matpower中文手册

MATPOWER 一种基于 matlab的电力系统仿真组件 版本 3.1b2 2006-9-15 手 册 Ray D. Zimmerman ，Carlos E. Murillo-Sánchez，甘德强 @1997-2006卡奈尔大学电气学院电力系统工程研究中心（PSERC） 中文翻译制作：中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net） 一切版权属于原作者。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 2 目录 1 绪论 .............................................................................................................................................. 3 什么是MATPOWER？ ................................................................................................... 3 它从哪里来？................................................................................................................... 3 2 开始 .............................................................................................................................................. 3 2.1 系统要求 ........................................................................................................................... 3 2.2 安装 ................................................................................................................................... 4 2.3 执行电力常规潮流运算.................................................................................................... 4 2.4 执行最优潮流程序............................................................................................................ 4 2.5 获得帮助 ........................................................................................................................... 4 3 技术 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf ...................................................................................................................................... 5 3.1 数据文件格式.................................................................................................................... 5 3.2 模型 ................................................................................................................................... 8 交流模型（AC） ............................................................................................................. 8 直流公式（DC） ............................................................................................................. 9 3.3 电力潮流 ......................................................................................................................... 10 3.4 最优潮流 ......................................................................................................................... 10 传统的交流 OPF方程 ................................................................................................... 12 基于最优化工具箱的 OPF解法（constr）.................................................................. 13 基于线性规划的 OPF解法（LPconstr） ..................................................................... 14 3.4.2 广义交流最优潮流解法............................................................................................... 16 通用线性约束（一般线性约束）................................................................................. 17 通用成本函数................................................................................................................. 18 通用 P－Q容量曲线...................................................................................................... 19 可调度负荷..................................................................................................................... 20 支路相角差限制............................................................................................................. 