要感谢自动化系和我的母校—洛阳理工学院这三年来对我的 栽培。谢谢 !22 xx 理工学院毕业设计论文参考文献[1] 杨以涵 . 电力系统基础 .水利电力出版社， 1986. [2] 于永源 . 电力系统分析 . 中国电力出版社， 1996 年 . [3] 诸俊伟等 . 电力系统分析 [M]. 北京：中国电力出版社， 1995. [4] 杨少兵 , 骆平 . 电力系统分析的教学软件开发，电力系统潮流分析 . 华北电力技术， 2000(10). [5] 韩祯祥，吴国炎等，电力系统分析，浙江大学出版社， 1993 年 . [6] 何仰赞等 . 电力系统分析上册 [M] ．武汉：华中理工大学出版社 . [7] 李久 胜等编 . 电气 自动化 英语 . 哈尔滨 ：哈尔 滨工业 大学 出 版社 ， 1999. [8] 尹克宁 . 电力工程 . 中国水利电力出版社， 1989. [9] 韦刚等 . 电力系统分析要点与习题 . 中国电力出版社， 2004. [10] 陈珩 . 电力系统稳态分析 . 水利电力出版社， 1994. [11] 陆敏政 . 电力工程 . 北京：中国电力出版社， 1996. [12] Steven Holzner( 美 ) 著 . 详实翻译组译 . Visual Basic 6 技术内幕 . 机械工业出版社， 2000. [13] 诸俊伟等 . 电力系统分析 [M]. 北京：中国电力出版社， 1995. [14] 张 伯 明 , 陈 寿 孙 . 高 等 电 力 网 络 分 析 [M]. 北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社 1996. [15] 周全仁等 . 电网计算与程序设计 [M]. 长沙：湖南科学技术出版社， 1983. [16] 纪建伟等 . 电力系统分析 . 中国水利电力出版社， 1989.23 xx 理工学院毕业设计论文附输入原始数据录形成节点导纳矩阵f(0)设电压初值 e(0)设迭代次数k＝0?U2( k )?p(k )计算误差向量 ?Q(k )收敛否 否 求雅可比矩阵元素是否解修正方程， 求解? ( k )?求pu节点无功功率，求平 衡节点功率ef(k )修正节点电压求支路功率分布和损耗? e ? ?e(k ) (k )f( k ?1)?f(k )??f(k )e( k ?1)K=k+1K&kmax停机是 不收敛停机牛顿－拉夫逊法计算潮流程序框图24 xx 理工学院毕业设计论文计算程序%function OutPut=PowerFlowCalculation(handles) %is a subroutine of PowerSystemCalculation function OutPut=PowerFlow(handles) %the following program is open a data file and get the Number of % Node and Branch [fname,pname] = uigetfile('*.dat','Select Topo data-file'); Branchname=strcat(pname,fname); TopoStructureAndBranchPara= csvread(Branchname); [NumberOfBranch,NumberOfPara]=size(TopoStructureAndB ranchPara); Temporary1=max(TopoStructureAndBranchPara(:,1)); Temporary2=max(TopoStructureAndBranchPara(:,2)); if Temporary1 & Temporary2 NumberOfNode=Temporary1; else NumberOfNode=Temporary2; end %The following program is to form the Nodal Admittance Matrix % and the Topologic structure and Branch Parametres are25 xx 理工学院毕业设计论文arranged % I,J,R,X,C/K, and pay attention to the inpedence is in the side % Node I and the ratio of transformer is in the side of Node J for CircleNumber1=1:NumberOfBranch for CircleNumber2=1:NumberOfBranch NAM(CircleNumber1,CircleNumber2)=0; end endfor CircleNumber=1:NumberOfBranch if TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,5) & 0.85NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))=...NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))+... 1/...((TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...26 xx 理工学院毕业设计论文j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))) ;NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))=...NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))+... 1/...(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,5)^2*(TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))) ;NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))=... -1/...(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,5)*(TopoStruct ureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))) ;NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru27 xx 理工学院毕业设计论文ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))=NAM(TopoStructureAn dBranchPara(CircleNumber,1),TopoStructureAndBranchPara( CircleNumber,2)); elseNAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))=...NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,1),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))+...