1C#潮流计算软件课程报告

研究生课程考试成绩单 （试卷封面）
院系 学生姓名 课程名称 授课时间
电气工程学院
专业
电气工程
郝攀
学号
152247
电气工程设计与开发 1_偏软（S016156）
2015 年 9 月至 2016 年 6 月 周学时
2 学分 2.0
简 要 评 语
考核论题 总评成绩 （含平时成绩）
备注
任课教师签名：
日期：
年月日
6-13
0.06615
0.13027
9-14
0.12711
0.27038
10-11 12-13 13-14
0.08205 0.22092 0.17093
0.19207 0.19988 0.34802
1/2 电纳 0.02640 0.02190 0.01870 0.02460 0.01700 0.01730 0.00640 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
1-5
0.05403
0.22304
2-5
0.05695
017388
3-4
0.06701
0.17103
4-5
0.01335
0.04211
7-8
0.0000
0.17615
7-9
0.0000
0.11001
9-10
0.03181
0.08450
6-11
0.09498
0.19890
6-12
0.12291
0.15581
支路号 18 19 20
表 4. IEEE 14 节点系统变压器数据
首末节点
电阻
电抗
变比
变比下限
5-6
0
0.25202
0.932
0.9
4-7
0
0.20912
0.978
0.9
4-9
0
0.55618
0.969
0.9
变比上限 1.1 1.1 1.1
母线号
2 3 4 5 6 9 10 11 12 13 14
学号： 152247
东南大学
研究生课程 《电气工程设计与开发 1_偏软》
课程报告
院（系、所） 学科（专 业） 研究生姓名 学科门类与学位级别 导师姓名 入学年月 结题报告日期
电气工程学院 电气工程 郝攀 工学硕士 张金旺
2015 年 8 月 31 日 2016 年 5 月 16 日
东南大学电气工程学院
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
1
（6）
（7）
（8）
（2） 牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤： 1. 形成各节点导纳矩阵 Y； 2. 设个节点电压的初始值 U 和相角初始值 e 还有迭代次数初值； 3. 计算各个节点的功率不平衡量； 4. 根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行； 5. 计算雅可比矩阵中的各元素； 6. 修正方程式个节点电压； 7. 利用新值自第（3）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环； 8. 计算平衡节点输出功率和各线路功率。
发的软件代替。
二、 设计步骤： （1） 根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选：本设计选
择 C#进行设计； （2） 编写潮流计算界面； （3） 编写潮流计算程序，实现界面的功能； （4） 找到案例电力网络的等值电路图，在编写的软件上调试。 （5） 运用设计软件进行潮流计算，并与参考结果比对测试。
3
修正。相对应代码在 Line 409-460 ； d) 除了在含有对地电容的支路,B 阵计算思路基本与 G 阵相同； e) 模块一界面数据输入部分：如图 4；
图 4. 模块一界面数据输入部分
f) 模块一界面数据输出部分：如图 5；
图 5. 模块一界面数据输出部分
2. 模块二的实现：本算法采用牛顿拉夫逊法求解潮流，计算原理同设计原理，计算思路 及相应的界面如下： a) 设个节点电压的初始值 U 和相角初始值 e 还有迭代次数初值。相对应代码在 Line 499-551； b) 计算各个节点的功率不平衡量。相对应代码在 Line 557-589； c) 根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行。相对应代码在 Line 556；
电压上限 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1
9
支路号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
表 3. IEEE 14 节点系统支路参数数据
首末节点
电阻
电抗
1-2
0.01938
0.05917
2-3
0.04699
0.01979
2-4
0.05811
0.17632
支路数
可调变压器数
无功补偿设备数
发电机数
14
20
3
1
5
节点号 1 2 3 6 8
有功下限 0.1 0.2 0 0 0
表 2. IEEE 14 发电机数据
有功上限 无功下限 无功上限
1.0
-0.4
0.5
0.5
-0.4
0.5
0
0
0.4
0
-0.06
0.24
0
-0.06
0.24
电压下限 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95
8
图 14. IEEE 14 节点系统接线图
IEEE 14 节点系统包括 5 台发电机(节点 1、2、3、6、8，其中 1 节点为平衡节点，节点 2、
3、6、8 为 PV 节点)，3 台可调变压器(支路 4—7、4—9、5—6)和 1 个无功补偿点(节点 9)，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系统数据统计表如下表所示：
节点数
表 1. IEEE 14 节点基本数据统计表
