潮流计算-开题报告

科学技术学院毕业设计（论文）开题报告
题目：电力系统潮流分析计算机辅助设计
学科部：信息学科部
专业：电气工程及其自动化
班级：电气082班
学号：**********
*名：***
指导教师：***
填表日期：2011 年12 月 5 日
一、选题的依据及意义：
电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。

它的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。

电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。

潮流计算经历了一个由手工, 利用交、直流计算台到应用数字电子计算机的发展过程。

现在的潮流算法都以计算机的应用为前提。

利用电子计算机进行潮流计算从20世纪50年代中期就已经开始。

此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。

一般要满足四个基本要求：
a)可靠收敛
b)计算速度快
c)使用方便灵活
d)内存占用量少
它们也是对潮流算法进行评价的主要依据。

在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。

同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。

因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。

在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。

二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：
在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法（一下简称导纳法）[1,2]。

这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的内存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法（以下简称阻抗法）[2,3]。

20世纪60年代初，数字计算机已经发展到第二代，计算机的内存和计算速度发生了很大的飞跃，从而为阻抗法的采用创造了条件。

阻抗矩阵是满矩阵，阻抗法要求计算机储存表征系统接线和参数的阻抗矩阵。

这就需要较大的内存量。

而且阻抗法每迭代一次都要求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行计算，因此，每次迭代的计算量很大。

阻抗法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我国电力系统设计、运行和研究作出了很大的贡献。

但是，阻抗法的主要缺点就是占用计算机的内存很大，每次迭代的计算量很大。

当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。

为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法[3,4]。

这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省
了内存容量，同时也提高了计算速度。

克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法（以下简称牛顿法）[5,6]。

牛顿法是数学中求解非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。

解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计算效率。

自从20世纪60年代中期采用了最佳顺序消去法[7]以后，牛顿法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前仍被广泛采用的优秀方法。

在牛顿法的基础上，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，对纯数学的牛顿法进行了改造，得到了P-Q分解法[8]。

P-Q分解法在计算速度方面有显著的提高，迅速得到了推广。

牛顿法的特点是将非线性方程线性化。

20世纪70年代后期，有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高阶项也包括进来，希望以此提高算法的性能，这便产生了保留非线性的潮流算法。

另外，为了解决病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模型，即非线性规划潮流算法。

近20多年来，潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。

此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算[10～12]。

但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。

由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用[13]，成为重要的研究领域。

三、本课题研究内容
1.熟悉电力系统潮流计算的相关理论。

2.在综合分析各种电力系统特点的基础上，运用所学专业知识，提出一种合理高效的潮流
计算算法。

3.熟练运用程序设计语言如C语言。

4.通过软件编程实现所提出的算法，并通过典型系统进行验证。

四、本课题研究方案
1、确定一种计算方法，如牛顿-拉夫逊法。

2、结合C语言，编写一套适用的程序完成潮流计算。

3、选取一典型模型进行验证，试验程序是否可靠。

六、参考文献(References)
[1] G.W.Stagg,puter Methods in Power Systems[J]. McGraw Hill,1968
[2] 关根泰次.电力系统解析理论[M].东京：电气书院，1975
[3] 西安交通大学.电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1978
[4]R.G.Andreich,H.E.Brown,H.H.Happ,C.E.Person. The Piecewise Solution of the Impedance Matrix Load Flow.[J] IEEE Trans. Power Systems and Apparatus, V ol.PAS-87(10)pp.1877～1882,Oct.1986
[5]W.F.Tinney,C.E.Hart. Power Flow Solution by Newton’s Method[J],IEEE Trans. Power System and Apparatus, V ol.86,pp.1449～1460,1967
[6] 张伯明，陈涛孙。

高等电力网络分析[M]。

北京：清华大学出版社，1996
[7] W.F.Tinney. Compensation Methods for Network Solution by Optimal Ordered Triangular Factorization[D]. IEEE Trans. Power System and Apparatus,V ol.91,pp.123～127,1972
[8] B.Scott,O.Alsac. Fast Decoupled Load Flow[D]. IEEE Trans. Power Systems and Apparatus, V ol PAS-93(3),pp.859～869,Mar.1974
[9] K.L.LO,Y.J.Lin,W.H.Siew.Fuzzy-Logic Method for Adjustment of Variable Parameters in Load Flow Calculation[D].IEE Proc.-Genr.transm.Distrib.,V ol.146,pp.276～282,May 1999 [10]W.L.Chan,A.T.P.So,i.Initial Applications of Complex Artificial Neural Networks to Load-Flow Analysis[J].IEE Proc.-Genr.Transm.Distrin.,Vol.147,pp.361～366,Nov.2000
[11]T.Nguyen.Neural Network Load-Flow[D].IEE Proc.-Genr.Transm.Distrib.,Vol.142,pp.51～58,Jan.1995
[12]K.P.Wong,A.Li,w.Advanced Constrained Genetic Algorithm Load Flow Method[D].IEE Proc.Genr.Transm.Distrib.,V ol.146,pp.609～616,Nov.1999
[13] P.K.Mannava,L.Teeslink,A.R.Hasan. evaluation of Parallelization of Power Flow Algorithms. In: proceedings of the 40th Midwest Symposium on Circuit and Systems[D], Sacramento, California, U.S.A. August 1997,pp.127～130。