徐恒嬌，王洪誠(chéng)，胡江航，姜瑩瑩

(1.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500;2.中海油CACT 作業(yè)者集團(tuán)，深圳 518000)

1 Matpower 簡(jiǎn)介

Matpower 是基于Matlab M 文件的組建包，用來(lái)解決電力潮流和優(yōu)化潮流的問(wèn)題［1］。為研究人員提供一種易于使用和可更新的仿真工具。Matpower 的設(shè)計(jì)理念是盡可能簡(jiǎn)單易懂，它可以執(zhí)行電力常規(guī)潮流運(yùn)算，如牛頓拉夫遜法，P－Q 分解法等，也可以執(zhí)行最優(yōu)潮流程序。本文主要對(duì)執(zhí)行常規(guī)的潮流計(jì)算［2，3］進(jìn)行分析。

Matpower 使用的所有數(shù)據(jù)文件均為Matlab 的M 文件或者M(jìn)AT 文件，用來(lái)定義和返回變量BaseMVA，bus，branch，gen 等［4］;BaseMVA 變量是一個(gè)標(biāo)量，用來(lái)設(shè)置基準(zhǔn)容量;bus 變量是一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)中各母線參數(shù)，其格式為bus－ i，type，Pd，Qd，Gs，Bs，area，Vm，Va，baseKV，zone，Vmax，Vmin;bus－i 用來(lái)設(shè)置母線編號(hào)，范圍為1－ 299970;type 用來(lái)設(shè)置母線類型，1 為PQ 節(jié)點(diǎn)母線，2 為PV節(jié)點(diǎn)母線，3 為平衡(參考)節(jié)點(diǎn)母線;Pd 和Qd 用來(lái)設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功和無(wú)功功率;Gs，Bs 用來(lái)設(shè)置與母線并聯(lián)電導(dǎo)和電納;baseKV 用來(lái)設(shè)置該母線基準(zhǔn)電壓;Vm 和Va 用來(lái)設(shè)置母線電壓的幅值和相位初值;Vmax 和Vmin 用來(lái)設(shè)置工作時(shí)母線最高與最低電壓幅值;area 和zone 用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)斷面號(hào)和省耗分區(qū)號(hào)，一般都設(shè)置為1，設(shè)置范圍分別為1－100 和1－9990［5］。

branch 變量是一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)中各支路參數(shù)，其格式為fbus，tbus，r，x，b，rateA，rateB，rateC，ratio，angle，status;fbus 和tbus 用來(lái)設(shè)置該支路由起始節(jié)點(diǎn)(母線)編號(hào)和終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)(母線)編號(hào);r，x 和b 用來(lái)設(shè)置該支路的電阻、電抗和充電電納;rateA，rateB 和rateC 分別用來(lái)設(shè)置該支路長(zhǎng)期、短期和緊急允許功率;ratio 用來(lái)設(shè)置該支路的變比，如果支路元件僅僅是導(dǎo)線為0;如果支路元件為變壓器，則該變比為fbus 側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓與tbus 側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓之比;angle 用來(lái)設(shè)置支路的相位角度，如果支路元件為變壓器，就是變壓器的轉(zhuǎn)角，如果支路元件不是變壓器，相位角度為0 度。

gen 變量也是一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)(電源)參數(shù)，其格式為:bus、Pg、Qg，Qmax，Qmin，Vg，mBase，status，Pmax，Pmin;bus 用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的母線編號(hào);Pg 和Qg 用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的有功和無(wú)功功率;Pmax 和Pmin 用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的有功功率最大、最小允許值;Qmax 和Qmin 用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的無(wú)功功率最大、最小允許值;Vg 用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的工作電壓;mBase 用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的功率基準(zhǔn);status 用來(lái)設(shè)置發(fā)電機(jī)(電源)工作狀態(tài)，1 表示投入運(yùn)行，0 表示退出運(yùn)行。

