电力系统潮流计算牛顿拉夫逊法仿真项目

资 源 简 介

本程序是专为电力系统专业学生及初学者设计的潮流计算工具，旨在通过MATLAB代码实现对复杂电力网络稳态运行状态的精确模拟。项目核心采用了经典的牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson Method），该方法具有收敛速度快、计算精度高的特点，是现代电力系统分析中最广泛使用的主流算法之一。 项目的具体功能涵盖了从原始数据处理到最终结果展示的全流程。首先，程序能够自动读取并解析节点参数和支路数据，灵活处理PQ节点、PV节点以及平衡节点（Slack Bus）的边界条件。其次，程序会自动构建复杂的节点导纳矩阵，

详 情 说 明

电力系统潮流计算仿真项目说明文档

一、 项目简介

本项项目是基于 MATLAB 平台开发的电力系统分析工具，专门用于标准电力系统的稳态潮流计算。项目采用工业界和学术界公认的高效算法——牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson Method），实现了从原始拓扑数据输入到系统稳态运行指标输出的全流程模拟。该程序逻辑严密、计算精确，能够处理包含平衡节点、PV 节点和 PQ 节点的多种复杂网络场景。

二、 功能特性

1. 标准化数据处理：支持结构化的节点数据和支路数据输入，能够处理线路电阻、电抗、对地电纳以及变压器变比参数。
2. 鲁棒性算法实现：核心算法采用迭代法求解非线性功率方程组，具有二次收敛特性，能够快速达到预设的收敛精度。
3. 模型解析能力：内置变压器 π 型等效模型和普通线路模型，自动构建复数形式的节点导纳矩阵。
4. 全量指标计算：除了求解节点电压幅值和相角外，还提供各支路的首末端功率流动情况以及全网的有功/无功功率损耗数据。
5. 直观结果展示：具备格式化的文本报告输出功能，并配合图形化图表，直观反映电力系统的电压质量与分布规律。

三、 使用方法

1. 环境配置：确保电脑中已安装 MATLAB 环境。
2. 数据填报：在程序初始化的数据矩阵中，按照既定格式输入电力系统的节点参数（负载、出力、初始电压）以及支路参数（阻抗、电纳、变比）。
3. 参数设定：根据计算需求灵活调整最大迭代次数和收敛误差容限。
4. 运行程序：执行主程序，计算过程中的收敛情况及最终结果将自动显示在控制台。
5. 结果查看：程序运行结束后，除文字报告外，还会弹出可视化图表展示电压幅值和相位分布。

四、 系统要求

• 软件平台：MATLAB R2016a 或更高版本。
• 硬件要求：标准通用计算机配置，由于潮流计算属于代数运算，对 CPU 和内存的消耗极低。

五、 功能实现与核心逻辑

程序的功能实现遵循电力系统分析的标准流程，具体逻辑如下：

1. 数据初始化与索引构建：

程序首先定义误差精度和最大迭代次数。随后通过索引提取，将系统节点划分为平衡节点（Slack）、恒定有功与电压幅值节点（PV）以及恒定有功与无功节点（PQ），为后续雅可比矩阵的维度确定奠定基础。

1. 节点导纳矩阵（Ybus）构建：

通过遍历支路数据，程序将每一条线路或变压器的物理参数转化为电导（G）和电纳（B）。在处理变压器支路时，采用了 pi 型等效模型来体现变压比对互导纳和自导纳的影响。

1. 牛顿-拉夫逊法核心迭代过程：

* 功率计算：根据当前的电压幅值和相角，利用电压向量累加求和公式，实时计算每个节点的注入有功和无功功率。 * 偏差获取：将节点功率的设定值与计算值作差，得到不平衡量向量。 * 雅可比矩阵构造：程序动态计算雅可比矩阵的四个子阵（H, N, K, L），即功率对相角和电压幅值的偏导数。 * 修正更新：解线性代数方程组获得状态变量的修正量。在此过程中，电压幅值的更新采用了比例修正方式，以提高数值稳定性。

1. 支路潮流与损耗评估：

在节点电压求解完成后，程序进一步计算流经每一条支路的复功率。通过对比支路两端注入功率的复数和，精确推算线路上产生的有功损耗和无功损耗。

六、 算法实现细节分析

• 收敛精度控制：迭代过程由功率不平衡量的无穷范数（最大绝对值）决定，当最大功率偏差小于预设的精度（如 1e-6）时，程序判定收敛。
• 雅可比矩阵结构：雅可比矩阵的大小严格根据非平衡节点数确定。由于平衡节点承担系统的功率调节职能，其对应行和列不参与雅可比矩阵的构建；PV 节点仅参与有功平衡计算。
• 坐标系选择：本程序在极坐标系下进行状态变量的维护，相角以弧度进行矩阵运算，但在最终报告中自动转换为度（Degree），便于工程理解。
• 可视化方法：采用柱状图（Bar Chart）对比各节点电压标幺值与基准值的偏离程度，方便快速定位系统的薄弱环节。