现代电力系统——潮流计算作业
0 序章
作业要求（A组）：
0.1 调用matpower中的runpf函数，分析输入文件中各矩阵定义； 0.2 调用某一个算例，输出潮流结果，并分析。
0.3 完成0.1和0.2的基础上，分析matpower中牛顿法和快速解耦法，给出流程图，写出newtonpf和fdpf函数每行程序定义。
0.4 完成0.3的基础上，制造一个病态潮流算例，并跟踪调试，分析病态原因。
1 分析输入文件中各矩阵的定义
1.1 MATPOWER的安装
MATPOWER工具箱的安装步骤如下：
1） 下载matpower压缩包。官方下载网址：http://www.pserc.cornell.edu/matpower/，
目前最新版本为6.0b1，稳定版本为5.1，建议下载稳定版本。
2） 解压压缩包，得到文件夹matpower5.1，并将文件夹移动到MATLAB所在路径的
toolbox文件夹下。我的路径为： C:\\Program Files\\MATLAB\\R2016a\\toolbox。 3） 添加地址到MATLAB路径。打开MATLAB，点击“文件”?“设置路径”?“添
加并包含子文件夹…”，找到matpower5.1所在的位置，点击“确定”，再点“保存”?“关闭”。
4） 测试matpower工具是否安装成功。在MATLAB命令行窗口输入“test_matpower”，
出现一系列的测试，均显示“ok”，最后显示“All tests successful (3256 passed, 682 skipped of 3938)”，则表示安装成功。
1.2 矩阵的定义
打开文档“caseformat.m”，或者在MATLAB命令行窗口中输入“help caseformat”，可以得到关于输入矩阵的数据定义。当然，也可以参考docs文件夹下的manual文档，其中对matpower工具箱进行了详细说明。
在matpower中，输入矩阵至少包含三种：母线参数矩阵（Bus Data），发电机参数矩阵（Generator Data），支路参数矩阵（Branch Data）。为了进行最优潮流的相关计算，
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输入矩阵还包含发电机费用参数矩阵（generator cost data）。以下对三种基本的输入参数矩阵数据格式进行详细说明。
表1.1 母线参数矩阵主要数据格式说明
列 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 名称 bus number bus type Pd Qd Gs Bs area number Vm Va baseKV zone Vmax Vmin 含义 母线编号，从1开始，正整数 节点类型，1为PQ节点，2为PV节点，3为平衡(参考)节点，4为孤立节点 注入负荷的有功功率 注入负荷的无功功率 与母线并联的电导 与母线并联的电纳 电网断面号，一般设置为1 母线电压的幅值 母线电压的相角 基准电压 损耗分区号，一般设置为1 工作时，母线的最高电压幅值 工作时，母线的最低电压幅值 表1.2 发电机参数矩阵主要数据格式说明
列 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 bus Pg Qg Qmax Qmin Vg mBase status Pmax Pmin 含义 发电机所在母线的编号 接入发电机的有功功率 接入发电机的无功功率 发电机的最大输出无功功率 发电机的最小输出无功功率 发电机的工作电压幅值 发电机的功率基准值，默认为baseMVA 发电机是否投入运行，大于0表示投入运行，小于或等于0表示退出运行 发电机的最大输出有功功率 发电机的最小输出有功功率 单位 MW MVar MVar MVar p.u. MVA MW MW 单位 MW MVar MW MVar p.u. 度 kV p.u. p.u.
