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基于MATLAB的互联网中最优负载潮流分析栗明摘要：负载潮流分析是电力系统规划设计与运作的基础。运用不同方法如牛顿-拉夫逊迭代法、高斯-赛德尔和快速解耦方法，成功地解决了负载潮流测试案例中的互联配电系统问题。对IEEE-30母线网络测试结果表明，牛顿-拉夫逊法能够获得负载潮流问题的最佳解决方案。通过MATLAB编程，得到了降低功率损耗的解决方案和补救措施的实现方法。关键词关键词：负载潮流；牛顿-拉夫逊迭代法；高斯-赛德尔迭代法；快速解耦方法；MATLAB；互联系统DOIDOI：10.11907/rjdk.161310：TP301：A：16727800（2016）0070036030引言在各种形式的能源中，电能在发展中国家起着非常重要的作用。为了获取电力，需要建立一个庞大的互联网络。电力系统网络是世界上最大的人造系统。为了获得系统参数值，需要对该系统网络进行深入研究。当电力系统运行时，经常从一个状态切换到另一个状态。因此，系统可能处于稳定或暂态状态。在这两种情况下，需要分别对系统条件进行分析，以更好地进行操作和控制。本研究可以分为3个阶段：网络建模、数学建模和解决方案。在网络建模阶段，设备被表示为一个等效电路元件；在数学建模阶段，借助于适用的规律，可将网络模型转化为数学模型。该模型方程求解可通过MATLAB编程获得。根据研究中开发的代数方程类型，选取对应的数值方法来解决。数学表达式的解给出了参数值，有助于判断系统是否稳定或可控。而相比于具备安全性和可靠性约束的隔离系统，互联系统提供了更好的负载和操作处理方案。1负载潮流分析负载潮流计算是电力系统分析中最常用的计算过程之一。负载潮流研究决定了系统电压、电流、有功和无功功率、功率因数和功率损耗。负载潮流研究是进行系统规划一个很好的工具，可以用于分析操作阶段，如发电机、输电线路、变压器或负载等的损耗，也可用来决定电容器的大小和位置来提高功率因数。以下3种方法主要用于解决负载潮流问题：①牛顿-拉夫逊迭代法；②快速解耦潮流法；③高斯-赛德尔迭代法。2负载潮流方程为了推导进入母线的有功和无功功率方程，需要定义以下变量。令第i根母线的电压为：上式即为负载潮流方程。第i根母线注入的总有用功率即可表示如下：令通过负载潮流程序计算出的注入功率为Pi，calc，不匹配量为：类似地，无功功率与计算值之间的不匹配量可以表示为：负载潮流的目的是为了最小化以上提到的两个不匹配量，式（6）、（7）用于计算式（9）、（10）中的有功功率和无功功率。3技术方案由于上述功率流方程的非线性和解析表达式的复杂性，采用如下数值迭代技术：3.1高斯-赛德尔迭代法高斯-赛德尔方法是另一种通过逐次估计节点电压解决负载潮流问题的迭代技术，算法步骤如下[4-6]：①在每根母线负载分布已知的情况下，如PD、QD已知，将Pca和Qca分配给所有发电站；②用节点导纳矩阵Ybus装配母线，将并联导纳数据存储在计算机中，Ybus是利用自互导纳的规则组装的；③母线电压迭代计算（Vij=2，3…，n）：假设启动一组初始电压值的迭代；④松弛节点功率计算：用趋于S*=P-jQ的Vi替换步骤3中所有的母线电压；⑤线流量和线路损耗计算：是负载潮流分析的最后一步，计算网络中每种线路的功率流，设母线i和j相连。3.2牛顿-拉夫逊迭代法高斯-赛德尔迭代法（G-S）相对较为简单，但牛顿-拉夫逊迭代法（NR）有更好的收敛特性且速度更快。牛顿-拉夫逊迭代法步骤如下[4-6，8]：步骤1：选取除松弛节点外所有节点电压模值的初始值。步骤2：用被估值V（k）和δ（k）计算所有的有功功率P（k）calc以及相等数量的有功功率不匹配量ΔP（k）。步骤3：用被估值V（k）和δ（k）计算所有的无功功率Q（k）calc以及相等数量的有功功率不匹配量ΔQ（k）。步骤4：用被估值V（k）和δ（k）表示雅克比矩阵J（k）。步骤5：用JΔδ2步骤6：更新公式如下：步骤7：如果所有的不匹配量较少，则需要检查。判断该过程是否结束，否则返回步骤1开始下一个循环更新。3.3快速解耦潮流法功率流程序设计步骤如下[7]：步骤1：输入原始数据。在标准数据结构中输入电网数据并估计剩下的未定义母线模值与相角起始点。步骤2：数据恢复。指定数据线和母线数据同时随着母线序号变化而变化。步骤3：估计母线导纳矩阵Ybus。步骤4：估计功率不匹配值。从实际的功率不匹配式（9）和（10）分别估计ΔPi和ΔQi。步骤5：估计雅可比矩阵中各个元的值。步骤6：估计增量。用高斯-赛德尔消元法估计功率潮流矩阵中母线电压模值的增量ΔV和母线相角增量Δδ。步骤7：更新变量。使用如下公式来更新母线电压模值和相角。然后返回步骤5，用新值替换旧值：步骤8：检查每个PV节点的无功功率。步骤9：终止条件。过程一直进行到残差ΔP（k）和ΔQ（k）