电力系统潮流计算的计算机算法概述
第四章电力系统潮流的计算机算法
1 z ij
(4) 原有节点ij之间阻抗由Zij变为Zij’
i j
－Zij
Yii
Yj
j
y i' jyi
j
1 z'ij
1 zij
Z’ij
Yij＝Yji
yi
j
y
i'
j＝z1ij
1 z'ij
(4) 原有节点ij之间变压器的变比由K*变为K*’时。
i j
返回
-ZT K*:1
ZT K’*:1
Z1 Y T(k-1 )/k
(2)节点导纳矩阵是稀疏矩阵，非对角非零 元素的个数等于对应节点所连的不接地 支路数。
(3)对角元素（自导纳）等于相应节点所连 支路的导纳之和。
(4)非对角元素（互导纳）等于两节点间支 路导纳的负值。
(5)节点导纳矩阵是对称方阵，只需求上三 角或是下三角元素。
标准变比：在采用有名值时，是指归算参数时所 取的变比。采用标么值时，是指折算参数时所 取各基准电压之比。
•
I1
Z 1 U 1 k :1
I1
•
I2
ZT
U2
Z2
U 1/k
I2
～～
S1 ＝ S 2
U1I 1 U1I2 k
I1 I2 / k U 1/kU 2I 2ZT
I1
U1 ZT k 2
U2 ZT k
I2
U1 ZT k
U2 ZT
I 1(y10y12)U 1y12 U 2 I 2 y2U 1 1(y20y21)U 2
2n个扰动变量是已知的，给定2（n－1）个控制变量， 给定2个状态变量，要求确定2（n－1）个状态变量。 已知：4n个变量，待求：2n个变量
电力系统潮流计算机算法
电力系统潮流计算机算法电力系统潮流计算是电力系统分析中最基本的一项计算，其目的是确定电力系统中各母线电压的幅值和相角、各元件中的功率以及整个系统的功率损耗等。
随着计算机技术的发展，电力系统潮流计算算法也在不断更新和完善。
以下是电力系统潮流计算的一些常用算法：1. 牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson Method）：这是一种求解非线性方程组的方法，应用于电力系统潮流计算中。
该方法在多数情况下没有发散的危险，且收敛性较强，可以大大节约计算时间，因此得到了广泛的应用。
2. 快速迪科法（Fast Decoupled Method）：这是一种高效的电力系统潮流计算方法，将电力系统分为几个子系统进行计算，从而提高了计算速度。
3. 最小二乘法（Least Squares Method）：这是一种用于求解线性方程组的方法，通过最小化误差平方和来获得最优解。
在电力系统潮流计算中，可用于优化电压幅值和相角。
4. 遗传算法（Genetic Algorithm）：这是一种全局优化搜索算法，应用于电力系统潮流计算中，可以解决一些复杂和非线性问题。
5. 粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization）：这是一种启发式优化算法，通过模拟鸟群觅食行为来寻找最优解。
在电力系统潮流计算中，可用于优化网络参数和运行条件。
6. 模拟退火算法（Simulated Annealing）：这是一种全局优化搜索算法，应用于电力系统潮流计算中，可以在较大范围内寻找最优解。
7. 人工神经网络（Artificial Neural Network）：这是一种模拟人脑神经网络的计算模型，可用于电力系统潮流计算。
通过训练神经网络，可以实现对电力系统中复杂非线性关系的建模和预测。
以上所述算法在电力系统潮流计算中起着重要作用，为电力系统运行、设计和优化提供了有力支持。
同时，随着计算机技术的不断发展，未来还将出现更多高效、精确的电力系统潮流计算算法。
潮流计算的计算机算法资料
第四章潮流计算的计算机算法第一节概述潮流计算是电力系统最基本、最常用的计算。
根据系统给定的运行条件、网络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线的电压（幅值及相角），各元件中流过的功率、整个系统的功率损耗等。
潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手段和重要工作环节。
因此潮流计算在电力系统的规划设计、生产运行、调度管理及科学研究中都有着广泛的应用。
电力系统潮流计算分为离线潮流计算和在线潮流计算。
前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。
本章主要讨论离线潮流计算问题，它的基本算法同样适用于在线潮流计算。
潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种。
自从五十年代计算机应用于电力系统以来，当时求解潮流的方法是以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法（导纳法），后来为解决导纳法的收敛性较差的问题，出现了以阻抗矩阵为基础的逐次代入法（阻抗法）。
到六十年代，针对阻抗法占用计算机内存大的问题又出现了分块阻抗法及牛顿－拉夫逊（Newton－Raphson）法。
Newton —Raphson法是数学上解非线形方程式的有效方法，有较好的收敛性。
