发布时间 : 星期日 文章武汉理工大学 电力系统分析课设 高斯-赛德尔法求节点电压更新完毕开始阅读
武汉理工大学《电力系统分析》课程设计说明书
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3 MATPOWER中建模解决问题
3.1 MATPOWER的技术规则
3.1.1数据文件格式
在潮流计算时，把电网的各种参数写成MATPOWER的数据文件格式，一般为M文件，MATPOWER4.0提供两种数据文件格式：version.1和version.2,我采用version.2格式。每个电网用变量名为“mpc”的结构体来定义，结构体mpc的不同字段用baseMVA、bus、branch、gen等来定义和返回电网的具体参数。在这些字段中，除baseMVA是标量外，其他都是矩阵。列的数据类似于标准的IEEE
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和PTI列的数据格式。MATPOWER中提供了大量的IEEE制定的典型模型，规范细节可以再caseformat.m中看到。mpc不同字段的简要介绍如下： （1）字段baseMVA是标量，设置基准电压，一般为100MVA。
（2）字段bus是一个矩阵，用来设置电网母线参数。矩阵每一行都对应一个单一的母线，列的数据格式为bus_i、type、Pd、Qd、Gs、Bs、area、Vm、Va、baseKV、zone、Vmax、Vmin。bus_i用来设置母线编号；type用来设置母线类型，1为PQ节点母线，2为PV节点母线，3为平衡节点母线，4为孤立节点母线；Pd、Qd用来设置母线注入负荷的有功功率和无功功率；Gs、Bs用来设置该母线并联电导和电纳；baseKV用来设置母线基准电压；Vm和Va用来设置母线电压幅值和相位初值；Vmax、Vmin用来设置母线工作时最高、最低电压幅值；area、zone用来设置电网断面号和分区号，一般为1。
（3）字段gen 为一个矩阵，用来设置接入电网的发电机参数。矩阵的每一行对应一个发电机，列的数据格式为bus、Pg、Qg、Qmax、Qmin、Vg、mBase、status、Pmax、Pmin。bus用来设置接入发电机的母线编号；Pg、Qg用来设置接入发电机的有功功率和无功功率；Pmax、Pmin用来设置接入发电机的有功功率最大和最小允许值；Qmax、Qmin用来设置接入发电机的无功功率最大和最小允许值；Vg用来设置接入发电机的工作电压；mBase用来设置接入发电机的基准功率；status用来设置发电机的工作状态，1表示投入，0退出。
（4）字段branch用来设置电网中各支路参数。矩阵的每一行都对应一个单一支路，列的数据格式为fbus、tbus、r、x、b、rateA、rateB、rateC、ratio、angle、status、angmin、angmax。Fbus、tbus用来设置该支路由起始节点编号和终止节点编号；r、x、b用来设置该支路的电阻、电抗、电纳；rateA、rateB、rateC用来设置该支路长期、短期、紧急允许功率；ratio用来设置该支路的变比，导线时为0，变压器时为变比；angle为支路的相位角度，导线时为0；status用来设置支路工作状态，1为投入，0退出运行；angmin、angmax用来设置支路相位角度的最大最小差值。
3.1.2控制选项
MATPOWER软件不但能够进行交流潮流计算，还能进行直流潮流、最优潮流等计算，进行计算时还可以选用不同的算法及输出格式。为实现以上功能，
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MATPOWER采用一个选项向量“mpoption”来达到对选项的控制。在变量名PF_ALG中通过改变值来达到改变算法，1对应牛顿法，2对应快速解耦算法（XB版本），3对应快速解耦算法（BX版本），4为高斯-赛德尔法，系统默认为1，即牛顿法。
在PF_MAX_IT中设置牛顿法的最大迭代次数，PF_MAX_IT_GS设置高斯-赛德尔法的最大迭代次数，系统默认为1000次。为实现系统算法从牛顿法到高斯-赛德尔法转换，使用方法如下所示：
在MATPOWER中文手册还有对MATPOWER的使用详细介绍（在MATPOWER/docs中有manual.pdf）,在MATPOWER中有很多M文件很重要，比如runpf.m为定义一个运算潮流程序，Ext2int.m为将数据矩阵从外部节点编号转换为内部节点编号，loadcase.m为将数据从文件或者结构体重导入到数据矩阵中，还有很多，这些M文件使我们的建模得以实现，同时也是我们很好找到我们模型中问题。在我的建模过程中遇到了很多这样的问题，比如error('loadcase: syntax error or undefined data matrix(ices) in the file\\n%s', err5); mpc = loadcase(casedata);通过不断分析，加深理解，这些错误都是因为搭建的模型不足以有结果，所以系统的这些功能方便了我在编程时查找错误，这是这是它的一大优势。
另外，MATPOWER还提供了很多实例，如case_ieee30.m 就是 IEEE30 节点系统，这些实例给了初学者很多启发，同时也起到了规范作用。
3.2 MATPOWER实际建模
3.2.1 建模中的实际问题
首先要将bus模型建立起来，因为建模方便的需要，将题目的1243点编号变
成1432，所以点1为平衡节点，2、4点是PQ节点，点3是PV节点，根据bus的中的type类型的定义，1为3,2、4为1,3为2。Bus的矩阵如下：
%% bus data
% bus_i type Pd Qd Gs Bs area Vm Va baseKV zone Vmax Vmin
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mpc.bus = [
1 3 0 0 0 0 1 1.04 0 100 1 1.1 0.94; 2 1 100 -50 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 3 2 0 0 0 0 1 1.05 0 100 1 1.1 0.94; 4 1 -50 20 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; ];
接着要搭建支路模型，一开始我错误的判断支路是3条，其实后来仔细分析是5条，这都是因为基本功不扎实导致的，branch的矩阵如下：
%% branch data
% fbus tbus r x b rateA rateB rateC ratio angle status angmin angmax mpc.branch = [
1 4 0.316 0.949 0 0 0 0 0 0 1 -360 360; 3 4 0.0554 0.998 0 0 0 0 0 0 1 -360 360; 2 4 0.316 0.949 0 0 0 0 0 0 1 -360 360; 1 2 0.316 0.949 0 0 0 0 0 0 1 -360 360; 2 3 0.316 0.949 0 0 0 0 0 0 1 -360 360; ];
然后其他一些语句的编写形成了我的M文件，然后试着运行，但是却一次次失败，通过对IEEE提供的范例，然后我试着对IEEE的case与文件对比，在它们的差异中，对IEEE的case逆推，找出关键原因在于发电机模型必不可少，这可能是MATPOWER的开发中作者的意图在于对电力系统的完整分析，数据来源上充沛，而局部的节点导纳矩阵的建模确由于loadcase.m、runpf.m等函数文件中严格要求而受到限制。由于这次的目标仅仅是求出节点电压，所以我试着加入发电机的模型，是它的潮流计算能得出节点电压，发电机的模型建立如下：
%% generator data
% bus Pg Qg Qmax Qmin Vg mBase status Pmax Pmin mpc.gen = [
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