风力发电机组并网潮流计算与评估系统

资 源 简 介

本项目致力于实现风力发电机组接入配电网或输电网后的潮流分布精确计算，并深入量化分析并网行为对大电网运行状态的具体影响。系统针对配电网常见的径向结构，核心采用了前推回代（Forward-Backward Sweep）迭代算法，该方法通过前推过程计算支路电流和功率损耗，再通过回代过程修正各节点电压，具备收敛速度快、内存占用小的显著优势。功能涵盖了风电机组的稳态建模，将风电场按其控制特性等效为PQ或RX节点模型，能够模拟不同风速场景下风电出力波动对电网稳态压降、线损分布以及功率因数的影响。此外，系统还具备对比功

详 情 说 明

风力发电机组并网潮流计算及电网影响评估系统

项目介绍

本项目专门用于模拟风力发电机组接入配电网后的潮流分布变化，并量化评估其对大电网运行状态的影响。系统以典型的 IEEE 33 节点物理模型为基础，针对径向配电网拓扑结构，利用高效的前推回代算法（Forward-Backward Sweep）实现潮流精确求解。通过对比风电并网前后的电压剖面、支路损耗以及电流分布，系统能够为风电场的选址定容、电压调整手段优化及网损分析提供直观、科学的仿真决策支撑。

功能特性

1. 标准化电力系统仿真：内置经典的 IEEE 33 节点支路与负荷数据，支持基准功率、基准电压的归一化（标幺化）处理，确保计算的通用性与准确性。
2. 风电机组稳态建模：支持将风电机组按控制特性等效为 PQ 节点模型。通过设置额定功率（MW）和功率因数，将风电出力模拟为负荷节点的负值功率，准确还原电源并网后的功率注入行为。
3. 高效潮流计算引擎：采用前推回代算法，通过建立拓扑层级关系，实现从叶子节点向根节点的电流回代累加，以及从根节点向叶子节点的电压前推更新，具备极高的收敛速度。
4. 综合影响评估体系：自动计算并展示并网前后的系统总网损、网损改善率、节点最低电压幅值以及并网点的电压偏移率。
5. 多维可视化分析：生成双维度对比图表，包括节点电压幅值剖面对比图、各支路有功损耗对比条形图以及支路潮流电流分布向量图，直观展现风电接入对电网全局的影响。

实现逻辑

系统主程序的运行遵循以下严谨的工程仿真流程：

1. 参数配置与标幺化：

定义 33 个节点的主干及分支结构，设置各节点的有功与无功负荷。 设定基准功率为 10MVA，基准电压为 12.66kV，计算基准阻抗并对原始物理量进行标幺化处理，消除量纲影响。

1. 并网场景构建：

指定风电接入点（如节点 18 和 33）及其额定功率（如 1.5MW 和 2.0MW）。 根据功率因数计算风电注入的无功功率，并在系统中将相应节点的负荷与其抵消，形成并网后的节点功率矩阵。

1. 仿真计算对比：

首先运行基准潮流程序，获取未接入风电时的系统状态。 修改节点功率数据后再次运行潮流程序，获取并网后的系统状态。

1. 结果量化分析：

利用公式计算总损耗的变化率：(并网前损耗 - 并网后损耗) / 并网前损耗 * 100%。 提取所有节点的电压极值，并针对风电接入点计算其电压与额定值的偏移程度。

1. 结果展示：

在控制台输出收敛迭代次数、计算耗时及各项核心评估指标。 通过 MATLAB 图形界面渲染电压剖面、功率损耗及潮流分布变化。

关键算法与实现细节

前推回代潮流计算函数（fbs_power_flow）是系统的核心，其实现细节如下：

1. 拓扑层级化分析：

程序首先根据支路的首端与终端关系，自动建立父节点、子节点映射表。 利用队列搜索（BFS）建立计算层级（Levels），明确从平衡节点至末梢节点的拓扑结构，为迭代过程提供索引支持。

1. 回代过程 (Backward Sweep)：

计算各节点的等效节点注入电流。 基于拓扑层级，从最底层的叶子节点开始，向上逐级累加电流，直至根节点，从而确定每条支路的电流总量。

1. 前推过程 (Forward Sweep)：

从平衡节点（预设电压 1.0 p.u.）开始，利用确定的支路电流和阻抗参数，逐级推算各子节点的电压压降。 公式为：$V_{child} = V_{parent} - I_{branch} times Z_{branch}$。

1. 收敛判定与损耗计算：

以相邻两次迭代的节点电压幅值的最大差值作为判断标准，容差设定为 1e-6。 收敛后，基于 $I^2R$ 计算各支路复功率损耗。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 基础工具箱：无需特殊工具箱，核心算法基于标准矩阵运算实现。
3. 硬件能力：通用办公电脑即可满足秒级仿真需求。

使用方法

1. 运行环境准备：在 MATLAB 中将当前文件夹定位至脚本所在目录。
2. 风电参数调整：根据实际需求，在配置区域修改风电接入节点编号、额定功率及功率因数。
3. 执行计算：直接运行主函数。
4. 结果查看：计算完成后，控制台将打印详细的定性评估数据，并同步弹出两组对比分析图表。