+1/(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))+j*TopoStr uctureAndBranchPara(CircleNumber,5);NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))=...NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,2))+...+1/(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...28 xx 理工学院毕业设计论文j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4))+j*TopoStr uctureAndBranchPara(CircleNumber,5);NAM(TopoStructureAndBranchPara( CircleNumber,1),TopoStr uctureAndBranchPara( CircleNumber,2))=...-1/(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,3)+...j*TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,4));NAM(TopoStructureAndBranchPara(CircleNumber,2),TopoStru ctureAndBranchPara(CircleNumber,1))=NAM(TopoStructureAn dBranchPara(CircleNumber,1),TopoStructureAndBranchPara( CircleNumber,2)); end end % [fname,pname] = uigetfile('*.dat','Select Node data-file'); Nodename=strcat(pname,fname); NodeData = csvread(Nodename); floatmin=0.00001; datamax=0; m=1;29 xx 理工学院毕业设计论文n=1; for i=1:NumberOfNode-1 if NodeData(i,1)==1 sum=0; sum1=0; for w=1:NumberOfNodesum=sum+NodeData(w,4)*(real(NAM(i,w))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(w,5))+imag(NAM(i,w))*sind(NodeData(i,5)-Node Data(w,5)));sum1=sum1+NodeData(w,4)*(real(NAM(i,w))*sind(NodeData(i ,5)-NodeData(w,5))-imag(NAM(i,w))*cosd(NodeData(i,5)-No deData(w,5)));end A(n)= n=n+1; A(n)=sum1; n=n+1; B(m)=NodeData(i,2)-NodeData(i,4)* datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1;30 xx 理工学院毕业设计论文B(m)=NodeData(i,3)-NodeData(i,4)*sum1;datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1; else sum=0; for r=1:NumberOfNodesum=sum+NodeData(r,4)*(real(NAM(i,r))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(r,5))+imag(NAM(i,r))*sind(NodeData(i,5)-Node Data(r,5)));end A(n)= n=n+1; B(m)=NodeData(i,2)-NodeData(i,4)*datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1; end end while datamax&floatmin m=1; for i=1:NumberOfNode-131 xx 理工学院毕业设计论文n=1; for k=1:NumberOfNode-1 if i==kYMatrix(m,n)=NodeData(i,4)^2*imag(NAM(i,i)); if NodeData(i,1)==1YMatrix(m,n)=YMatrix(m,n)+NodeData(i,4)*A(m+1); end n=n+1; elseYMatrix(m,n)=-NodeData(i,4)*NodeData(k,4)*(real(NAM(i,k ))*sind(NodeData(i,5)-NodeData(k,5))-imag(NAM(i,k))*cos d(NodeData(i,5)-NodeData(k,5))); n=n+1; end if NodeData(k,1)==1 if i==kYMatrix(m,n)=-NodeData(i,4)*real(NAM(i,i))-A(m); n=n+1; else32 xx 理工学院毕业设计论文YMatrix(m,n)=-NodeData(i,4)*(real(NAM(i,k))*cosd(NodeDa ta(i,5)-NodeData(k,5))+imag(NAM(i,k))*sind(NodeData(i,5 )-NodeData(k,5))); n=n+1; end end end m=m+1;if NodeData(i,1)==1 n=1; for l=1:NumberOfNode-1 if i==lYMatrix(m,n)=NodeData(i,4)^2*real(NAM(i,i))+NodeData(i, 4)*A(m-1); n=n+1; elseYMatrix(m,n)=NodeData(i,4)*NodeData(l,4)*(real(NAM(i,l) )*cosd(NodeData(i,5)-NodeData(l,5))+imag(NAM(i,l))*sind (NodeData(i,5)-NodeData(l,5))); n=n+1; end33 xx 理工学院毕业设计论文if NodeData(l,1)==1 if i==lYMatrix(m,n)=NodeData(i,4)*imag(NAM(i,i))-A(m); n=n+1; elseYMatrix(m,n)=-NodeData(i,4)*(real(NAM(i,l))*sind(NodeDa ta(i,5)-NodeData(l,5))-imag(NAM(i,l))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(l,5))); n=n+1; end end end m=m+1; end end X=-inv(YMatrix)*B'; datamax=0; m=1; for i=1:NumberOfNode-1 NodeData(i,5)=NodeData(i,5)+X(m); m=m+1; if NodeData(i,1)==134 xx 理工学院毕业设计论文NodeData(i,4)=NodeData(i,4)+X(m); m=m+1; end end m=1; n=1; for