将N－R法用于潮流计算是以导纳矩阵为基础的，由于利用了导纳矩阵的对称性、稀疏性及节点编号顺序优化等技巧，使N－R法在收敛性、占用内存、计算速度方面的优点都超过了阻抗法，成为六十年代末期以后普遍采用的方法。
同时国内外广泛研究了诸如非线形规划法、直流法、交流法等各种不同的潮流计算方法。
七十年代以来，又涌现出了更新的潮流计算方法。
其中有1974年由B、Stott、O、Alsac 提出的快速分解法以及1978年由岩本伸一等提出的保留非线性的高129速潮流计算法。
其中快速分解法（Fast decoupled load flow）从1975年开始已在国内使用，并习惯称之为PQ分解法。
由于PQ分解法在计算速度上大大超过N－R法，不但能应用于离线潮流计算，而且也能应用于在线潮流计算。
15-17潮流计算的计算机算法
(0) xn xn ) 0
在初值处按泰勒级数展开，并略去高阶项，得到：
(0) f1 (x1 x1 , x (0) 2 x 2 , (0) (0) , x (0) n x n ) f1 (x 1 , x 2 ,
, x (0) n )
f1 f x1 1 x 2 x1 0 x 2 0
2 2 20 2 1 12 2 3
23
U y (U U ) y (U U )y I 3 3 30 3 2 23 3 1 13
电力系统分析
根据KCL定律 U y (U U ) y (U U )y I 1 1 10 1 2 12 1 3 13 U y (U U ) y (U U )y I
2 2 20 2 1 12 2 3
23
U y (U U ) y (U U )y I 3 3 30 3 2 23 3 1 13
I 1 Y11 U 1 Y12 U 2 Y13 U 3 I 2 Y21 U 1 Y22 U 2 Y23 U 3 I 3 Y31 U 1 Y32 U 2 Y33 U 3
已 知
相量形式
f1 f1 f1 ... x1 0 x2 0 xn f 2 f 2 ... f 2 x1 0 x2 0 xn . . . f n f n ...f n x1 x2 xn 0 0
电力系统分析
牛顿—拉夫逊法计算非线性方程
一、N-R原理
1. 非线性方程的求解：
f(x)=0
设：x(0)为的初始近似解，x(0)为与真实解的偏差 则：x= x(0) +x(0) f(x(0) +x(0))=0
潮流计算算法在电力系统中的应用研究
潮流计算算法在电力系统中的应用研究一、引言电力系统是现代社会的重要基础设施，它的稳定运行对经济发展和人民生活至关重要。
在电力系统的运行过程中，潮流计算算法起着至关重要的作用。
潮流计算算法是指通过数学模型和计算方法来解决电力系统中潮流分布、功率平衡等问题的一种算法。
本文旨在探讨潮流计算算法在电力系统中的应用研究，以期能够提高电力系统的安全稳定运行和效率。
二、潮流计算算法的基本概念潮流计算算法是电力系统计算的核心算法，它的主要任务是求解电力系统在给定负荷和发电机有限水平下的电压、功率和电流等相关参数。
潮流计算算法主要包括直流潮流计算算法和交流潮流计算算法。
直流潮流计算算法是最基本的潮流计算方法，它假设系统中只有直流，并以直流电压、功率和电流为主要计算对象。
交流潮流计算算法是在直流潮流计算算法的基础上考虑电力系统的交流特性，以交流电压、功率和电流为主要计算对象。
三、潮流计算算法的应用领域潮流计算算法广泛应用于电力系统的各个领域，包括电网规划、电网分析、电网调度和电网运行等。
在电网规划方面，潮流计算算法可以用于电网的优化配置、线路的选址以及电网的扩容规划等方面，以提高电网的供电能力和可靠性。
在电网分析方面，潮流计算算法可以用于评估电网的稳定性和可靠性，以及分析电网中的潮流分布和潮流方向等问题。
在电网调度方面，潮流计算算法可以用于优化电力系统的发电机组合、负荷分配以及电力交易等方面，以提高电网的经济性和运行效率。
在电网运行方面，潮流计算算法可以用于实时监测电网的潮流状态和电力质量，以及预测电网中的潮流变化和电力负荷等问题。
四、潮流计算算法的发展趋势随着电力系统的规模不断扩大、运行复杂度不断增加，潮流计算算法也面临着更多的挑战和需求。
在未来的发展中，潮流计算算法将向以下几个方向发展。
首先，潮流计算算法将更加注重电力系统的可扩展性和可靠性。
随着电力系统的规模和运行复杂度的增加，传统的潮流计算算法已经无法满足实际需求。
电力系统的潮流计算
电力系统的潮流计算电力系统的潮流计算是电力系统分析中的基础工作，主要用于计算电力系统中各节点的电压和功率流动情况。
通过潮流计算可以得到电力系统的电压、功率、功率因数等关键参数，为电力系统的运行和规划提供有效的参考依据。
本文将介绍电力系统潮流计算的基本原理、计算方法和应用。
一、电力系统潮流计算的基本原理电力系统潮流计算基于电力系统的能量守恒原理和基尔霍夫电流定律，通过建立电力系统的节点电压和功率平衡方程组来描述系统中各节点间的电压和功率流动关系。
潮流计算的基本原理可简述为以下三个步骤：1.建立节点电压方程：根据基尔霍夫电流定律，将电力系统中各节点的电流状况表达为节点电压和导纳矩阵之间的乘积关系。
