[發(fā)明專利]基于Matlab稀疏矩陣直角坐標牛頓法潮流計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710557642.5
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107181260B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚玉斌;趙偉;吳志良;王丹
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發(fā)明公開了一種基于Matlab稀疏矩陣直角坐標牛頓法潮流計算方法，采用矩陣運算和復(fù)數(shù)運算并使用Matlab提供的稀疏矩陣技術(shù)。本發(fā)明在Matlab平臺實現(xiàn)，便于科研人員使用Matlab提供的各種工具和函數(shù)對計算結(jié)果進行測試和分析。本發(fā)明主要部分都采用矩陣運算和復(fù)數(shù)運算，減少了程序代碼，簡化了編程，使得程序更加清晰，便于科研人員修改程序、對程序進行調(diào)試和改進、添加新功能。本發(fā)明采用Matlab的稀疏矩陣技術(shù)并使用矩陣運算，大幅度地提高了計算速度，同時Matlab的稀疏矩陣使用非常方便，可以像全矩陣一樣用行列號直接使用稀疏矩陣的元素，為科研人員的科研工作提供了一個優(yōu)秀的分析工具。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)牛頓法潮流計算方法，特別是一種適合研究目的使用的直角坐標牛頓法潮流計算方法。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的一項基本計算，它根據(jù)給定的運行條件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定整個網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)。潮流計算也是電力系統(tǒng)其他分析的基礎(chǔ)，如安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析等都要用到潮流計算。直角坐標牛頓法潮流計算方法是一種最常用的潮流計算方法，科研人員經(jīng)常以直角坐標牛頓法潮流計算為基礎(chǔ)進行進一步地研究。實用的商業(yè)軟件采用C語言等高級編程語言編寫且使用稀疏矩陣技術(shù)和節(jié)點優(yōu)化編號等高級技術(shù)。這些技術(shù)雖然能大幅度提高潮流計算的速度、降低內(nèi)存占用量，但編程非常麻煩且難以修改和維護，不易增加新的功能，因而不適合科研人員用于研究目的使用。

Matlab軟件以矩陣為最基本的數(shù)據(jù)單位，可以方便地處理各種矩陣和向量運算，也可以很方便自然地處理復(fù)數(shù)類型，其指令表達式與數(shù)學中常用的形式很接近，還有大量常見實用的函數(shù)，給編程帶來很大便利。Matlab軟件簡單易用、代碼短小易操作，易于編程和調(diào)試，計算功能強大，同時還具有非常強大的可視化圖形處理和交互式功能，為科學研究以及工程應(yīng)用提供了一種高效的編程工具，目前已經(jīng)成為許多科學領(lǐng)域的基本工具和首選平臺，在各種科學和工程計算領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)越來越多的科研人員需要在Matlab平臺上以直角坐標牛頓法潮流計算為基礎(chǔ)進行進一步地研究的需求，迫切需要一種基于Matlab軟件的易于編程、修改和調(diào)試的直角坐標牛頓法潮流計算方法。

根據(jù)電力系統(tǒng)節(jié)點的特點，潮流計算把電力系統(tǒng)節(jié)點分成3類：節(jié)點有功功率和無功功率已知、節(jié)點電壓幅值和電壓相角未知的節(jié)點稱為PQ節(jié)點；節(jié)點有功功率和電壓幅值已知、節(jié)點無功功率和電壓相角未知的節(jié)點稱為PV節(jié)點；節(jié)點電壓幅值和電壓相角已知，節(jié)點有功功率和無功功率未知的節(jié)點稱為平衡節(jié)點。

牛頓法潮流計算分為兩類：牛頓法潮流計算中節(jié)點電壓采用極坐標表示時的計算方法，稱為極坐標牛頓法潮流計算方法；牛頓法潮流計算中節(jié)點電壓采用直角坐標表示時的計算方法，稱為直角坐標牛頓法潮流計算方法。直角坐標牛頓法潮流計算主要方程如下：

節(jié)點導(dǎo)納矩陣為：

式中，Y_ik為節(jié)點導(dǎo)納矩陣元素，當下標i≠k時，為節(jié)點i和節(jié)點k的互導(dǎo)納，當下標i＝k時，為節(jié)點i的自導(dǎo)納；n為節(jié)點數(shù)。

節(jié)點功率方程為：

式中，P_i、Q_i分別為節(jié)點i的節(jié)點有功功率和無功功率；e_i、e_k分別為節(jié)點i和節(jié)點k的節(jié)點電壓相量實部；f_i和f_k分別為節(jié)點i和節(jié)點k的節(jié)點電壓相量虛部；G_ik、B_ik分別為節(jié)點導(dǎo)納矩陣元素Y_ik的實部和虛部。

功率不平衡量及電壓平方不平衡量方程為：