22 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 数据转换................................................................................................................. 22 附加线性约束的例子..................................................................................................... 23 3.4.3 直流 OPF方法 ............................................................................................................. 23 机组组合算法................................................................................................................. 24 3.6 MATPOWER选项 ........................................................................................................... 24 3.7 文件汇总 ......................................................................................................................... 27 4 致谢 ............................................................................................................................................ 31 5 参考文献 .................................................................................................................................... 31 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 3 译者的话： 在做项目和实验的过程中，偶然使用到 MATPOWER 软件，发现该软件功能强大，但 是操作还是比较的复杂，而 MATPOWER 本身的说明文档还没有中文版本，因此，译者产 生了翻译用户手册的想法，促使了这个文档的诞生。 由于翻译时间仓促，这个版本几乎没有任何校正，还有大量的错误，随后会对原始版本 进行修正，恳请各位网友将错误发送到 wolflove941@163.com或者直接登陆中国电力市场论 坛(www.dlscbbs.net)提出宝贵的意见。 1 绪论 什么是MATPOWER？ MATPOWER 是一个基于 matlab m文件的组建包，用来解决电力潮流和优化潮流的问 题。它致力于为研究人员和教育从业者提供一种易于使用和可更新的仿真工具。Matpower 的设计理念是用尽可能简单、易懂，可更新的代码来实现最优秀的功能。MATPOWER的主 页为： http://www.pserc.cornell.edu/matpower/ 它从哪里来？ MATPOWER 是由卡奈尔大学电气学院电力系统工程研究中心的 RAY D. ZIMMENRman，CARLOS E.Murillo和甘德强在 ROBERT THOMAS的指导下开发出来的。 最初的基于MATLAB的电力潮流和最优潮流代码是为 POWERWEB项目的需要而编写的。 谁能够使用它？ ·MATPOWER是完全免费的，任何人都可以使用。 ·我们对MATPOWER的代码和作为特殊用途的可行性不作任何保障，授权与暗示。 · 任 何 使 用 MATPOWER 的 出 版 物 都 必 须 标 注 MATPOWER http://www.pserc.cornell.edu/matpower/。 ·任何出于某种需要而对MATLAB进行的修改必须在适当的位置保留初始版权标志。 ·MATPOWER在没有 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 面许可的情况下不宜私自发布与转让。 ·MATPOWER改进版或源于MATPOWER的成果在没有书面许可的情况下不能私自转让或 发布。 2 开始 2.1 系统要求 ·MATLAB 5.0或以上版本 1 ·MATLAB 最优化工具箱（一小部分最优潮流算法需要） 两者都可以从MathWorks获得（见 http://www.mathworks.com/）。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 4 2.2 安装 步骤一：到MATPOWER主页（http://www.pserc.cornell.edu/mathpower/）上按照下载指导下 载。 步骤二：解压下载的文件。 步骤三：将解压后的文件放到MATLAB的 PATH路径下。 2.3 执行电力常规潮流运算 运行一个简单的在文件 case9.m中有详细的说明 9节点牛顿潮流，包括默认的运算法则 选项，以 matlab的命令，输入： >>runpf(‘case9’) 2.4 执行最优潮流程序 计算一个数据在 case30.m 文件中的 30 节点的最优潮流系统，以默认的算法选项，以 maitlab的命令，输入： >>runopf(‘case30’) 计算相同的系统，但是以关闭高耗机组处理的方式运行，输入： >>runuopf(‘case30’) 2.5 获得帮助 当拥有MATLAB的内部函数和工具箱代码时，通过输入 help加上命令或者M－文件的 名称可以获得详细的函数说明，几乎所有的 MATPOWER 的 M－文件都有这样的文档。比 如，runopf的帮助如下： >> help runopf RUNOPF Runs an optimal power flow. [baseMVA, bus, gen, gencost, branch, f, success, et] = ... runopf(casename, mpopt, fname, solvedcase) Runs an optimal power flow and optionally returns the solved values in the data matrices, the objective function value, a flag which is true if the algorithm was successful in finding a solution, and the elapsed time in seconds. All input arguments are optional. If casename is provided it specifies the name of the input data file or struct (see also 'help caseformat' and 'help loadcase') containing the opf data. The default value is 'case9'. If the mpopt is provided it overrides the default MATPOWER options vector and