i=1:NumberOfNode-1 if NodeData(i,1)==1 sum=0; sum1=0; for v=1:NumberOfNodesum=sum+NodeData(v,4)*(real(NAM(i,v))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(v,5))+imag(NAM(i,v))*sind(NodeData(i,5)-Node Data(v,5)));sum1=sum1+NodeData(v,4)*(real(NAM(i,v))*sind(NodeData(i ,5)-NodeData(v,5))-imag(NAM(i,v))*cosd(NodeData(i,5)-No deData(v,5)));end A(n)= n=n+1;35 xx 理工学院毕业设计论文A(n)=sum1; n=n+1; B(m)=NodeData(i,2)-NodeData(i,4)* datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1; B(m)=NodeData(i,3)-NodeData(i,4)*sum1;datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1; else sum=0; for r=1:NumberOfNodesum=sum+NodeData(r,4)*(real(NAM(i,r))*cosd(NodeData(i,5 )-NodeData(r,5))+imag(NAM(i,r))*sind(NodeData(i,5)-Node Data(r,5)));end A(n)= n=n+1; B(m)=NodeData(i,2)-NodeData(i,4)*datamax=max(datamax,B(m)); m=m+1;36 xx 理工学院毕业设计论文end end end for i=1:NumberOfNodeV(i)=NodeData(i,4)*cosd(NodeData(i,5))+j*NodeData(i,4)* sind(NodeData(i,5)); end sum=0; sum1=0; for u=1:NumberOfNodesum=sum+real(NAM(NumberOfNode,u))*real(V(u))-imag(NAM(N umberOfNode,u))*imag(V(u));sum1=sum1-real(NAM(NumberOfNode,u))*imag(V(u))-imag(NAM (NumberOfNode,u))*real(V(u)); endBalance=(NodeData(NumberOfNode,4)*sum-NodeData(NumberOf Node,5)*sum1)+j*(NodeData(NumberOfNode,5)*sum+NodeData( NumberOfNode,4)*sum1);for i=1:NumberOfBranch37 xx 理工学院毕业设计论文if TopoStructureAndBranchPara(i,5)&0.85S(TopoStructureAndBranchPara(i,1),TopoStructureAndBranc hPara(i,2))=(abs(V(TopoStructureAndBranchPara(i,1))))^2 *(conj((TopoStructureAndBranchPara(i,5)-1)/(TopoStructu reAndBranchPara(i,5)*(TopoStructureAndBranchPara(i,3)+j *TopoStructureAndBranchPara(i,4)))))+...V(TopoStructureAndBranchPara(i,1))*conj((V(TopoStructur eAndBranchPara(i,1))-V(TopoStructureAndBranchPara(i,2)) )*(1/(TopoStructureAndBranchPara(i,5)*(TopoStructureAnd BranchPara(i,3)+... j*TopoStructureAndBranchPara(i,4)))));S(TopoStructureAndBranchPara(i,2),TopoStructureAndBranc hPara(i,1))=(abs(V(TopoStructureAndBranchPara(i,2))))^2 *(conj((1-TopoStructureAndBranchPara(i,5))/(TopoStructu reAndBranchPara(i,5)^2*(TopoStructureAndBranchPara(i,3) +j*TopoStructureAndBranchPara(i,4)))))+...V(TopoStructureAndBranchPara(i,2))*conj((V(TopoStructur eAndBranchPara(i,2))-V(TopoStructureAndBranchPara(i,1)) )*(1/(TopoStructureAndBranchPara(i,5)*(TopoStructureAnd BranchPara(i,3)+...38 xx 理工学院毕业设计论文j*TopoStructureAndBranchPara(i,4))))); elseS(TopoStructureAndBranchPara(i,1),TopoStructureAndBranc hPara(i,2))=(abs(V(TopoStructureAndBranchPara(i,1))))^2 *(-j)*TopoStructureAndBranchPara(i,5)+V(TopoStructureAn dBranchPara(i,1))*...conj((V(TopoStructureAndBranchPara(i,1))-V(TopoStructur eAndBranchPara(i,2)))*1/(TopoStructureAndBranchPara(i,3 )+j*TopoStructureAndBranchPara(i,4)));S(TopoStructureAndBranchPara(i,2),TopoStructureAndBranc hPara(i,1))=(abs(V(TopoStructureAndBranchPara(i,2))))^2 *(-j)*TopoStructureAndBranchPara(i,5)+V(TopoStructureAn dBranchPara(i,2))*...conj((V(TopoStructureAndBranchPara(i,2))-V(TopoStructur eAndBranchPara(i,1)))*1/(TopoStructureAndBranchPara(i,3 )+j*TopoStructureAndBranchPara(i,4)));end end NAM39 xx 理工学院毕业设计论文V NodeData S Balance40 xx 理工学院毕业设计论文外文资料翻译Electric Power Quality (PQ) has been a topic for a consideration for a new decades now, but power quality has acquired intensified interest and importance during the