电力系统电压稳定分析与仿真平台

资 源 简 介

该项目是一个专门用于评估和分析电力系统电压稳定性的综合仿真程序。 程序核心功能包括利用连续潮流法（CPF）来克服常规潮流在临界点附近雅可比矩阵奇异的问题，从而准确绘制系统的P-V曲线和V-Q曲线，以此确定系统的电压崩溃点和最大负荷裕度。 系统实现了基于牛顿-拉夫逊法的潮流计算算法，并集成了模态分析法（Modal Analysis）和灵敏度分析功能，通过计算雅可比矩阵的特征值来识别系统中电压最脆弱的节点和关键控制区域。 此外，程序还支持进行N-1静态安全分析，能够模拟输电网络中特定线路断开或发电机组故障对全

详 情 说 明

电力系统电压稳定分析与仿真平台项目说明书

1. 项目介绍

本平台是基于MATLAB开发的电力系统电压稳定性评估工具，专注于利用先进的数值分析方法研究电压崩溃机理。项目以标准IEEE 14节点系统为分析对象，集成了初始潮流计算、负荷增长过程演化、脆弱性识别及静态安全评估等功能。该工具能够准确刻画电力系统在负荷持续增长下的电压演变规律，并识别系统运行的临界状态，为电力系统的规划与稳定控制提供辅助决策支持。

2. 功能特性

• 标准算例支持：内置标准IEEE 14节点系统参数，包含发电机、负荷、变压器及支路阻抗数据。
• 高性能潮流算法：实现了完善的牛顿-拉夫逊法潮流计算，支持PQ节点、PV节点及平衡节点的处理。
• 连续潮流分析：具备克服雅可比矩阵奇异性的连续潮流（CPF）功能，能够完整绘制P-V曲线并确定最大负荷裕度。
• 稳定性指标计算：提供静态电压稳定L指数分析，定性评估各节点的电压崩溃风险。
• 模态与灵敏度分析：通过降阶雅可比矩阵的特征分析，确定系统的关键脆弱特征值及节点参与因子。
• 静态安全评估：支持N-1断线故障模拟，量化分析特定支路切除对系统整体电压稳定性裕度的影响。
• 可视化输出：自动生成P-V曲线、节点参与因子分布图、L指数分布及N-1安全评估结果图。

3. 使用方法

1. 环境准备：确保计算机已安装MATLAB（建议2018b及以上版本）。
2. 启动程序：在MATLAB命令行窗口运行主程序入口函数。
3. 过程监控：程序会自动执行初始潮流校核。若初始潮流收敛，则执行连续潮流步进寻找临界点。
4. 查看报告：计算完成后，MATLAB控制台将输出系统负荷裕度、关键脆弱节点等简报。
5. 结果分析：程序自动弹出多张仿真图表，用户可直观观察电压随负荷增长的变化趋势。

4. 系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016a 或更新版本。
• 工具箱需求：基础MATLAB环境即可（通过原生矩阵运算实现，不依赖特定电力系统工具箱）。
• 硬件建议：建议4GB以上内存，主频2.0GHz以上处理器。

5. 实现逻辑与算法分析

5.1 数据初始化与建模

程序首先调取IEEE 14节点标准测试系统的数据。该模型将物理参数转换为标幺值（基于100MVA），并将节点分为平衡节点、PV节点和PQ节点。支路模型考虑了输电线阻抗、对地充放电电容以及变压器的变比调节。

5.2 牛顿-拉夫逊潮流算法

通过构建导纳矩阵（Ybus）并利用迭代法求解非线性功率方程。算法核心环节包括：

• 计算功率偏差（dP, dQ）。
• 构造雅可比矩阵（分块为J11, J12, J21, J22），反映功率对电压幅值与相位的灵敏度。
• 通过矩阵求逆修正状态变量，直至收敛偏差小于1e-6。

5.3 连续潮流（CPF）实现细节

为解决常规潮流在电压崩溃点（P-V曲线鼻部）由于雅可比矩阵奇异而无法收敛的问题，程序采用了预测-校正策略：

• 负荷增长模式：定义所有PQ节点和PV节点的负荷按比例增长方向。
• 预测步：利用当前状态的切向向量，预测下一个负荷水平下的系统状态。
• 参数化过程：通过引入扩展雅可比矩阵，将负荷因子作为状态变量，并引入弧长参数化或落后节点参数化方法。
• 修正步：在垂直于预测方向或指定参数平面上进行修正，确保解落在实际的P-V曲线上。

5.4 稳定性分析指标

• 模态分析：计算系统降阶雅可比矩阵的特征值。特征值越接近零，表示系统距离电压崩溃越近；通过计算左、右特征向量，得出节点参与因子，以此识别对电压稳定性贡献最大的脆弱节点。
• L指数：基于节点导纳矩阵的分块计算，量化节点电压失稳程度，L值越接近1表示节点越接近崩溃边缘。

5.5 N-1静态安全评估逻辑

程序通过循环模拟前5条关键支路分别切除的工况，在每种故障场景下重新执行连续潮流计算，对比故障态与正常态下系统最大负荷裕度（lambda_max）的变化，从而筛选对系统稳定性影响最大的危险支路。

5.6 结果呈现逻辑

主逻辑最后调用统计与绘图模块，将复杂的潮流计算数据转化为直观的图形。P-V曲线展示了节点电压随负荷系数lambda的动态演变；参与因子图直观展示了弱区域分布；N-1分析结果则以条形图或对比曲线形式呈现不同故障下的稳定性减损程度。