can be used to specify the solution algorithm and output options among other things (see 'help mpoption' for details). If the 3rd argument is given the pretty printed output will be PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 5 appended to the file whose name is given in fname. If solvedcase is specified the solved case will be written to a case file in MATPOWER format with the specified name. If solvedcase ends with '.mat' it saves the case as a MAT-file otherwise it saves it as an M-file. MATPOWER还提供许多想想用来选择算法和输出，输入 >>help mpoption 更多信息详见 3.6节：MATPOWER的选项。 3 技术规则 3.1 数据文件格式 MATPOWER所用的所有数据文件均为MATLAB的 M文件或者MAT文件，他们用来 定义和返回变量：baseMVA，bus，branch，gen，areas和 gencost。变量 baseMVA是标量， 其他的都是矩阵。矩阵的每一行都对应于一个单一的母线，线路或者发电机组。列的数据类 似于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的 IEEE 和 PTI 列的数据格式。MATPOWER 案例文件的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 细节可以在 caseformat.m中看到： >> help runopf RUNOPF Runs an optimal power flow. [baseMVA, bus, gen, gencost, branch, f, success, et] = ... runopf(casename, mpopt, fname, solvedcase) Runs an optimal power flow and optionally returns the solved values in the data matrices, the objective function value, a flag which is true if the algorithm was successful in finding a solution, and the elapsed time in seconds. All input arguments are optional. If casename is provided it specifies the name of the input data file or struct (see also 'help caseformat' and 'help loadcase') containing the opf data. The default value is 'case9'. If the mpopt is provided it overrides the default MATPOWER options vector and can be used to specify the solution algorithm and output options among other things (see 'help mpoption' for details). If the 3rd argument is given the pretty printed output will be appended to the file whose name is given in fname. If solvedcase is specified the solved case will be written to a case file in MATPOWER format with the specified name. If solvedcase ends with '.mat' it saves the case as a MAT-file otherwise it saves it as an M-file. >> help ceseformat ceseformat.m not found. PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 6 >> help caseformat CASEFORMAT Defines the MATPOWER case file format. A MATPOWER case file is an M-file or MAT-file which defines the variables baseMVA, bus, gen, branch, areas, and gencost. With the exception of baseMVA, a scalar, each data variable is a matrix, where a row corresponds to a single bus, branch, gen, etc. The format of the data is similar to the PTI format described in http://www.ee.washington.edu/research/pstca/formats/pti.txt except where noted. An item marked with (+) indicates that it is included in this data but is not part of the PTI format. An item marked with (-) is one that is in the PTI format but is not included here. The columns for each data matrix are given below. See also IDX_BUS, IDX_BRCH, IDX_GEN, IDX_AREA and IDX_COST regarding constants which can be used as named column indices for the data matrices. Also described in the first three are additional columns that are added to the bus, branch and gen matrices by the power flow and OPF solvers. Bus Data Format 1 bus number (1 to 29997) 2 bus type PQ bus = 1 PV bus = 2 reference bus = 3 isolated bus = 4 3 Pd, real power demand (MW) 4 Qd, reactive power demand (MVAr) 5 Gs, shunt conductance (MW (demanded) at V = 1.0 p.u.) 6 Bs, shunt susceptance (MVAr (injected) at V = 1.0 p.u.) 7 area