last decade for many reasons. A major factor contributing to the importance of the quality of power is the deregulation of the power industry. Customers will demand higher levels of power quality to ensure the proper and continued operation of sensitive equipment and processes. Electric power quality problems are many and are largely dependent on the system of configuration and the system equipment. The proper diagnosis of power quality problems requires a high level of engineering experiment, and the required expert knowledge is not in any one area,but is rather in many areas of power knowledge.Despite the existence of numberous capabilities for recording PQ waveforms, there is a great shortage of qualified power systems engineers who can analyze the data and diagnose/solve the problems. Power quality had become an issue of increasing interest since the late 1980s.The interest in PQ involves all three parties concerned with the power business:utility companies,equipment manufacture,and electric powercustomers.There are many reasons for the growing concern with PQ . Visualization software packs a large amount of information into a single computer-generated image, enabling viewers to interpret the data more rapidly, and more accurately than ever before. This kind of software will become still more useful, even indispensable as electricity grids are integrated over evr-larger areas, as transmission and generation become competitive markers, and as transactions grow in number and complexity. 00Tracking and managing these burgeoning transaction flows puts operating authorities on their mettle. While the electric power system was designed as the ultimate in plug-and – play convenience, the humble wall outlet has become a gateway to one of the largest and most complex off man -made41 xx 理工学院毕业设计论文objects. For example, barring a few islands and other small isolated systems, the grid in most of North America is just one big electric circuit .It encompasses billions of components, tens of millions of kilometers of transmission line, and thousands of generators with power outputs ranging from less than 100 KW to 1000MW and beyond . Grids on other continents are similarly interconnected. In recent years, a further complicating factor has emerged .Along with the broadening integration of power systems has come the increased transfer of large blocks of power from one region to another. In the United States, because of varying local power loads and availability, utilities purchase electricity from distant counterparts and independent suppliers exploitingprice differentials to economize on costs .For one , the Tennessee Valley Authority , which provides power to more than 8 million residents in seven states using over 27000 km of transmission lines , handled a mere 20000 transaction requests through its service territory in 1996 , compared to the 300000 in 1999 . The next effect is that data once of interest mainly to small cadres of utilities now must be communicated to the new entities being established to manage restructured grids. In the United States, that means independent system operators(ISO S ) and regional transmission organization( RTOs ), which have to be able to grasp fast-changing situations instantaveously and evaluate