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附录_潮流计算程序.doc 130KB

附录

附录牛顿-拉夫逊法潮流计算程序

本附录所介绍的牛顿-拉夫逊法潮流计算程序采用极坐标形式，其中所涉及的计算

公式与第四章中的式(4-42)-(4-59)完全相同，计算程序框图与图 4-6 基本一致。程序

采用 C 语言编制。为了便于初学者阅读，节点导纳矩阵和雅可比矩阵都用满阵存储而未

采用稀疏技巧；但为了适当照顾使用的方便性，在输入数据中对节点编号次序不作任何

要求。

下面先介绍输入文件的格式和要求，然后列出程序，最后说明潮流结果的输出。建

议读者先从原始数据的输入中了解和熟悉它们在程序中对应的变量、结构体数组及其成

员的名称，然后对照图 4-6 和式(4-42)-(4-59)仔细和耐心地阅读程序，最好能在计算机上

亲自实现和进行调试。在调试时，可以用下面给出的对应于[例 4-3]系统的输入数据，以

及程序运行中得出的中间结果，逐步与[例 4-3]中所给出的中间结果进行对比，从而查找

错误所在并进行改正。

一、原始数据的输入

程序通过“输入数据.txt”文件输入以下 5 个数据段。

1. 信息(共 6 个)

(1) 总节点数(变量 num_node)

(2) 线路和并联电容器总数(变量 num_line)

(3) 变压器支路总数(变量 num_tran)

(4) 发电机节点总数(变量 num_gene)

(5) 负荷节点总数(变量 num_load)

(6) 节点功率不平衡量的容许误差(变量 error)

2. 线路和并联电容器数据(结构体数组 line)：每一线路或并联电容器包括 5 个数据

线路

并联电容器

成员

I 侧节点编号

所接节点编号

J 侧节点编号

同上

Π 型等值电路电阻

电容器电阻

Π 型等值电路电抗

电容器电抗(负数)

Π 型等值电路一端电纳

0.0

I 侧节点编号和 J 侧节点编号可以对换；线路和并联电容器之间的次序可以任意，

而且允许多条线路或多个电容器并联。

3. 变压器支路数据(结构体数组 tran)：每一变压器支路包括 5 个数据

变压器支路

成员

1 侧节点编号

2 侧节点编号

附录

电阻

电抗

非标准变比

变压器电阻、电抗和非标准变比与两侧节点编号之间的关系服从图 2-29,即电阻和

电抗在 1 侧而非标准变比在 2 侧；三绕组变压器需按图 2-26 化成 3 个变压器支路，其

中 3 侧变压器支路的非标准变比为 1。变压器支路之间的次序可以任意。

4. 发电机节点数据(结构体数组 gene)：每一发电机节点包括 5 个数据

发电机节点

成员

所在节点编号

节点种类

发出有功功率

发出无功功率

电压

对于 PQ 节点，节点种类为 1，电压可给任意值；对于 PV 节点，节点种类为-1，发

出无功功率可给任意值；对于平衡节点，节点种类为 0，发出有功功率和发出无功功率

都可给任意值。发电机节点之间的次序可以任意。

5. 负荷节点数据(结构体数组 load)：每一负荷节点包括 3 个数据

负荷节点

成员

所在节点编号

吸收有功功率

吸收无功功率

负荷机节点之间的次序可以任意。

对于[例 4-3]中的电力系统，输入数据如下：

4 4 1 2 2 0.00001

4 3 0.260331 0.495868

0.025864

1 4 0.173554 0.330579

0.017243

2 2 0.000000 -20.000000

0.000000

3 1 0.130165 0.247934

0.012932

1 2 0.000000 0.166667

1.128205

4 0 0.0 0.0 1.05

3 -1 0.2 0.0 1.05

2 0.5 0.3

4 0.15 0.1

二、计算程序

/* * * * * * 牛顿-拉夫逊法潮流计算程序 * * * * * */

附录

# include <stdio.h>

# include <math.h>

# include <stdlib.h>

# define pnt 1 // 1 - 输出中间结果

void read_data(); // 输入始数据

void admt_matrix(); // 形成导纳矩阵

void form_Jacobian(); // 形成雅可比矩阵, 计算功率误差

void solv_Eqn(); // 求解修正方程式

void node_flow(); // 输出节点潮流

void branch_flow(); // 输出支路潮流

double **newSpaceDouble2(int,int);

void deleteSpaceDouble2(double **,int);

int num_node,num_line,num_tran,num_gene,num_load,iter;

struct data *line,*tran,*gene,*load;

double **G,**B,**Jacob;

double *Um,*Ua,*P,*Q;

double error_max;