Matpower 中幾種函數(shù)的定義:rcdf2matp.m 是將數(shù)據(jù)從IEEE CDF 格式轉(zhuǎn)換成Matpower 格式;runcomp.m 運(yùn)行兩個(gè)最優(yōu)潮流并且比較他們的結(jié)果;rundcopf.m 運(yùn)行直流最優(yōu)潮流計(jì)算;rundcpf.m 運(yùn)行直流潮流計(jì)算;runduopf.m 運(yùn)行可以處理高價(jià)機(jī)組停機(jī)的直流OPF;runopf.m 運(yùn)行最優(yōu)潮流計(jì)算程序，運(yùn)行一個(gè)潮流計(jì)算程序;runuopf.m 運(yùn)行可以處理高價(jià)機(jī)組停機(jī)的OPF。

本文應(yīng)用的是runpf.m，將編寫好的程序存為casei(i 是自己設(shè)定的序號(hào))，存在Matpower 的文件夾下，在Matlab 的命令窗口輸入runpf(‘casei’)，回車即可得到結(jié)果。

2 潮流計(jì)算

Matpower 軟件用于潮流計(jì)算，對(duì)于過(guò)程簡(jiǎn)化性，其結(jié)果準(zhǔn)確性都有很大的提高?，F(xiàn)以西南油氣田某采氣場(chǎng)配電網(wǎng)井區(qū)3 號(hào)線為例，對(duì)其電網(wǎng)潮流情況進(jìn)行分析。井區(qū)3 號(hào)線的電網(wǎng)分布如圖1 所示。

圖1 電網(wǎng)分布圖

該電網(wǎng)的基準(zhǔn)計(jì)算功率為100 MVA，有110 個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一條母線，母線下有各供電線路，支路數(shù)為109條。

電源點(diǎn)基準(zhǔn)電壓設(shè)為1.02(p.u.)，電源點(diǎn)有功容量為10 MW，電源點(diǎn)無(wú)功容量為9 MVAr。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，本文以前5 個(gè)節(jié)點(diǎn)和支路為例進(jìn)行分析，說(shuō)明采用Matpower 對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算的方法。已知的節(jié)點(diǎn)參數(shù)、發(fā)電機(jī)參數(shù)和支路的參數(shù)如圖2 所示。

將已知參數(shù)輸入Matpower 軟件系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)行分析，得到各節(jié)點(diǎn)和支路的計(jì)算參數(shù)如圖3 所示。

圖2 計(jì)算所需的已知參數(shù)圖

圖3 各節(jié)點(diǎn)和支路的分析參數(shù)

3 結(jié)論

潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)當(dāng)中計(jì)算分析的一種最基本計(jì)算，通過(guò)求取在給定運(yùn)行方式下電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓、電流和功率分布來(lái)檢查各元件是否過(guò)負(fù)荷、各點(diǎn)電壓是否滿足要求、功率分布和功率省耗是否合理等電力系統(tǒng)狀態(tài)情況，所以潮流計(jì)算對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的。

通過(guò)以上的典型分析計(jì)算，我們可以看出Matpower 是一種操作非常簡(jiǎn)單的軟件，只需要將電網(wǎng)的電源、負(fù)荷和支路參數(shù)按規(guī)定格式輸入，即可得到潮流計(jì)算結(jié)果。軟件應(yīng)用方便，計(jì)算精度高，得到的數(shù)據(jù)清晰明了，可以準(zhǔn)確快速地計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)所需的參數(shù)，是一款很好的潮流計(jì)算軟件［6］。

［1］李紅連，張維理，劉錄東，等.潮流計(jì)算軟件MATPOWER 及其應(yīng)用［J］.重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2009，14(4) ：1－2.

［2］呂莎.基于逐步倒推法結(jié)合潮流計(jì)算的地市級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃方法［J］.湖北電力，2012，14(14) ：8.

［3］曹錦紅.基于最優(yōu)潮流的輸電容量充裕度研究［D］.保定：華北電力大學(xué)碩士論文.2011.

［4］Mudathir F.Akorede，Hashim Hizam.Teaching Power System Analysis Courses Using MATPOWER［G］.Presented at International Conference on Engineering Education (ICEED)，Kuala Lumpur，Malaysia，2009.

［5］Ray Daniel Zimmerman，Robert John Thomas.MATPOWER：Steady－ State Operations，Planning，and Analysis Tools for Power Systems Research and Education［J］.IEEE Transactions on power systems，2011，26(1) ：1.

［6］肖宇，董珉.應(yīng)用Matlab 計(jì)算電力系統(tǒng)的最優(yōu)潮流［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2006，(4) ：60－62.