基于Matpower的潮流計(jì)算方法

引言

Matpower是基于MatlabM文件的組建包，主要用來解決電力潮流和優(yōu)化潮流的問題，是為研究人員提供的一種易于使用和可更新的仿真工具。Matpower的設(shè)計(jì)理念是盡可能簡(jiǎn)單易懂，它可以執(zhí)行電力常規(guī)潮流運(yùn)算，如牛頓拉夫遜法,P-Q分解法等，也可以執(zhí)行最優(yōu)潮流程序。本文主要對(duì)執(zhí)行常規(guī)的潮流計(jì)算進(jìn)行分析。

1Matpower簡(jiǎn)介

Matpower所用的所有數(shù)據(jù)文件均為Matlab的M文件或者M(jìn)AT文件，可用來定義和返回變量BaseMVA，bus，branch，gen等。其中，BaseMVA變量是一個(gè)標(biāo)量，用來設(shè)置基準(zhǔn)容量。bus變量是一個(gè)矩陣，用來設(shè)置電網(wǎng)中各母線參數(shù)，其格式為bus-i，type，Pd，Qd，Gs，Bs，area，Vm，Va，baseKV，zone，Vmax，Vmin。格式中的bus-i用來設(shè)置母線編號(hào)，范圍為1~299970;type用來設(shè)置母線類型，1為PQ節(jié)點(diǎn)母線，2為PV節(jié)點(diǎn)母線，3為平衡（參考）節(jié)點(diǎn)母線；Pd和Qd用來設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功和無功功率；Gs,Bs用來設(shè)置與母線并聯(lián)電導(dǎo)和電納；baseKV用來設(shè)置該母線的基準(zhǔn)電壓；Vm和Va用來設(shè)置母線電壓的幅值和相位初值；Vmax和Vmm用來設(shè)置工作時(shí)母線的最高與最低電壓幅值；area和zone用來設(shè)置電網(wǎng)斷面號(hào)和省耗分區(qū)號(hào)，一般都設(shè)置為1，設(shè)置范圍分別為1~100和1~9990。

branch變量也是一個(gè)矩陣，用來設(shè)置電網(wǎng)中各支路參數(shù)，其格式為fbus,tbus,r，x，b，rateA，rateB，rateC，ratio,angle，status。fbus和tbus用來設(shè)置該支路由起始節(jié)點(diǎn)（母線）編號(hào)和終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)（母線）編號(hào);r,x和b用來設(shè)置該支路的電阻、電抗和充電電納；rateA,rateB和rateC分別用來設(shè)置該支路的長(zhǎng)期、短期和緊急允許功率；ratio用來設(shè)置該支路的變比,如果支路元件僅僅是導(dǎo)線則為0,如果支路元件為變壓器，則該變比為fbus側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓與tbus側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓之比；angle用來設(shè)置支路的相位角度，如果支路元件為變壓器,其值就是變壓器的轉(zhuǎn)角，如果支路元件不是變壓器，則相位角度為0°。

gen變量也是一個(gè)矩陣，用來設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)（電源）參數(shù)，其格式為bus,Pg,Qg,Qmax,Qmin,Vg,mBase,status,Pmax,Pmin。bus用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的母線編號(hào)；Pg和Qg用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的有功和無功功率；Pmax和Pmin用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)（電源）的有功功率的最大、最小允許值；Qmax和Qmin用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的無功功率最大、最小允許值；Vg用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的工作電壓；mBase用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的功率基準(zhǔn)；status用來設(shè)置發(fā)電機(jī)(電源)工作狀態(tài)，1表示投入運(yùn)行，0表示退出運(yùn)行。

Matpower中幾種函數(shù)的定義：rcdf2matp.m是將數(shù)據(jù)從IEEECDF格式轉(zhuǎn)換成MATPOWER格式；runcomp.m運(yùn)行兩個(gè)最優(yōu)潮流并且比較它們的結(jié)果；rundcopf.m運(yùn)行直流最優(yōu)潮流計(jì)算；rundcpf.m運(yùn)行直流潮流計(jì)算；runduopf.m運(yùn)行可以處理高價(jià)機(jī)組停機(jī)的直流OPF；runopf.m是運(yùn)行最優(yōu)潮流計(jì)算程序，可運(yùn)行一個(gè)潮流計(jì)算程序；runuopf.m運(yùn)行可以處理高價(jià)機(jī)組停機(jī)的OPF。

本文應(yīng)用的是runpf.m,即將編寫好的程序存為casei(i是自己設(shè)定的序號(hào)),并存在Matpower的文件夾下，接著在Matlab的命令窗口輸入runpf(casei')，然后回車即可得到結(jié)果。

2潮流計(jì)算

本文以西南油氣田某采氣場(chǎng)配電網(wǎng)井區(qū)3號(hào)線為例來對(duì)其電網(wǎng)潮流情況進(jìn)行分析。井區(qū)3號(hào)線的電網(wǎng)分布如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)分布圖

該電網(wǎng)的基準(zhǔn)計(jì)算功率為100MV?A,有110個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一條母線，母線下有各供電線路，支路數(shù)為109條。

電源點(diǎn)的基準(zhǔn)電壓設(shè)為1.02(p.u.)，電源點(diǎn)有功容量為10MW,電源點(diǎn)無功容量為9Mvar。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，本文以前5個(gè)節(jié)點(diǎn)和支路為例來進(jìn)行分析，說明采用Matpower對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算的方法。其已知的節(jié)點(diǎn)參數(shù)、發(fā)電機(jī)參數(shù)和支路參數(shù)如圖2所示。

將已知參數(shù)輸入Matpower軟件系統(tǒng)，通過運(yùn)行分析,所得到的各節(jié)點(diǎn)和支路的計(jì)算參數(shù)如圖3所示。

3結(jié)語

潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)當(dāng)中計(jì)算分析的一種最基本計(jì)算,通過求取在給定運(yùn)行方式下電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓、電流和功率分布來檢查各元件是否過負(fù)荷、各點(diǎn)電壓是否滿足要求、功率分布和功率損耗是否合理等電力系統(tǒng)狀態(tài)情況。所以，潮流計(jì)算對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的。

通過以上的典型分析計(jì)算可以看出：Matpower是一種操作非常簡(jiǎn)單的軟件，通過Matpower只需要將電網(wǎng)的電源、負(fù)荷和支路參數(shù)按規(guī)定格式輸入，即可得到潮流計(jì)算結(jié)果，而且軟件應(yīng)用方便，計(jì)算精度高，所得到的數(shù)據(jù)清晰明了，可以準(zhǔn)確快速地計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)所需的參數(shù)，是一款很好的潮流計(jì)算軟件。

20211014_6168408582054__基于Matpower的潮流計(jì)算方法