2.建立功率平衡方程：根据能量守恒原理，将电力系统中各支路的功率流动表达为节点电压和导纳矩阵之间的乘积关系。
3.解算节点电压：通过求解节点电压方程组，得到系统中各节点的电压值。
二、电力系统潮流计算的常用方法电力系统潮流计算常用的方法有高斯-赛德尔迭代法、牛顿-拉夫逊迭代法和快速潮流法等。
其中，高斯-赛德尔迭代法是一种基于节点电压的迭代算法，通过在每一次迭代中更新节点电压值来逐步逼近系统潮流平衡状态。
牛顿-拉夫逊迭代法是一种基于节点电压和节点功率的迭代算法，通过在每一次迭代中同时更新节点电压和节点功率值来逼近系统潮流平衡状态。
快速潮流法则是一种通过行列式运算直接求解节点电压的方法，对于大规模复杂的电力系统具有较高的计算效率和精度。
三、电力系统潮流计算的应用电力系统潮流计算在电力系统的规划和运行中有广泛应用。
具体应用包括：1.电力系统规划：通过潮流计算可以预测系统中各节点的电压和功率流动情况，为电力系统的设计和扩建提供参考依据。
2.电力系统稳定性分析：潮流计算可以帮助分析系统中节点电压偏差、功率瓶颈等问题，为系统的稳态和暂态稳定性分析提供基础数据。
3.运行状态分析：潮流计算可以实时监测系统中各节点的电压和功率流动情况，为电力系统的运行调度提供参考。
第四章 电力系统潮流计算法算法
第四章 电力系统潮流的计算机算法
1）增加非零非对角元素为
2）节点 i 的自导纳，增加一个改变量为
3）节点 j 的自导纳，也增加一个改变量为
第四章 电力系统潮流的计算机算法
二、节点导纳矩阵的修改
在电力系统计算中，对于已知网络，其节点导纳矩阵已 经形成。如果网络接线发生局部变化，此时不必重新计算节 点导纳矩阵。仅仅需要在原节点导纳矩阵的基础上进行必要 的局部修改就可以得到所求节点导纳矩阵。下面介绍几种情 况。
第四章 电力系统潮流的计算机算法
4、节点导纳矩阵的非对角元素 Yij 等于节点 路导纳的负值，即
i 和 j间支
5、节点导纳矩阵是对称方阵，因此一般只需要求取这 个矩阵的上三角或下三角部分。 6、对网络中的变压器，采用计及非标准变比时以导纳 表示的等值电路，并将之接入网络中。然后按此等职 电路用前述方法很方便地形成节点导纳矩阵。在实际 程序中，往往直接计算变压器支路对节点导纳矩阵的 影响。即当新接入非标准变比的变压器支路 i 、 j 时，对原来的节点导纳矩阵修正如下：
或
（4-5）
1 和 2为预先给定的小正数。 式中， 下图为这种解法的几何意义，函数 f ( x) 0 为图中曲线。 y f ( x) x 的解相当于曲线与 轴的交点。如果第 次迭代中得 k ( k ) ( k ) ( k ) ( k 1) x , y ]点作一切线，此切线 f (x ) 到 ，则过点 [ x 同 轴的交点便确定了下一个近似解 。由此可见， x x(k ) 牛顿-拉夫逊法实质上就是切线法，是一种逐步线性的方 法。
（4-10）
如此反复迭代，在进行第 k 1 次迭代时，从而求得修正方 程式
第四章 电力系统潮流的计算机算法
电力系统潮流计算
f J xT
极坐标下牛顿
P SP P(V , ) P(V , ) f ( x) SP Q ( V , ) Q Q(V , )
( X X ) P
XP
1）阻抗矩阵的变化 设原输电系统网络的节点阻抗矩阵为x ，支路 k 两 端的节点为i、j。这里的支路是指两节点间各线路的 并联，线路是支路中的一个元件。当支路 增加一条 电抗为 的线路（称追加线路）时，形成新的网络。
应用支路追加原理，新网络的节点阻抗矩阵为
极坐标下牛顿法修正方程：
P T Q T
P V T P V V Q Q V V T V
将极坐标Jacobian矩阵中的电压平方项移出矩阵
' VP H ' VQ M
ˆ ˆ UYU S
ˆ (G jB )U Pi jQi U i ij ij j
ji
i 1, 2, N
所有节点的功率平衡方程
Pi jQi (ei jf i ) (Gij jBij )(e j jf j )
ji
(ei jf i )(ai jbi )
问题
什么是潮流计算？
指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件 下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。
为什么要进行潮流计算？
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。
如何进行潮流计算？ 简单电力网络（开式网络、环形网络、两端供电网络） 潮流计算计算机算法（高斯—赛德尔法、牛顿法、P-Q分解法）
电力系统潮流计算算法及其效率分析
电力系统潮流计算算法及其效率分析现代社会已经越来越依赖电力，而电力系统的安全和稳定运行则是社会生产生活的重要保障。
电力系统潮流计算是电力系统运行分析的重要环节，可用于分析电力系统的电压、电流、功率等参数，及时发现和解决电力系统运行中的问题，确保电力系统稳定运行。
本文将介绍电力系统潮流计算的算法及其效率分析。
一、电力系统潮流计算算法电力系统潮流计算的算法可以分为直接潮流计算法和迭代潮流计算法。
1、直接潮流计算法直接潮流计算法又称为Gauss-Seidel法，是一种迭代计算法。