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表1.3 支路参数矩阵主要数据格式说明
列 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 名称 fbus tbus r x b rateA rateB rateC ratio angle 起始母线编号 终止母线编号 支路电阻 支路电抗 支路充电电纳 支路长期运行允许的功率 支路短期运行允许的功率 支路紧急运行允许的功率 支路上变压器的变比，如果支路元件不是变压器，则该值为0 支路上变压器的转角，如果支路元件不是变压器，则该值为0 含义 单位 p.u. p.u. p.u. MVA MVA MVA 度 度 度 status 支路的初始工作状态，1表示投入运行，0表示退出运行 angmin 支路最小相角差 angmax 支路最大相角差 1.3 case9数据分析
根据以上分析，打开一个算例，比如默认的case9，进行分析。算例case9.m文件包含两个变量和四个矩阵。其中baseMVA=100，表示功率的基准值为100MVA。三个基本的矩阵定义如下。
表1.4 算例case9的母线参数矩阵
1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 2 2 1 1 1 1 1 1 3 Pd 0 0 0 0 90 0 100 0 125 4 Qd 0 0 0 0 30 0 35 0 50 5 Gs 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 Vm 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 Va 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 345 345 345 345 345 345 345 345 345 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12 Vmax 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 13 Vmin 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 bus_i type Bs area baseKV zone –3–
表1.5 算例case9的发电机参数矩阵
1 1 2 3 13 0 0 0 2 0 85 3 0 0 14 0 0 0 4 5 6 7 100 100 100 17 0 0 0 表1.6 算例case9的支路参数矩阵
1 1 4 5 3 6 7 8 8 9 2 4 5 6 6 7 8 2 9 4 3 r 0 0.017 0.039 0 4 x 0.0576 0.17 0.0586 5 b 0 0.358 0 6 250 250 150 300 150 250 250 250 250 7 250 250 150 300 150 250 250 250 250 8 250 250 150 300 150 250 250 250 250 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12 -360 -360 -360 -360 -360 -360 -360 -360 -360 13 360 360 360 360 360 360 360 360 360 fbus tbus rateA rateB rateC ratio angle status angmin angmax 8 1 1 1 9 250 300 270 18 0 0 0 10 10 10 10 19 0 0 0 11 0 0 0 12 0 0 0 20 0 0 0 21 0 0 0 bus Pg Qg Qmax Qmin Vg mBase status Pmax Pmin Pc1 Pc2 300 -300 1 300 -300 1 300 -300 1 15 0 0 0 16 0 0 0 163 0 Qc1min Qc1max Qc2min Qc2max ramp_agc ramp_10 ramp_30 ramp_q apf 0.092 0.158 0.0119 0.1008 0.209 0.0085 0.072 0.149 0 0.032 0.01 0.0625 0 0.161 0.306 0.085 0.176 根据参数矩阵，可以推测出case9的电力系统单线图，如图1.1所示。该系统是一个环形网络，包含三个带有发电机的母线，其中母线1是平衡节点，母线2和3均为PV节点，其他的母线都是PQ节点。所有的母线电压初始幅值均设置为1（p.u.），相角为0度，电压基准值为345kV。系统包含3个负荷，分别是母线5上的负荷为90+j30（MVA），母线7上的负荷为100+j35（MVA），母线9上的负荷为125+j50（MVA）。支路1-4，3-6，8-2只有电抗值，电阻和电纳均为0，可以推测该支路为变压器支路的等效。
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G1x?0.057690?j30?MVA?14r?0.01x?0.085b?0.176r?0.017x?0.092b?0.1585r?0.039x?0.17b?0.358x?0.0586G36r?0.0119x?0.1008b?0.2093P=85MW9125?j50?MVA?r?0.032x?0.161b?0.306r?0.00857x?0.072b?0.1498x?0.0625100?j35?MVA?2G2P=163MW图1.1 系统单线图
2 计算潮流并分析
2.1 调用runpf计算case9系统的潮流
在MATLAB命令行窗口输入“runpf”或“runpf(‘case9’)”，或者直接运行“runpf.m”，得到case9系统的潮流计算结果：
MATPOWER Version 5.1, 20-Mar-2015 -- AC Power Flow (Newton) Newton's method power flow converged in 4 iterations. Converged in 0.03 seconds
================================================================================ | System Summary | ================================================================================ How many? How much? P (MW) Q (MVAr) --------------------- ------------------- ------------- ----------------- Buses 9 Total Gen Capacity 820.0 -900.0 to 900.0 Generators 3 On-line Capacity 820.0 -900.0 to 900.0 Committed Gens 3 Generation (actual) 320.0 34.9 Loads 3 Load 315.0 115.0 Fixed 3 Fixed 315.0 115.0 Dispatchable 0 Dispatchable -0.0 of -0.0 -0.0 Shunts 0 Shunt (inj) -0.0 0.0 Branches 9 Losses (I^2 * Z) 4.95 51.31
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