number, 1-100 8 Vm, voltage magnitude (p.u.) 9 Va, voltage angle (degrees) (-) (bus name) 10 baseKV, base voltage (kV) 11 zone, loss zone (1-999) (+) 12 maxVm, maximum voltage magnitude (p.u.) (+) 13 minVm, minimum voltage magnitude (p.u.) Generator Data Format 1 bus number (-) (machine identifier, 0-9, A-Z) 2 Pg, real power output (MW) PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 7 3 Qg, reactive power output (MVAr) 4 Qmax, maximum reactive power output (MVAr) 5 Qmin, minimum reactive power output (MVAr) 6 Vg, voltage magnitude setpoint (p.u.) (-) (remote controlled bus index) 7 mBase, total MVA base of this machine, defaults to baseMVA (-) (machine impedance, p.u. on mBase) (-) (step up transformer impedance, p.u. on mBase) (-) (step up transformer off nominal turns ratio) 8 status, > 0 - machine in service <= 0 - machine out of service (-) (% of total VAr's to come from this gen in order to hold V at remote bus controlled by several generators) 9 Pmax, maximum real power output (MW) 10 Pmin, minimum real power output (MW) Branch Data Format 1 f, from bus number 2 t, to bus number (-) (circuit identifier) 3 r, resistance (p.u.) 4 x, reactance (p.u.) 5 b, total line charging susceptance (p.u.) 6 rateA, MVA rating A (long term rating) 7 rateB, MVA rating B (short term rating) 8 rateC, MVA rating C (emergency rating) 9 ratio, transformer off nominal turns ratio ( = 0 for lines ) (taps at 'from' bus, impedance at 'to' bus, i.e. ratio = Vf / Vt) 10 angle, transformer phase shift angle (degrees) (-) (Gf, shunt conductance at from bus p.u.) (-) (Bf, shunt susceptance at from bus p.u.) (-) (Gt, shunt conductance at to bus p.u.) (-) (Bt, shunt susceptance at to bus p.u.) 11 initial branch status, 1 - in service, 0 - out of service (+) Area Data Format 1 i, area number 2 price_ref_bus, reference bus for that area (+) Generator Cost Data Format NOTE: If gen has n rows, then the first n rows of gencost contain the cost for active power produced by the corresponding generators. If gencost has 2*n rows then rows n+1 to 2*n contain the reactive power costs in the same format. PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 8 1 model, 1 - piecewise linear, 2 - polynomial 2 startup, startup cost in US dollars 3 shutdown, shutdown cost in US dollars 4 n, number of cost coefficients to follow for polynomial cost function, or number of data points for piecewise linear 5 and following, cost data defining total cost function For polynomial cost: c2, c1, c0 where the polynomial is c0 + c1*P + c2*P^2 For piecewise linear cost: x0, y0, x1, y1, x2, y2, ... where x0 < x1 < x2 < ... and the points (x0,y0), (x1,y1), (x2,y2), ... are the end- and break-points of the cost function. 某些列被加入到了母线，线路和发电机组矩阵当中，通过查看 idx_bus,idx_brch 和 idx_gen可以获得更多细节。 3.2 模型 交流模型（AC） 固定负荷被当作恒定有功和无功功率注入，Pd和 Qd分别被指定为 bus矩阵的第三列和 第四列。任何母线的恒阻抗泄漏元件的泄漏导纳都通过 Gsh和 Bsh被指定到第五和第六列。 sh sh sh G jBY baseMVA + = 所有的线路，包括输电线路、变压器和调相机，都通过标准的“p ”模型建立包括串 联电阻 R和电抗 X以及所有的线路充电电容 Bc，和理想的变压器串联，对于调相机包括调 节比例t 移相角 shiftq 。参数 R，X，B，t 和 shiftq ，在线路矩阵 branch 的第 3，4，5，9 和 10列。线路首端和末端的电压和电流通过线路导纳矩阵 Ybr通过以下公式相关联： f f br t t I V Y I V é ù é ù =ê ú ê ú ë û ë û （1） 其中： 2 1 1 2 1 2 shift shift c s s ej br c sej BY j Y Y BYs Y j q q t t t - é ùæ ö+ -ç ÷ê úè øê ú= ê ú - +ê úë û ， 1 sY R jX = + 。 