（6） 根据测试结果，记录测试 bug,修改原程序。 （7） 编写课程设计报告。 三、 设计原理 （1） 牛顿-拉夫逊原理 牛顿迭代法是取 x0 之后，在这个基础上，找到比 x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，从而找 到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程 f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算，一般 来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据网络 结构形成节点导纳矩阵（1），然后由节点导纳矩阵列写功率方程（2）（3）（4），由于功率方程里 功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的 问题了。为了便于用迭代法解方程组，需要将上述功率方程改写成功率平衡方程（5）（6），并对 功率平衡方程求偏导（7）（8），得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为额定电 压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电 压不平衡量（未知的）构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节 点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可 比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。 有关潮流计算基本原理如下：
图 1.节点导纳计算按钮
2
图 2.潮流计算按钮
开始阅读关于
根据关于要求赋值支路索引阵，支 路参数阵，各节点个数。
点击节点导纳矩阵按钮
N 是否进行潮流计算
Y 根据几点编号及类型，输入计算所需要的 功率、电压、相角信息
点击潮流计算按钮
点击菜单中保存按钮
图 3. 功能模型流程图
（2） 主模块详细设计 1. 模块一的实现：通过用户指定的节点个数、支路索引矩阵、支路参数矩阵，动态的建 立存储节点导纳矩阵实部和虚部的 G 阵、B 阵。计算思路及相应的界面如下： a) 根据索引，作为 G 阵、B 阵脚标的依据，根据参数阵中 r,x 的值计算各支路互导 纳，再计算出节点的自导纳。相对应代码在 Line 355-390 ； b) 根据参数阵中的 b,修正导纳矩阵 B 阵的自导纳。相对应代码在 Line 390-408 ； c) 根据参数阵中的变比 k 及变压器π型等效电路的计算规则，对已得的 G 阵、B 阵
6
图 9.关于菜单栏
图 10.关于菜单栏例
（4） 测试 1. 测试文档 1 测试用例选择现代电力系统分析 2003 版，王锡凡主编,P74 页的 5 节点系统，并附计算结果可供读 者参考，如图 11,12。
图 11.测试用例 7
图 12.测试用例参考结果
图 13.测试 1 结果
2. 测试文档 2 选用 IEEE 14 节点典型算例数据对软件进行测试。给出 IEEE 14 节点系统接线图，如图 14 所示：
10
图 15.测试 2 结果
3. 测试 bug 记录 对于数据自身问题，程序存在计算不收敛现象。 4. 功能测试结果： 只要是合理的电力系统数据，计算功能良好，均可以正常实现计算功能。 五、 结束语 本课程设计采用Visual studio 2015为开发平台, 应用VC#语言开发了一套简单的电网潮流计算软 件，数据的存储利用txt文本。实现一系列复杂的复数运算和非线性方程的迭代计算，可以进行电 力系统的节点导纳矩阵计算、潮流计算。非常感谢蒋浩老师在设计过程中的帮助和支持，以及来 自同学的热心帮助。 六、 参考文献 [1] 何鹏飞，王征.C#实用编程百例.北京：清华大学出版社，2004.1-20 [2] 李春葆, 曾平.C#程序设计教程.第 3 版.北京：清华大学出版社，2015.3-7 [3] 于国防, 李剑.C#语言 Windows 程序设计. 第 2 版.北京:清华大学出社,2015.46-55 [4] 单渊达,等.电能系统基础.北京：机械工业出版社,2001. [5] 刘天琪.现代电力系统分析理论与方法.北京：中国电力出版社，2007.47-63 [6]吴锡凡.现代电力系统分析.北京：科学出版社，2003.113-147 [7] 张伯明等.高等电力网络分析.第 2 版.北京：清华大学出版社，2007.241-275
图 6. 模块二界面数据输入部分
j) 模块二界面数据输出部分：如图 7。
5
图 7. 模块二界面数据输出部分
（3） 辅助功能介绍 1. 文件菜单栏：如图所示，包含新建、打开、保存、退出功能，如图 8。
图 8.文件菜单栏
2. 关于菜单栏：如图所示：包含如何支路索引、如何赋值支路、如何解读结果，如图 9，并给出 如何索引支路的例子，如图 10。
4
d) 计算雅可比矩阵中的各元素。相对应代码在 Line 590-710； e) 修正方程式个节点电压。相对应代码在 Line 715-730； f) 利用新值自第 c）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环； g) 计算平衡节点输出功率，PV 节点注入无功。相对应代码在 Line 745-761； h) 计算各线路功率。相对应代码在 Line 762-800； i) 模块二界面数据输入部分：如图 6；
指导教师从以下三位教师中选择：蒋浩、黄允凯、王玉荣。）
主选教师：蒋浩
备选教师：黄允凯
结题报告内容
一、 课程设计目标：
（1） 目标：从工程化角度培养学生从事软件特别是面向对象程序的架构设计、编程开发和软件
测试能力。
（2） 要求：
1. 开发语言的选择：C++/JAVA/C#及其他面向对象程序语言，数据库平台的选择不限；
表 5.IEEE 14 节点系统负荷数据
有功
0.217 0.942 0.478 0.076 0.112 0.295 0.09 0.035 0.061 0.135 0.149
无功
0.127 0.19 -0.039 0.016 0.075 0.166 0.058 0.018 0.016 0.058 0.05
2. 软件功能的要求：软件具有完整的功能，具有可视化人机交互功能，具有基本的
输入输出界面，可以进行数据的输入、输出，数据保存推荐数据库的方式；
3. 工作量的要求：除系统自动生成的代码外，独立开发的代码以不低于 2000 行为宜。
4. 备注：本课程是软件设计与开发，不能采用仿真形式代替，不能以课题组已经开
四、 软件说明书 （1） 功能目标及总体设计 本软件具有两大模块，分别实现两大计算功能：第一，不限节点个数的节点导纳矩阵，如图 1；第 二，不限节点个数的无控制潮流计算，如图 2；本软件采用 C/S 架构，用户需用 PC、工作台等安 装软件并运行。两大模块中，节点导纳矩阵计算是潮流计算的基础，需要先进行节点导纳矩阵计 算，再进行潮流计算。本软件的功能模型流程图如图 3。
一、课程结题报告
选题 题目 研究 方向 题目 来源 题目 类型 课程 指导 教师 选择
基于 C#的潮流计算软件
电力系统及其自动化
国家 部委 省 市 厂、矿 自选 有无合同 经费数
备注
基础 应用 综合
其它 研究 研究 研究
基础研究
（备注：每位同学可以选择指导教师中的两位，其中一位为主选，另一位为备选，