corrective strategies nearly as fast . Power marketers ’ needs , too , become more urgent, as access to the grid is opened and competition among generators is introduced across the United States and elsewhere . They must be able to see just how much existing and proposed transactions will cost, and the availability of electricity at any time and point in the system . Finally , concepts like power flow, loop flow, and reactive power, which once mattered only to the engineers directly involved in grid operations , now communicated to public service commissions and the consumer-voters42 xx 理工学院毕业设计论文to whom such boards are answerable . In short , whether the client/user is a power marketer, a grid operator or manager , a public authority, or a member of the public , power system visualization tools can aid their comprehension by lifting the truly significant above background noise .Such tools can expedite decision-making for congestion management , power trading , market organization, and investment planning for the long term. The visualization tools illustrated here are available from Power World Corp, Urbana, Illinois , Visualization tools offered by others rely on updated text, ABB, Alstom ESCA, GE Harris, and Siement, for example , offer tools that are part of larger energy management systems packages .The usual reason that a large transfer of power can be hard to handle is that there are few mechanisms to control its route through the transmission system from generator to distant load. Often that route is indirect, dictated by the impedances of the lines and places where power enters or leaves the system. In effect, a single transaction between a generator and a utility spreads throughout a large portion of the grid----aphenomenon termed loop flow. (To be sure ,current can be and is directly guided during high -voltage direct-current[HVDC] transmission. And ac current is being nudged in desired directions by devices like phase-shifting transformers and series compensation capacitors, often lumped together as flexible ac transmission (FACT) devices. However very few of these devices are available in most large power systems, so in effect transmission flower are not controllable.) The percentage of a transfer that flows on any component in the grid---- a transformer, say is known, in language developed for the U.S. Eastern interconnect, as the power transfer distribution factor (PTDF). A transaction that would send power through an overload component, in a direction to increase the loading , may not be allowed , or if already under way , may have to be curtailed . The U.S. procedure for ordering such curtailments is known as transmission-line loading relief (TLR).Its developer43 xx 理工学院毕业设计论文was the North American Electric Reliability Council(NERC) ,the utilities ’ voluntary reliability organization in Princeton , New Jersey . To reiterate, a grid component owner that detects overloading serves notice with the relevant authority---an ISO or RTO, for example---and asks for relief . The independent operator , or whoever , thereupon orders loading relief measures . For the component in question , any transaction involving a distribution factor higher than a predetermined level----set by NERC at 5% of the transaction---is a candidate