[发明专利]基于Matlab稀疏矩阵直角坐标牛顿法潮流计算方法

说明书

本发明公开了一种基于Matlab稀疏矩阵直角坐标牛顿法潮流计算方法，采用矩阵运算和复数运算并使用Matlab提供的稀疏矩阵技术。本发明在Matlab平台实现，便于科研人员使用Matlab提供的各种工具和函数对计算结果进行测试和分析。本发明主要部分都采用矩阵运算和复数运算，减少了程序代码，简化了编程，使得程序更加清晰，便于科研人员修改程序、对程序进行调试和改进、添加新功能。本发明采用Matlab的稀疏矩阵技术并使用矩阵运算，大幅度地提高了计算速度，同时Matlab的稀疏矩阵使用非常方便，可以像全矩阵一样用行列号直接使用稀疏矩阵的元素，为科研人员的科研工作提供了一个优秀的分析工具。

技术领域

本发明涉及一种电力系统牛顿法潮流计算方法，特别是一种适合研究目的使用的直角坐标牛顿法潮流计算方法。

背景技术

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行的一项基本计算，它根据给定的运行条件和网络结构确定整个网络的运行状态。潮流计算也是电力系统其他分析的基础，如安全分析、暂态稳定分析等都要用到潮流计算。直角坐标牛顿法潮流计算方法是一种最常用的潮流计算方法，科研人员经常以直角坐标牛顿法潮流计算为基础进行进一步地研究。实用的商业软件采用C语言等高级编程语言编写且使用稀疏矩阵技术和节点优化编号等高级技术。这些技术虽然能大幅度提高潮流计算的速度、降低内存占用量，但编程非常麻烦且难以修改和维护，不易增加新的功能，因而不适合科研人员用于研究目的使用。

Matlab软件以矩阵为最基本的数据单位，可以方便地处理各种矩阵和向量运算，也可以很方便自然地处理复数类型，其指令表达式与数学中常用的形式很接近，还有大量常见实用的函数，给编程带来很大便利。Matlab软件简单易用、代码短小易操作，易于编程和调试，计算功能强大，同时还具有非常强大的可视化图形处理和交互式功能，为科学研究以及工程应用提供了一种高效的编程工具，目前已经成为许多科学领域的基本工具和首选平台，在各种科学和工程计算领域得到了广泛的应用。为了适应越来越多的科研人员需要在Matlab平台上以直角坐标牛顿法潮流计算为基础进行进一步地研究的需求，迫切需要一种基于Matlab软件的易于编程、修改和调试的直角坐标牛顿法潮流计算方法。

根据电力系统节点的特点，潮流计算把电力系统节点分成3类：节点有功功率和无功功率已知、节点电压幅值和电压相角未知的节点称为PQ节点；节点有功功率和电压幅值已知、节点无功功率和电压相角未知的节点称为PV节点；节点电压幅值和电压相角已知，节点有功功率和无功功率未知的节点称为平衡节点。

牛顿法潮流计算分为两类：牛顿法潮流计算中节点电压采用极坐标表示时的计算方法，称为极坐标牛顿法潮流计算方法；牛顿法潮流计算中节点电压采用直角坐标表示时的计算方法，称为直角坐标牛顿法潮流计算方法。直角坐标牛顿法潮流计算主要方程如下：

节点导纳矩阵为：

式中，Y_ik为节点导纳矩阵元素，当下标i≠k时，为节点i和节点k的互导纳，当下标i＝k时，为节点i的自导纳；n为节点数。

节点功率方程为：

式中，P_i、Q_i分别为节点i的节点有功功率和无功功率；e_i、e_k分别为节点i和节点k的节点电压相量实部；f_i和f_k分别为节点i和节点k的节点电压相量虚部；G_ik、B_ik分别为节点导纳矩阵元素Y_ik的实部和虚部。

功率不平衡量及电压平方不平衡量方程为：