它的基本原理是：从任意起点开始，按照节点位于网络中的拓扑次序，依次计算每一个节点的电压幅值和相角，并将其作为下一个节点的计算依据，如此循环迭代，直到所有节点的电压幅值和相角的变化不再大于预设值为止。
这种算法的计算速度比较快，但由于其每个节点的计算都是基于其前后节点的计算结果，因此对于复杂的电力系统网络，可能存在网络收敛速度慢、计算精度不高等问题。
2、迭代潮流计算法迭代潮流计算法又称为Newton-Raphson法，是一种比较精确的算法。
它的基本原理是：通过对电力系统节点电压幅值和相角的偏导数进行求解，得到节点电压和相角的增量，并将其与原节点电压和相角相加，得到新的节点电压和相角。
这种算法的精度相对较高，适用于复杂电力系统网络，在收敛速度、迭代次数、计算精度等方面都有较好的表现。
但相对而言也计算耗时较长。
二、电力系统潮流计算算法效率分析电力系统潮流计算算法的效率包括计算速度、收敛速度、计算精度等方面。
1、计算速度计算速度是评估算法效率的一个重要指标。
直接潮流计算法的计算速度相对比较快，因其是一种基于迭代计算的算法，每个节点的计算都可同时进行，从而提高了算法的计算速度。
而迭代潮流计算法的计算速度相对比较慢，由于其涉及大量的矩阵运算和非线性迭代，计算时间长，可能会受到计算机内存、硬盘等计算资源的限制。
2、收敛速度收敛速度是评估算法有效性的重要指标。
电力系统中的潮流计算与稳定性分析
电力系统中的潮流计算与稳定性分析潮流计算和稳定性分析是电力系统中不可或缺的两个重要任务，旨在确保电力系统的正常运行和稳定供电。
本文将详细介绍电力系统潮流计算和稳定性分析的概念、原理以及相关算法和方法。
一、潮流计算潮流计算是指确定电力系统中各节点的电压幅值和相角，以及分析电力系统中各功率参数的分配和流动情况的过程。
潮流计算是电力系统规划、运行和控制的基础，其结果用于判断系统电压稳定性、线路等电气设备的负荷能力以及调度运行。
潮流计算的基本原理是基于潮流方程的等式性质，通过节点电压相等和功率平衡等基本方程，建立节点电压和功率之间的方程组，进而求解得到电力系统各节点的电压相角和幅值。
常用的潮流计算算法包括直接法、迭代法和优化法。
直接法是利用克尔方程和雅可比矩阵进行计算，但对于大规模和复杂电力系统，计算量较大。
迭代法是通过不断迭代计算来逼近潮流计算结果，常用的迭代方法有高斯-赛德尔迭代法和牛顿-拉夫逊迭代法。
优化法则是通过优化技术和线性规划方法，将潮流计算问题转化为数学规划问题。
这些算法在实际应用中灵活运用，可以根据系统规模和计算精度进行选择。
二、稳定性分析稳定性分析是指对电力系统在各种异常工况下（如短路故障、负荷扰动等）的动态响应进行研究和评估的过程。
稳定性分析主要包括动力稳定性和电压稳定性两个方面。
动力稳定性是指电力系统在发生扰动后恢复到稳定状态的能力。
常见的动力稳定性问题包括暂态稳定性和稳定性界限等。
暂态稳定性主要研究电力系统在出现大幅度故障后的瞬时响应和恢复过程，如大断面故障后电压振荡的消散。
稳定性界限则是指系统恢复到稳态后，能够承受的最大稳定耐受能力。
电压稳定性是指电力系统在负荷变动或电网扰动等条件下，各节点电压不会超出规定的范围。
需要进行电压稳定性分析的原因是为了确保系统中各部分供电的质量和稳定性。
在稳定性分析中，通常会对发电机励磁系统、电力传输线路和负荷模型等进行建模，然后通过数学模型和仿真技术进行分析和评估。
电力系统潮流计算及优化算法
电力系统潮流计算及优化算法概述：电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，它负责能源的传输和分配，为各个行业提供电力供应。
电力系统潮流计算及优化算法是为了确保电力系统的可靠性和稳定性而进行的重要工作。
本文将从电力系统潮流计算的基本原理入手，探讨几种常见的潮流计算算法，并介绍潮流计算在电力系统优化中的应用。
1. 电力系统潮流计算的基本原理潮流计算是指通过对电力系统的各个节点进行功率平衡方程的求解，来确定电压幅值和角度的过程。
电力系统潮流计算的基本原理包括以下几个方面：（1）潮流计算基于功率平衡方程：潮流计算的基本原理是通过功率平衡方程来计算各个节点上的电压幅值和相角。
功率平衡方程是指在电力系统中，各个节点的有功功率和无功功率之和等于零。
（2）节点电压和注入功率的迭代计算：潮流计算是通过迭代计算来获取节点电压和注入功率的近似解。
通过将功率平衡方程转化为牛顿-拉夫逊法，则可以利用数值迭代方法来求解节点电压和注入功率。
（3）无功优化和电压稳定分析：潮流计算还包括对无功优化和电压稳定性分析。
无功优化是为了减少无功功耗，提高电能的传输效率和系统稳定性。
电压稳定性分析是为了保持电网的电压稳定，避免电压失稳带来的各种问题。
2. 常见的潮流计算算法（1）高斯-赛德尔法：高斯-赛德尔法是最早应用于电力系统潮流计算的迭代方法之一。
该方法通过将节点电压和注入功率的迭代过程分为两个步骤进行，从而加速迭代的收敛速度。
高斯-赛德尔法的缺点是收敛速度较慢，尤其是在系统网架复杂或负荷变化较大的情况下。
（2）牛顿-拉夫逊法：牛顿-拉夫逊法是目前应用最广泛的求解电力系统潮流计算问题的方法之一。