for curtailment . If more than 5% of the power transferred as part of a transaction will go over a grid component subject to a TUR, the transaction may be scaled back or canceled Those TLR measures in turn will affect other existing and proposed transaction , requiring further near-instantaneous analysis by utilities, grid supervisors and power marketers. The need in every level for state -of-the-art visualization tools is obvious, since any bottleneck in this complex system can quickly cause brownouts blackouts , or nasty price spikes . To determine how power moves through a transmission network from generators to loads, it is necessary to calculate the real and reactive power flow on each and every transmission line or transformer, along with associated bus voltages(in other words, the voltages at each node ) . With networks containing tens of thousands of buses and branches, such calculations yield a lot of numbers. Traditionally they were presented either in reams of tabular output showing the power flows at each bus or else as data in a static so-called one-line diagram. (One-line diagrams are so named because they represent the actual three conductors of the underlying three-phase electric system with a single equivalent line.) The visualization challenge is to make these concepts intuitive. One simple yet effective technique to depict the flow of power in an electricity network is to use animated line flow Dynamically sized pie charts are another visualization idea that has proven useful for quickly detecting overload in a large network. On the44 xx 理工学院毕业设计论文one-line, the percentage fill in each pie charts indicates how close each transmission line is to its thermal limit. When thousands of lines must be considered, however checking each and every value is not option. Of course, tabular displays can be used to sort the values by loading percentage, but with a loss of geographical relevance. Because engineers and traders are mostly concerned with transmission lines near or above their limits,low-loaded lines can be eliminated by dynamically sizing the pie charts to become visible only when the loading is above a certain threshold. In the past ,to form a mental picture of how line-loading relief measures might affect a market or reliability area, marketers or operators would have had to scan a long numerical list of distribution factors － no easy task once the list grows beyond a hundred or so entries. This is because in any large grid system , there are huge numbers of distribution factor sets, each dependant on pairs of buyers and sellers. Contouring provides a good solution, making the impact of loop flow apparent at a glance. Another way of mapping the implications of TLRs is illustrated above: the map shows the distribution factors for a hypothetical power transfer from a utility in eastern Wisconsin and the Tennessee alley Authority. Note that the transfer from a utility in eastern Virginia. Of the 45000 lines modeled in the case,171 had PTDFs above 5%,while for 578 the PTDFs were above 2%. With the aid of such tools, a marketer can easily start considering a host of WHAT IF scenarios . How might a loading relief on a transmission line affect market participants other than those directly involved in a transaction? What if there is an outage of a major transmission line ? What is the outlook for other potential buyers?45 xx 理工学院毕业设计论文电能质量一直是人们几十年来考虑的一个话题。