第二章介绍了节点导纳矩阵的快速生成和修改。
第三章介绍了牛顿--拉夫逊法和PQ分解法进行潮流计算的理论分析。
第四章基于matlab对5节点和14节点测试系统对牛顿--拉夫逊法、PQ分解法和改进牛拉法进行仿真和结果分析。
2 电力网络的数学模型
实现潮流计算最关键的环节就是构建描述电网稳态的代数方程,用基尔霍夫定律(KCL、KVL定律)来构建潮流计算的数学模型。
2.1 节点导纳矩阵的基本概念
由导纳矩阵所构成的节点方程式如式(2-1)是电力网络广泛应用的一种数学模型。对于一个含有n个节点的电力系统,根据基尔霍夫定律,可以写出节点电压方程如式(2-1),方程的阶数等于电力网络的节点数n。
(2-1)
简记为 。
其中: 为节点注入电流的列向量; 为节点电压的列向量;
为一个 阶的节点导纳矩阵,是由该节点电压方程的系数构成的矩阵,即: (2-2)
导纳矩阵能够反映电力系统网络的电气特性,矩阵中的元素由网络参数构成。当电力网络节点数为 时,描述它的导纳矩阵是 阶方阵[20]。
在探究第i列时,只在节点i加单位电压,将其余节点全部接地,即令
则由节点方程式(2-1)可知,在这种情况下:
(2-3)
由式(2-3)可以看出导纳矩阵第i列元素的物理意义。
自导纳 的意义:在节点i上施加单位电压,其余节点接地,从而 。 =电源经节点i注入网络的电流。
互导纳 ( )的意义:在节点i上施加单位电压, 。 =电源经节点j注入网络的电流。由节点电压方程有: 。由网络的互易性有: 。
通过上面的讨论,可以看出导纳矩阵有以下特点:
(1)n阶方阵(电力网络包括n个节点);
(2)对称性:
当电力网络不包括移相器时,导纳矩阵为对称矩阵。由互易性可得: ;
(3)稀疏性:
当节点 与节点 不相关时,导纳矩阵中元素 ,即为稀疏矩阵。
由线性代数的知识可得,将系数矩阵行、列交换,并不影响方程式的解。所以导纳矩阵的行、列是可以相互交换的,就相当于交换节点编号,又因为节点导纳矩阵是稀疏矩阵,可以将非零元素调整至对角线上减少方程求解时的计算量。
(4)节点导纳矩阵的对角元素为自导纳,它们的值等于与该节点直接相关的所有支路导纳的总和[20]:
(2-4)
式中: 为节点 与节点 间的支路阻抗 的倒数,即支路导纳 ;符号 表示 号后只包括与节点 直接相连的节点,当节点 有接地支路时,还应包括 的情况。
(5)节点导纳矩阵的非对角元素为互导纳,其值等于直接连接两节点的支路导纳的负值:
(2-5)
2.2 节点导纳矩阵的形成
按照上述节点导纳矩阵的5个特点,无论如何复杂的电力网络接线,都可以根据给定的输电线路参数和网络拓扑,直接求出导纳矩阵。
1. 当电力网络中包含变压器时
当支路 , 含有双变压器时,从原理上来说,先把变压器用 型等值电路代替,然后形成导纳矩阵。一般直接计算变压器支路对导纳矩阵的影响。若用图2-1(a)所示变压器等值电路,则可根据图2-1(c)求得该支路对导纳矩阵的影响[20]。 基于matlab电力系统牛顿--拉夫逊法潮流计算程序设计(3):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_19052.html