该方法通过求解雅可比矩阵的逆矩阵来迭代计算节点电压和功率注入值。
由于需要求解雅可比矩阵的逆矩阵，牛顿-拉夫逊法的计算量较大，但收敛速度较高。
（3）快速潮流计算算法：为了提高电力系统潮流计算的效率，研究者还提出了快速潮流计算算法。
快速潮流计算算法采用改进的数值计算方法，通过减少计算过程中的冗余计算，来提高潮流计算的速度。
电力系统稳态分析4 电力系统潮流的计算机算法
i
Ui yij
U j j
yij
Iij
Iij
Ii
IijIij
ii
Ii
j
IIiikk j
IIill
kk
ll
0
大地为参考节点
• 在电网络中，对任意节 点i,根据KCL,有
Ii
n
Iij
n
yij(Ui
U j
)
j0
j0
ji
ji
n yijUi n yijU j
考节点
节点注入电 流列向量
I1 I2
Y11 Y21
Ii Y Nhomakorabea1
In Yn1
矩阵向量表示：
Y 12 Y 22
Y1i Y1n
Y2 i
Y2
n
U U
1 2
Y i2
Y 22
Y2i
Y
2
n
Y i2
Y ii Y in
Y n 2 Y ni Y nn
Yij yij
对角元素：自导纳
所有连接于节点的支路（包 括接地支路）的导纳之和
n
Y ii
y ij
j0 ji
(3) 节点导纳矩阵中元素的物理含义
1
U1
I1
3
Y21 Y22 Y2i Y2 j Y2n
Y i1 Y i2 Y ii Y ij Y in
电力系统潮流的计算机算法
电力系统潮流的计算机算法电力系统潮流计算是电力系统运行分析和规划的基础，其目的是通过计算和模拟电力系统中各个节点和支路的电压、电流和功率等参数，以确定系统的电力分布状态和稳定性。
电力系统潮流计算是一个复杂且精确度要求较高的问题，需要借助计算机算法进行求解。
电力系统潮流计算的算法可以分为直流潮流算法和交流潮流算法。
直流潮流算法是最简单的一种算法，它假设整个电力系统都是直流的，不存在变压器的短路铜损、电感等问题，只考虑电压降和功率损耗的线性关系。
直流潮流算法的基本原理是节点功率方程的线性化求解，通过迭代计算各个节点的电压和功率。
然而，直流潮流算法的精确度有限，不能计算出交流系统的电流相位和系统的稳定性。
因此，交流潮流算法被广泛应用于实际的电力系统潮流计算中。
交流潮流算法通过将电力系统模型转化为一组非线性方程组，通过迭代计算来求解各个节点的电压相位和幅值，从而得到系统的电流和功率分布。
在交流潮流计算中，最常用的算法是牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson）算法和快速潮流（Fast Decoupled）算法。
牛顿-拉夫逊算法是一种基于迭代求解的方法，通过不断更新节点电压和相角的估计值，使得节点功率方程组的误差逼近于零。
快速潮流算法是一种改进的牛顿-拉夫逊算法，通过对电力系统模型进行分解和简化，减少了迭代的计算量和复杂度，提高了算法的收敛速度。
除了牛顿-拉夫逊算法和快速潮流算法，还有一些其他的算法被应用于电力系统潮流计算中，如改进的Gaoc-Newton算法、无功优化算法和光滑化算法等。
这些算法都是根据不同的问题和需求进行改进和优化，用于解决电力系统潮流计算中的各种复杂情况和特殊需求。
例如，无功优化算法可以用于优化电力系统的无功功率分配，光滑化算法可以用于减小潮流计算中的震荡和不稳定性。
综上所述，电力系统潮流计算的算法是一个复杂且多样化的领域，涉及到数学、电力系统、计算机科学等多个学科的知识。
通过不断改进和优化算法，可以提高电力系统潮流计算的准确性、效率和稳定性，为电力系统的运行和规划提供重要的参考依据。
电力系统潮流计算
电力系统潮流计算简介潮流计算是电力系统运行与规划的重要工具之一，通过计算电力系统的节点电压、电流及功率等参数，可以帮助分析系统运行情况、评估电力系统稳定性和负荷承载能力，为电力系统的优化调度和规划提供依据。
本文将介绍电力系统潮流计算的基本原理和常用的数学模型，以及潮流计算的算法和应用。
潮流计算原理电力系统潮流计算是基于电力系统的等值模型进行的。
等值模型是对电力系统的复杂网络结构进行简化，将电力系统视为一组节点和支路的连接图，其中节点表示发电机、变电站和负荷，支路表示输电线路和变压器。
潮流计算的基本原理是基于电力系统的基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，通过建立节点电压和支路功率的方程组，求解方程组得到电力系统中各节点的电压、电流和功率等参数。
潮流计算可以分为直流潮流计算和交流潮流计算两种。
直流潮流计算直流潮流计算是将电力系统视为直流电路进行计算的一种简化方法。
在直流潮流计算中，各节点的电压都假设为恒定值，即不考虑电力系统中的电压相位差。
直流潮流计算可以较准确地求解直流电力系统的电压、电流和功率等参数，常用于电力系统的初始计算和短期稳定计算。
交流潮流计算交流潮流计算是对电力系统的交流特性进行全面分析和计算的方法。
交流潮流计算考虑电力系统中的电压相位差和电流谐波等复杂情况，可以求解电力系统中各节点的电压、电流和功率的精确值。
交流潮流计算常用于电力系统长期稳定计算、电力系统规划和扩容的分析等。
