MATLAB在电力系统计算中的应用

连小洲１，焦洁２
（１．江西电力职业技术学院，江西南昌３３００３２；２．江西景德镇发电有限责任公司，江西景德镇３３３０００）
摘要!用ＭＡＴＬＡＢ编写电力系统中潮流计算和短路电流计算，可以大大简化工作量，ＭＡＴＬＡＢ还可用于图形处理及电力系统仿真。

关键词!潮流计算；短路电流计算；矩阵；ＭＡＴＬＡＢ；仿真
中图分类号：ＴＭ７４４文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３－００９７（２００５）０４－００１０－（０２）
收稿日期：２００５－０６－０６
作者简介：连小洲（１９７３－），男，河南禹州人，讲师．
!引言
潮流计算和短路电流计算是电力系统中应用最广泛
的基本运算。

无论在系统的运行分析、实时监控、继电保
护及电气设备的选择和校验时，这两种计算数据都是必
不可缺的。

但从构建一个数学模型到非线性方程的迭代
求解过程，需要大量反复的数学计算，特别是这两种计算
中都含有大量矩阵，如节点导纳矩阵、雅可比矩阵等，矩
阵的消元、分解和化简的过程非常繁琐，以前用!""或
#$等计算机语言编写的程序，所需步骤十分冗长，现在
用%&’(&$语言编写大大简化了工作量。

%&’(&$是英文%&’)*+(,-.)/0.)/1（矩阵实验室的
缩写），自2345年美国%/067/)8公司推向市场以来，得到
广泛的应用和发展。

%,’(,-现在成为国际上公认的最
优秀的数值计算和仿真分析软件。

它是一种解释性语言，
它采用了工程技术的计算语言，而且几乎与数学表达式
相同，语言中基本元素是矩阵，可提供各种矩阵的运算和
操作，且具有符号计算、数学和文字统一处理，离线和在
线计算等功能，所以%,’(,-是非常适合电力系统专业技
术人员编写潮流计算和短路电流计算的程序。

!潮流计算
在进行系统分析时，常需进行潮流计算，因此系统集
成了潮流计算模块，潮流计算采用了模块化的编程方法，
该计算模块采用%,’(,-语言进行编写，因此计算速度
快。

另外，该模块的核心算法采用了收敛性较好的牛顿一
拉夫逊算法，满足了潮流计算的目的。

利用系统提供的潮
流计算作图模块，通过简易的拖拉作图法即可绘制出需
计算的潮流拓扑图，通过进行方便的图形参数设置即可
进行潮流计算。

该方法与传统的填写潮流计算数据卡方
法相比具有更大的方便性9摆脱了传统计算方法的枯燥
性，大大提高了学习的兴趣。

潮流计算模块的流程如图:
所示。

在潮流计算过程中，系统某些;<节点为了维持给定
的电压，它们的无功出力可能超过允许范围，特别是当电
力系统无功电源不太充裕时更容易出现;<节点无功功
率越界的情况。

因此，在迭代过程中，必须对;<节点的无
功功率加以监视，当无功功率超过给定的范围时，潮流程
序应能把这些节点的无功功率控制到允许范围之内。

如果;<节点*的无功功率最大允许值为#
*=
，在迭
代过程中该节点计算的无功功率为#
*
，那么无功功率储
备应为：!#
*
>#*=?#*
当!#
*
为负时，说明该点无功功率已经越界，在这种
情况下，必须要干预迭代把这个节点的无功功率减少
!#*9使它回到无功功率的上界的#*=。

这样带来的后果
必然使系统各节点电压发生变化，而变化最大@或者说降
低最多A的就是越界点的电压。

实际上，这时节点*已由;
<节点转化为;#节点。

对于牛顿法潮流计算程序来说，
在迭代过程中发现;<节点无功功率越界时，要把这一点
转化为;#节点，@#
*=
B#*C就作为该点无功功率的误差。

在
这种情况下，修正方程式的结构也要作相应的变化。

当采
用功率的极坐标表示式时，应该在修正方程式中增加一
个与!#
*
相应的方程式，当采用功率的直角坐标式时，就
图!潮流计算流程图
第!"卷第D期
#$$%年2E月
江西电力职业技术学院学报
"#$%&’(#)"*’&+,*-#.’/*#&’(’&012.3&*.’(4#((2+2#)5(2./%*.*/6
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FGH)#$$%
我院编辑出版的!赣电科普"报受表彰
江西省电机工程学会第!次会员代表大会于"##$年%月&日在南昌隆重召开。

会上表彰了江西省第六届电机工程学会评选出的’"个先进集体和""名先进个人。

其中，科普工作委员会及
由我院负责编辑出版的《赣电科普》报受到表彰。

我院马兆纬教授和曹重光老师均被评为先进个人。

会议还选举产
生了江西省第!届电机工程学会理事会，我院电力系主任陈家
高工当选为理事。

刘春景供稿
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要以#()得修正方程式代替#*)"的修正方程式。

在计算
过程中，采用了电力网网络节点编号优化方法。

主要采用了动态地按最少出线支路数编号，即在节点消去过程中，每消去一个节点以后，与该节点相连的各节点的出现支
路数将发生变化+增加、
减少或保持不变,。

所以，在每消去一个节点后，立即修正尚未编号节点的出现支路数，然后选其中出线支路数最少的一个节点进行编号，就可以预期得到更好的效果。

通过运用本系统的潮流计算模块对-...&#、-.../、
-...0节点系统进行仿真计算，
其结果完全正确。

!短路计算
在进行故障、保护动作、整定计算时，都需要进行短
路计算，为了满足短路计算的目的，系统设计了短路计算模块，可选择进行各种对称和不对称的短路计算，如单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。

通过利用短路计算库提供的各种计算模块，构造所需计算网络的正、负、零序网络，选择短路类型后即可进行计算，计算结果将以表格或波形曲线方式显示。

短路计算仿真的原理主要是运用了对称分量法、戴维南原理及电路叠加原理。

通过置正序网络中的电源为零，并外加一个恒定的电压源，通过测量其电流即可利用戴维南原理求出正序电抗。

同理，可求出电网的负序、零序电抗以及组合电势。

程序依据所选择的短路类型计算各序电网的短路端口电压。

利用各序电网的故障端口电压叠加在故障点上，各序网的电压、电源即可求出。

短路计算的具体流程图以及所用公式如图"所示。

"结束语
123425软件在电力系统应用已越来越成熟，除了计算方面，123425还推出了电力系统仿真工具箱+6)789:;<,=为经过电力仿真后的数据处理提供了功能齐全的分析手段，搭建好了数值计算和图形处理这两个重
要的平台。

参考文献
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"II">图!短路计算流程图
连小洲，焦洁：123425在电力系统计算中的应用
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第/
期。