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南华大学电气工程学院毕业设计

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毕业设计（论文）

matlab 潮流计算

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这些生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路及各

种用电设备等联系在一起组成的统一整体称为电力系统。

电力网：电力系统中除发电机和用电设备外的部分。

动力系统：电力系统和“动力部分”的总和。

2 潮流计算

2.1 潮流计算概述与发展

电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，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。

利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从 50 年代中期就已经开始。在这 20

年内，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要围绕着对潮流计算的

一些基本要求进行的。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：

1）计算方法的可靠性或收敛性；

2）对计算机内存量的要求；

3）计算速度；

4）计算的方便性和灵活性。

电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程式求解问题，其解法都离

不开迭代。因此，对潮流计算方法，首先要求它能可靠地收敛，并给出正确答案。由

于电力系统结构及参数的一些特点，并且随着电力系统不断扩大，潮流问题的方程式

阶数越来越高，对这样的方程式并不是任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种

情况成为促使电力系统计算人员不断寻求新的更可靠方法的重要因素。

在用数字计算机解电力系统潮流问题的开始阶段，普遍采取以节点导纳矩阵为基

础的逐次代入法。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机内存量比较下，适应

50 年代电子计算机制造水平和当时电力系统理论水平。但它的收敛性较差，当系统规

模变大时，迭代次数急剧上升，在计算中往往出现迭代不收敛的情况。这就迫使电力

系统计算人员转向以阻抗矩阵为基础的逐次代入法。

60 年代初，数字计算机已发展到第二代，计算机的内存和速度发生了很大的飞跃，

从而为阻抗法的采用创造了条件。阻抗法要求数字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

的每一个元素进行运算，因此，每次迭代的运算量很大。这两种情况是过去电子管数

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字计算机无法适应的。

阻抗法改善了系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法求解的一些系统的

潮流计算，在 60 年代获得了广泛的应用，曾为我国电力系统设计.运行和研究作出了

很大的贡献。目前，我国电力工业中仍有一些单位采用阻抗法计算潮流。

阻抗法的主要缺点是占用计算机内存大，每次迭代的计算量大。当系统不断扩大

时，这些缺点就更加突出。一个内存 16K 的计算机在采用阻抗法时只能计算 100 以下

的系统，32K 内存的计算机也只能计算 150 个节点以下的系统。这样，我国很多电力

系统为了采用阻抗法计算潮流就不得不予先对系统进行相当的简化工作。

为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，60 年代中期发展了以阻抗矩阵为基础

的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需要

存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间联络线的阻抗，这样不仅大幅度地节省了内

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。这是数学中解决非线性方程式

的典型方法，有较好的收敛性。在解决电力系统潮流计算问题时，是以导纳矩阵为基

础的，因此，只要我们能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

大大提高牛顿法潮流程序的效率。自从 60 年代中期，在牛顿法中利用了最佳顺序消

去法以后，牛顿法在收敛性.内存要求.速度方面都超过了阻抗法，成为 60 年代末期

以后广泛采用的优秀方法。

潮流计算灵活性和方便性的要求，对数字计算机的应用也是一个很关键的问题。

过去在很长时间内，电力系统潮流计算是借助于交流台进行的。交流台模拟了电力系

统，因此在交流计算台上计算潮流时，计算人员可以随时监视系统各部分运行状态是

否满足要求，如发现某些部分运行不合理，则可以立即进行调整。这样，计算的过程

就相当于运算人员去系统进行操作.调整的过程，非常直观，物理概念也很清楚。当

利用数字计算机进行潮流计算时，就失去了这种直观性。为了弥补这个缺点，潮流程

序的编制必须尽可能使计算人员在计算机计算的过程中加强对计算机过程的监视和

控制，并便于作各种修改和调整。电力系统潮流计算问题并不是单纯的计算问题，把

它当作一个运行方式的调整问题可能更为确切。为了得到一个合理的运行方式，往往

需要不断根据计算结果，修改原始数据。在这个意义上，我们在编制潮流计算程序时，

对使用的方便性和灵活性必须予以足够的重视。因此，除了要求计算方法尽可能适应

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