潮流计算数学模型潮流计算的节点电压方程假设电力系统有n个节点，节点的电压记为V i，支路的电流记为I ij。
根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，可以得到潮流计算中节点电压方程的数学表达式：$$ \\begin{align*} \\sum_{j=1}^n Y_{ij}V_j &= I_{i}^g - I_{i}^l \\\\ I_{ij} &= Y_{ij} (V_i - V_j) \\end{align*} $$其中，Y ij是节点i和节点j之间的支路导纳，I i g和I i l分别是节点i的总注入电流和总负荷电流。
电力系统潮流计算的计算机算法概述
Qi fi j1 Gij e j Bij f j
ei Gij f j Bij e j
j 1
电力系统分析
（19.14）
19.3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
PQ节点的有功功率和无功功率是给定的，第i个节点的给定功率设 为Pis和Qis。假定系统中的第1，2，……，m号节点为PQ节点， 对其中每一个节点可列方程
为PQ机（或PQ给定型发电机）。在潮流计算中，系统大部分 节点属于PQ节点。
电力系统分析
2.PU节点 给出的参数是节点的有功功率P及电压幅值U，待求量为该节 点的无功功率Q及电压向量的相角θ。通常选择有一定无功功率 贮备的发电机母线或者有无功补偿设备的变电所母线作PU节点。 PU节点上的发电机称之为PU机（或PU给定型发电机）。 3.平衡节点
电力系统分析
3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
1．采用直角坐标 结点电压和导纳可表示为：
Yij G ij jBij
Ui
e i
jf i
将上述表示式代入
Pi
jQi
Ui
n
Y ij U
j
的右端，
j 1
展开并分出实部和虚部，便得：
Pi
ei
n
j 1 n
Gij e j
Bij
fj
n
fi Gij f j Bij e j
电力系统潮流计算的计算机算法
重点提示 1概 述 2 潮流计算的基本方程 3 牛顿－拉夫逊法潮流计算 4 PQ分解法潮流计算 小结
电力系统分析
本章提示
节点分类的概念； 潮流计算的基本方程式； 牛顿—拉夫逊法潮流计算的计算机算法； P—Q分解法潮流计算的计算机算法。
电力系统分析
牛顿拉夫逊潮流计算程序
f1 x 2 xn f 2 f 2 x 2 xn f n f n x 2 xn
f i
f1
Δ X 1 Δ X 2 Δ X n
（13）
' ' 式（13）等号右边矩阵的 x 等都是对于 X1 ,X 2 的值，这一矩阵称为雅可比（Jacobi）矩阵。
P—Q分解法潮流计算的计算机算法。
电力系统分析
1概 述
类型：
导纳法
阻抗法
牛顿-拉夫逊法（N—R法） 快速分解法（ PQ分解法）
电力系统分析
2 潮流计算的基本方程
2.1节点的分类 2.2基本方程式
电力系统分析
2.1节点(bus)的分类
根据电力系统中各节点性质的不同，可把节点分成三种类型。 1.PQ节点 事先给定的是节点功率（P、Q），待求的是节点电压向量 （U、θ）。通常变电所母线都是PQ节点，当某些发电机的 出力P、Q给定时，也可作为PQ节点。PQ节点上的发电机称 之为PQ机（或PQ给定型发电机）。在潮流计算中，系统大 部分节点属于PQ节点。
2
m 1
Δ P1 e m 1 Δ Q 1 e m 1 Δ Pm e m -1 Δ Q m e m -1 Δ Pm 1 e m -1 Δ U
2
m 1
Δ P1 f m 1 Δ Q 1 f m 1 Δ Pm f m -1 Δ Q m f m -1 Δ Pm 1 f m -1 Δ U
电力系统分析
3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
方程式（15）和（16）具备方程组（12）的形式：
Δ W -J Δ U
（17）
Δe 1 Δf 1 Δe m Δf m ΔU Δe m 1 Δf m 1 Δe n - 1 Δf n - 1
电力系统分析第4章电力系统潮流的计算机算法
图4-1简单电力系统
可得图4-1a各节点净注入功率为
S%1 S%2
S%G1 S%G 2
S%L1
S%3 S%L3
（4-1）
对图4-1b中的等值电路进行化简，将在同一节点上的接地 导纳并联得：
y10 y120 y130
阻抗矩阵是一个满矩阵，这是一个重要的特点。由于网络 结构复杂，直接应用公式（4-17）计算是很困难的。
综上所述，阻抗矩阵具有以下特点： （1）阻抗矩阵是n阶方阵，且Zij=Zji，既为对称矩阵。 （2）在一般情况下，阻抗矩阵无零元素，是满矩阵。矩阵的元 素与节点数的平方成正比，将需要更多的计算机内存容量。 （3）由于阻抗矩阵中的自阻抗Zii一般大于互阻抗Zij，即矩阵的 对角元素大于非对角元素。因此阻抗矩阵具有对角线占优势的性 质，应用于迭代计算时收敛性能较好。 （4）阻抗矩阵不能从系统网络接线图上直观的求出，需要采用 其他办法，如直接对导纳矩阵求逆。
...