FILE *fin,*fou,*chk;

struct data

{

int i;

int j;

double a;

double b;

double c;

};

void main()

{

int i,j,conv;

double a,error;

fin=fopen("输入数据.txt","r");

if(fin==NULL)

{

printf(" 注意! 没有“输入数据.txt”文件\n");

exit(0);

}

fou=fopen("潮流输出.txt","w");

if(pnt==1) chk=fopen("中间结果.txt","w");

// 输入原始数据和形成节点导纳矩阵

read_data();

附录

G=newSpaceDouble2(num_node,num_node);

B=newSpaceDouble2(num_node,num_node);

for(i=1;i<=num_node;i++)

for(j=1;j<=num_node;j++)

G[i][j]=B[i][j]=0.0;

admt_matrix();

// 给定电压有效值和相位初值

Um=new double[num_node+1];

Ua=new double[num_node+1];

for(i=1;i<=num_node;i++)

{

Um[i]=1.0;

Ua[i]=0.0;

}

for(i=1;i<=num_gene;i++)

if(gene[i].j<=0) Um[gene[i].i]=gene[i].c;

iter=0;

// 形成雅可比矩阵计算功率误差

Jacob=newSpaceDouble2(2*num_node,2*num_node+1);

P=new double[num_node+1];

Q=new double[num_node+1];

R2: form_Jacobian();

// 收敛判断

error=0.0;

for(i=1;i<=2*num_node;i++)

if(fabs(Jacob[i][2*num_node+1])>error)

error=fabs(Jacob[i][2*num_node+1]);

fprintf(fou,"\n 迭代次数: %2d 最大功率误差: %11.6f",

iter+1,error);

if(error<error_max) // 潮流计算收敛

{

conv=1;

goto R1;

}

if((iter>10) || (error>1.0e4)) // 潮流计算不收敛

{

fprintf(fou,"\n\n 潮流不收敛");

goto nd;

}

// 求解修正方程式并修正电压

solv_Eqn();

for(i=1;i<=num_node;i++)

{

a=Jacob[i][2*num_node+1];

Ua[i]=Ua[i]+(-1*a);

a=Jacob[num_node+i][2*num_node+1];

附录

Um[i]=Um[i]-(Um[i]*a);

}

if((pnt==1) && (iter<2))

{

fprintf(chk,"\n\n 电压相位和有效值新值, 迭代 %d\n\n",iter+1);

for(i=1;i<=num_node;i++)

fprintf(chk," %3d %10.5f %8.5f \n",i,Ua[i],Um[i]);

}

iter=iter+1;

goto R2;

// 输出潮流结果

R1: node_flow();

branch_flow();

nd: fclose(fin);

fclose(fou);

if(pnt==1) fclose(chk);

free(line); free(tran); free(gene); free(load);

deleteSpaceDouble2(G,num_node);

deleteSpaceDouble2(B,num_node);

deleteSpaceDouble2(Jacob,2*num_node);

free(Um); free(Ua); free(P); free(Q);

}

void read_data() // 输入始数据

{

int i;

fscanf(fin,"%d %d %d %d %d %lf",&num_node,&num_line,

&num_tran,&num_gene,&num_load,&error_max);

line=(struct data *)calloc(num_line+1,sizeof(struct data));

tran=(struct data *)calloc(num_tran+1,sizeof(struct data));

gene=(struct data *)calloc(num_gene+1,sizeof(struct data));

load=(struct data *)calloc(num_load+1,sizeof(struct data));

for(i=1;i<=num_line;i++) fscanf(fin,"%d %d %lf %lf %lf",

&line[i].i,&line[i].j,&line[i].a,&line[i].b,&line[i].c);

for(i=1;i<=num_tran;i++) fscanf(fin,"%d %d %lf %lf %lf",

&tran[i].i,&tran[i].j,&tran[i].a,&tran[i].b,&tran[i].c);

for(i=1;i<=num_gene;i++) fscanf(fin,"%d %d %lf %lf %lf",

&gene[i].i,&gene[i].j,&gene[i].a,&gene[i].b,&gene[i].c);

for(i=1;i<=num_load;i++) fscanf(fin,"%d%lf %lf",

&load[i].i,&load[i].a,&load[i].b);

}

void admt_matrix() // 形成导纳矩阵

{

int i,j;

double r,x,b,kt;

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