在这几十年里，由于 存在很多因素，电能质量问题引起了人们广泛的兴趣和重视。电能质量更 加引起重视的一个主要因素是对电力行业管理的放开。消费者需要质量更 高的电能，一确保那些灵敏的电气设备及生产过程能够正常连续的进行。 电能质量本身目前存在着大量的问题，大部分都源于系统的结构和装 置本身。正确判断电能质量问题需要高水平的专门工程知识，这种知识不 局限于一个方面，而涉及电能知识的许多 方面。尽管许多设备都能够记录 电能质量的波形，但能够分析数据，判断并解决质量问题的合格的电力系 统工程师却十分匮乏。从 20 世纪 80 年代后期开始，电能质量开始成为人 们日益关注的问题。电能质量问题涉及与电力行业有关的三个方面：公用 事业公司、设备制造厂商和电能用户。人们对电能质量问题的关注不断增 强的原因是多方面的。 可视化软件包了大量的信息到一个单一的电脑产生的影像，使观众解 释数据更迅速，更准确地比以往任何时候。这种软件将变得更加有用的， 甚至是必不可少的电网综合以上 evr - 较大的地区，传输和下一代成为有 竞争力的标志，作为交易的增长在数量和复杂性。 跟踪和管理这些新兴的交易流动作业当局把自己的勇气。尽管电力系 统的目的是为最终的即插即用的方便，谦虚的墙壁电源插座已经成为一个 门户，其中一个最大和最复杂的了人造物体。例如，禁止一些岛屿和其他 小孤立的系统，网格在大多数北美只是一个大的电路。它涵盖数十亿的组 成部分，几千万公里的输电线路，以及数以千计的发电机功率输出范围从 不到 100 千瓦至 1000 及以后。网格对其他大陆也同样是相互关联的。 近年来，进一步复杂化的因素已经出现。随着扩大一体化的电力系统 已经增加转移大块的权力从一个地区到另一个。在美国，因为不同的地方 权力负载和可用性，公用事业购买电力从遥远的同行和独立供应商利用价 格差异，以节约成本。一个原因是，田纳西河流域管理局，其中规定的权 力有 800 多万居民 7 各国使用的二点七零零万公里的输电线路， 处理仅仅 20000 交易服务请求通过其领土在 1996 年相比， 三十〇点零万 1999 年。 在未来的影响是，数据一旦兴趣主要小干部的水电费现在必须传达给正在 建立新的实体来管理重组网格。在美国，这意味着独立系统运营商（团结）46 xx 理工学院毕业设计论文与区域输电组织（占便宜） ，其中必须能够把握快速变化的情况下 instantaveously 和评价纠正战略几乎一样快。 电力市场的需求，也变得更加紧迫，因为进入电网开放和竞争的发电 机介绍了整个美国和其他国家。他们必须能够看到多少现有的和拟议的交 易成本，电力供应在任何时间和点制度。 最后，喜欢潮流的概念，循环流动，无功功率，这只是一次重要的工 程师直接参与网业务，现在传达给公共服务委员会和消费者的选民获董事 会负责。 总之，无论是客户端 / 用户是电力营销，电网经营者或管理者，公共 权力机构，或一名市民，电力系统可视化工具可以帮助他们理解，通过解 除真正重大的上述背景噪音。这种手段可以加快决策的拥塞管理，电力交 易，市场组织，投资规划，从长远来看。 可视化工具，说明在这里可以从世界的权力集团，厄巴纳，伊利诺州， 所提供的可视化工具依赖他人的最新文本， ABB 公司，阿尔斯通能谱， 葛哈里斯和 Siement ，例如，提供工具的一部分，更大的能源管理系统 软件包。 通常的理由是一个大的权力移交是很难处理的是，有少数的机制，以 控制其途经传输系统从发电机到遥远的负荷。往往是间接的这条路线，取 决于阻抗的线路和地方权力进入或离开该系统。事实上，一个单一的交易 之间的一台发电机和实用利差整个大部分电网 ---- aphenomenon 称为 循环流动。 （可以肯定的是，目前可以和直接指导在高压直流 [ 直流 ] 传输。与交 流目前正在推的理想方向的设备，如移相变压器和串联补偿电容器，往往 混为一谈灵活交流输电（事实）设备。然而很少这些器件可以在大部分大 型电力系统，以便有效传输花不可控的） 。 所占的百分比的流动转让的任何部分在网格 ---- 变压器说，众所周 知，在语言发展的美国东部互连，作为权力移交分布因子（ PTDF ） 。 这一交易将通过发送功率超负荷组成部分，在一个方向 ，以增加载入中， 可能不会被允许，或者如果已在进行之中，可能不得不缩减。美国的程序， 供订购这种削减称为传输线装载救灾（ TLR 为） 。它的开发商是北美电47 xx 理工学院毕业设计论文力可靠性协会（ NERC ） ，公用事业自愿可靠性组织在新泽西州普林斯顿。 重申，一个网格部分业主提供检测超载通知有关当局 --- 一个 ISO 或 道路交通条例，例如 --- 和要求救济。独立经营者，或任何人，随即命令 装载救济措施。对于部分问题，但任何交易涉及的分配系数高于预先设定 的水平 ---- NERC 在 5 ％的交易 --- 是候选人限制。如果超过 5 ％的权 力转移的一部分，交易将在网格部分受切除，交易可能会缩减或取消 。 这些措施的 TLR 为反过来将影响到其他现有的和拟议中的交易， 需要 进一步近乎瞬时分析，水电费，网格监督员和电力市场。需要在各个层次 对国家最先进的可视化工具是显而易见的，因为任何瓶颈在这个复杂的系 统能迅速导致 brownouts 停电，或讨厌的油价暴涨。 以确定如何通过移动电源传输网络由发电机负荷，有必要来计算实际 和无功功率流的每输电线路或变压器，以及相关的总线电压（换句话说， 在每个节点上的电压） 。 随着网络含有成千上万的公共汽车和树枝，这种计 算产量很多号码。传统上，他们提出了无论是在大量的表格输出功率流动 显示在每个巴士或其他数据的一个静态所谓单线图。 （单线图而得名，是因 为他们代表的实际三个指挥的根本三相电力系统用一个相当于线） 。 可视化的挑战是使这些概念直观。一个简单而有效的方法来描述流动 的权力在一个电力网是利用动画线条流，动态中小企业饼图是另一种可视 化想法证明是有益的快速检测超载的大网络。对一个线，百分比填写每个 饼图显示如何关闭每个输电线路是它的热限制。 当成千上万的线路都必须加以考虑，但是检查每个值不是选项。当然， 图表显示可以用来排序的价值观载入百分比，但损失的地理意义。因为工 程师和贸易商大多涉及输电线路接近或超过其局限性，低负载线是可以消 除的动态浆纱饼图成为可见只有当加载超过某一阈值。 在过去，以形成一个心理图片如何线负荷救济措施可能会影响到市场 或可靠性方面， 营销或运营商将不得不在很长的数值扫描名单分配的因素， 不是一件容易的事，一旦名单的增长超过了 100 或使项目。这是因为在任 何一个大型网格系统中，有大量的分布因子设置，每个依赖于对买家和卖 家。等高线提供了一个良好的解决方案，使循环流量的影响显而易见，一 目了然。48 xx 理工学院毕业设计论文另一种方式映射的影响受体是如上所述：地图上的分布的因素一个假 设权力移交从实用威斯康星州和东部的田纳西州小巷管理局。请注意，从 实用东部弗吉尼亚州。该模型在四万五千线的情况下， 171 已 PTDFs 超 过 5 ％ ，而 578 的 PTDFs 了 2 ％以上。 借助这种工具，销售商可以很容易地开始考虑一系列如果情景。如何 装载救济的输电线路影响市场参与者以外的其他直接参与交易？如果有故 障的一个主要输电线路？什么是前景的其 他潜在买家？49
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