Yi1
Yi2
i行 Y 'ii
... Yin
Yij
Yn1 Yn2 ...
Yni
... Ynn
0
0
0
...
Yji
...
0
Yjj
j行
其中，原节点导纳矩阵的对角元素应修正为 Y 'ii Yii yij
新增导纳矩阵元 Yjj yij ，Yij Yji yij 。
电力系统分析教材配套课件
第4章电力系统潮流的计算机算法
4.1 电力网络的数学模型 4.2 高斯——塞德尔法潮流计算 4.3 牛顿-拉夫逊法潮流计算 4.4 P-Q分解法
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f 1
em
Δ Qm Δ Qm
f 1
em
Δ Pm1 Δ Pm1
f 1
em
Δ U 2 m1
Δ U 2 m1
f 1
em
Δ Pn-1 Δ Pn-1
f 1
em
Δ
U
2 n1
Δ U 2 n1
f 1
em
Δ P1
f m Δ Q1
f m Δ Pm
f m Δ Qm
f m Δ Pm1
f m Δ U 2
m1
f m
Δ Pn-1
f m-1
en-1
Δ Pm1 Δ Pm1
f m-1
en-1
Δ U 2 m1
Δ U 2 m1
f 1m
en-1
Δ Pn-1 Δ Pn-1
f m-1
en-1
Δ
U
2 n1
Δ
U
2 n1
f m-1
en-1
Δ P1
f n-1 Δ Q1
f n-1 Δ Pm
f n-1 Δ Qm
f n-1
Δ Pm1 f n-1
电力系统分析
3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
雅可比矩阵有以下特点： 雅可比矩阵中的诸元素都是节点电压的函数，因此在迭代过程 中，它们将随着各节点电压的变化而不断地改变； 矩阵是不对称的； 由式（19.19）可以看出，当导纳矩阵中的非对角元素Yij为零
时，雅可比矩阵中相对应的元素也是零，即矩阵是非常稀疏 的。
电力系统分析
几何意义:
电力系统分析
图19.2 函数曲线及切线示意图
用同样的方法考虑，给出对n个变量X 1 , X 2 , , X n 的n个方程式
f1 X 1 , X 2 ,, X n 0
f
2
X
1
, X 2 ,, X
n
0
fn X 1 , X 2 ,, X n 0
（19.12）
对其近似解
电力系统分析
3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
方程式（19.15）和（19.16）具备方程组（19.12）的形式：
Δ W -JΔ U
（19.17）
式中
Δ P1
Δ Q1
ΔW
Δ Pm Δ Qm Δ Pm1
Δ U 2 m1
ΔΔUPn2-n1-1
Δe1
Δf 1
Δem
ΔU
X
'' 1
X
' 1
ΔX1,
X
'' 2
X
' 2
Δ X 2
,
,
X
'' n
X
' n
ΔX n
这比
X
' 1
,
X
' 2
,
,
X
' n
进一步接近于真值。这一步骤在收敛到希
望的值以前重复进行。一般要反复计算到满足
max
X
n1
1
X
n
1
,
X
n1
2
X
n
2
,
X
n1
n
X
n
n
ε
时为止。
ε为预先规定的小正数，此处 Xin是 第n次迭代Xi的近似值。
导纳法 阻抗法 牛顿-拉夫逊法（N—R法） 快速分解法（ PQ分解法）
电力系统分析
2 潮流计算的基本方程 2.1节点的分类 2.2基本方程式
电力系统分析
2.1节点的分类
根据电力系统中各节点性质的不同，可把节点分成三种类型。
1.PQ节点
事先给定的是节点功率（P、Q），待求的是节点电压向量 （U、θ）。通常变电所母线都是PQ节点，当某些发电机的出 力P、Q给定时，也可作为PQ节点。PQ节点上的发电机称之
Δ U f i
2 i
2fi
电力系统分析
（19.18）
3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
当 j i 时，矩阵中非对角元素是
Δ
Pi
e j
ΔQ i f j
Gij ei
Bij fi
Δ f
Pi
j
Δ Qi e j
Bij ei
Gij fi
U
2 i
U
2 i
0
e j
f j
（19.19）
j 1 n
Qi fi j1 Gij e j Bij f j
ei Gij f j Bij e j
j 1
电力系统分析
（19.14）
19.3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
PQ节点的有功功率和无功功率是给定的，第i个节点的给定功率设 为Pis和Qis。假定系统中的第1，2，……，m号节点为PQ节点， 对其中每一个节点可列方程
给定的运行参数是U和θ，，而待求量是该节点的P、Q，因
此又称为Uθ节点。 在潮流计算中，这类节点一般只设一个。
关于平衡节点的选择，一般选择系统中担任调频调压的某一 发电厂（或发电机），有时也可能按其它原则选择。
电力系统分析
2.2基本方程式
任何复杂的电力系统都可以归结为以下元件（参数）组成： （1）发电机（注入电流或功率）； （2）负荷（负的注入电流或功率）； （3）输电线支路（电阻、电抗）； （4）变压器支路（电阻、电抗、变比）； （5）母线上的对地支路（阻抗和导纳）； （6）线路上的对地支路（一般为线路充电电容导纳）。
电力系统分析
集中了以上各种类型元件的简单网络如图
电力系统分析
节点注入电流和节点电压构成以下线性方程组
I YU
其中
I
II12
In
可展开为如下形式：
U
U U
1 2
U n
Ii n YijU ij 1 , 2 , , n j 1
若 U ZI 可展开如下形式：U i n Zij Ij i 1 , 2 , , n
Bij sinij )
i j
J ii
Qi i
U i
n
U j (Gij cosij
j 1
Bij sinij )
ji
电力系统分析
修正方程为
3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算 （19.22）
用分块矩阵的形式简化如下
Pi jQi
n
YijU j i 1 ,2 , ,n
Ui
j 1
（19.5）
式（19.5）是一组共有n个非线性方程组成的复数方程式，如果
把实部和虚部分开便得到2n个实数方程，因此由该方程组可解出
2n个运行参数。
电力系统分析
3 牛顿－拉夫逊法潮流计算
19.3.1牛顿－拉夫逊法概要 19.3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算 19.3.3牛顿法的框图及求解过程 19.3.4实例
j 1
式中n为网络节点数
（19.1） （19.2）
电力系统分析
节点功率与节点电流之间的关系为：
~ Si
Pi
jQi
U i
Ii
（19.3）
式中
Pi PGi PLDi Qi QGi Q LDi
PQ节点可以表示为
Ii
Si
Pi - jQi
Ui
Ui
把这个关系式代入式（19.1）中，得
（19.4）
f m Δ U 2
n-1
f m
Δ P1
em1 Δ Q1
em1
Δ Pm
em-1 Δ Qm
em-1 Δ Pm1
em-1 Δ U 2
m1
em-1
Δ Pn-1
em-1 Δ U 2
n-1
em-1
Δ P1 Δ P1
f m1
en-1
Δ Q1 Δ Q1
f m1
en-1
Δ Pm Δ Pm
f m-1
en-1
Δ Qm Δ Qm
电力系统分析
3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
1．采用直角坐标
结点电压和导纳可表示为：
Yij G ij jBij
U i
e i
jf i
将上述表示式代入
Pi
jQi
U i
n
Y ij U j
的右端，
j 1
展开并分出实部和虚部，便得：
Pi
ei
n
j 1 n
Gij e j
Bij
fj
n
fi Gij f j Bij e j
xn
f n
Δ X 1
Δ
X
2
Δ X n
（19.13）
x1 x2
xn
式（19.13）等号右边矩阵的xfij
等都是对于X
' 1
,
X
' 2
,
,
X
' n
的值，这一矩阵称为雅可比（Jacobi）矩阵。
电力系统分析
按上述得到修正量Δ X 1 ,Δ X 2 , ,Δ X n 后，得到如下关系：
Δ U 2
m 1 f n-1
Δ Pn-1 f n-1
Δ
U
2 n1
f n-1
电力系统分析
3.2牛顿－拉夫逊法潮流计算
雅可比矩阵的各元素是对式（19.15）和（19.16）求偏导数
当 j i 时，对角元素是
Δ Pi
ei
n
Gij e j Bij f j
j 1
Gii ei Bii fi
为PQ机（或PQ给定型发电机）。在潮流计算中，系统大部分 节点属于PQ节点。
电力系统分析
2.PU节点 给出的参数是节点的有功功率P及电压幅值U，待求量为该节 点的无功功率Q及电压向量的相角θ。通常选择有一定无功功率 贮备的发电机母线或者有无功补偿设备的变电所母线作PU节点。 PU节点上的发电机称之为PU机（或PU给定型发电机）。 3.平衡节点