分散的线路导纳矩阵和母线泄漏导纳矩阵被 MATPOWER 联合成为复合母线导纳矩阵 Ybus，并以它来关联母线电压向量 Vbus和母线电流向量 Ibus： bus bus busI Y V= 类似的，通过形成导纳矩阵 Yf 和 Yt 来计算线路首末端的电流向量，在给定母线电压 Vbus的情况下： PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 9 f f busI Y V= t t busI YV= 母线功率注入和线路功率注入的复向量可以表达为： *( )bus bus busS diag V I= *( )f f fS diag V I= *( )t t tS diag V I= 其中 Vf和 Vt分别为所有支路首末端电压的复向量，diag（）将一个向量转变为一个以它为 对角元素的对角矩阵。 直流公式（DC） 对直流模型来说，仍然是使用原来的参数，并且做了以下的假设： ·线路阻抗 R和充电电容 Bc被忽略（也就是说支路是无损的） ·所有的母线电压都认为接近与标么值 1 ·电压角相差很小，认为sin( )ij ijq q» 联合这些假设和方程 1以及考虑 *S VI= ，有功潮流和电压相角之间的关系可以写为： , , f shiftf f br t shiftt t PP B PP q q é ùé ù é ù = + ê úê ú ê ú ê úë û ë û ë û （2） 其中， 1 11 1 1br B Xt -é ù = ê ú-ë û （3） , , 11 1 f shift t shift P P Xt é ù é ù =ê ú ê ú-ê ú ë ûë û （4） 分离的支路的调整注入和Bbr矩阵之间的原理在MATPOWER中通过生成一个母线Bbus 矩阵和 Pbus，shift注入向量来处理，它用来在一直电压相角的情况下计算母线的有功功率： ,bus bus bus bus shiftP B Pq= + 类似的，MATPOWER 建立矩阵 Bf 和向量 Pf，shift 用来计算支路功率注入向量 Pf 和 Pt： ,f f bus f shiftP B Pq= + fPt P= - PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 10 3.3 电力潮流 MATPOWER拥有 5种潮流计算方法，他们可以通过 runpf来调用。除了可以输出到屏 幕之外（作为默认方式），runpf还可以有以下的返回选项可以选择参数来输出解： >> [baseMVA,bus,gen,branch,success,et]=runpf(casename)； 这些解的值被存储在以下的结果中： bus(:,VM) bus voltage magnitudes(母线电压幅值) bus(:,VA) bus voltage angles （母线电压相角） gen(:,PG) generator real power injections(发电机有功输入) gen(:,QG) generator reactive power injections(发电机无功输入) branch(:,PF) real power injected into “from” end of branch（支路首端的有功输入） branch(:,PT) real power injected into “to” end of branch（支路末端的有功输入） branch(:,QF) reactive power injected into “from” end of branch（支路首端的无功输入） branch(:,QT) reactive power injected into “to” end of branch（支路末端的无功输入） success 1=solved successfully,0=unable to solve(1表示计算成功，0表示失败) et computation time required for solution(计算所用时间) 默认的潮流计算方法是标准的潮流法[12]，采用全雅克比矩阵，迭代求解。这种方法在 许多文教科书中都有提到。法则 2 和法则 3 是改进型快速解耦算法[10].MATPOWER 采用 XB和 BX 变换，参见文献[1].法则 4是标准的高斯－赛德尔方法[5],基于意大利 Bologna 大 学的 Alberto Borhetti的贡献的代码开发。要使用出默认的牛顿法之外的其他算法，PF_ALG 选项必须正确的设置。比如说，要使用 XB快速解耦算法： >> mpopt= mpoption('PF_ALG',2); >> runpf(casename,mpopt); 最后一种算法是直流潮流算法[13],它的使用是通过设置 PF_DC为 1，运行 runpf而进行 的，或者直接使用 rundcpf。直流潮流的计算是通过直接的不迭代的的方法解母线电压相角 和指定母线的有功注入获得，基于方程 2，3和 4。 对于交流潮流解法，如果 ENFORCE_Q_LIMS选项被设为 true（默认为 false），并且运行过 程中有任何发电机组的无功越限，相应的母线被转换为 PQ 母线（节点），将无功出力设定 在限制值，并且案例重新计算。该母线的电压幅值为满足无功限制的要求将偏离指定值。如 果参考母线（节点）的有功出力达到限制值，该节点将自动转化为 PQ 母线（节点），在下 一轮迭代中第一个依然存在的 PV 母线（节点）将被当作松弛母线（节点），这将导致该母 线（节点）的机组有功出力稍微偏离指定值。 通常，没有 MATPOWER 的潮流解法中不包含变压器分接头的改变或者操作，或者部 分系统从网络中解列等。 潮流计算的解法，除了高斯－赛德尔法之外，都可以很好的解决甚至是大规模网络，因 为这些算法和计算充分利用了MATLAB的内部稀疏矩阵处理。 3.4 最优潮流 MATPOWER提供多种解算最优潮流问题（OPF）的方法，可以通过访问函数 runopf的方法 实现。除了提供将计算结果输出到屏幕之外（默认），runopf 函数还可以通过设置以下的参 数返回解到其他地方。 >>[baseMVA,bus,gen,gencost,branch,f,success,et]=runopf(casename); PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn MATPOWER手册（中文版） 版本 3.1b2 中国电力市场论坛（www.dlscbbs.net）翻译制作 一切版权归属原作者 11 除了最优潮流解法之外，OPF的运算还包括一下的值： bus(:,LAM_P) 母线（节点）的有功失配拉格朗日乘子 bus(: , LAM_Q) 母线（节点）的无功失配拉格朗日乘子 bus(:,MU_VMAX) 母线（节点）的电压上限龙格－库塔乘子 bus(:,MU_VMIN) 母线（节点）的电压下限龙格－库塔乘子 gen(:,MU_PMAX) 发电机组有功出力上限的龙格－库塔乘子 gen(:,MU_QMAX) 发电机组无功出力上限的龙格－库塔乘子 gen(:,MU_PMIN) 发电机组有功出力下限的龙格－库塔乘子 gen(:,MU_QMIN) 发电机组无功出力下限的龙格－库塔乘子 branch（:,MU_SF） 支路首端的潮流限制龙格－库塔乘子 branch(:,MU_ST) 支路末端的潮流限制龙格－库塔乘子 f 最后的目标函数值 MATPOWER的第一个（按年代顺序排列）OPF解法是基于包含在MATLAB早期版本 最优化工具箱中的 constr 函数，它成功的使用了一种二次规划技术，对海森矩阵采用了拟 牛顿逼近法。第二种方法基于线性规划。它可以使用最优化工具箱中的 LP（线性规划）解 法或者其他可以获得的MATLAB LP解法。MATPOWER3.0版提供一种通用的 OPF模型， 允许一般的线性约束加入到最优化变量中，但是要求能够获得 MATLAB 最优化工具箱 2.0 或以上版本中的 fmincom.m文件，或者 最优化 MINOPF包中的基于 MINOS的 MEX文件 （见 http://www.pserc.cornell.edu.minopf/）。MINOPF 被独立的发布出来是因为它比 MATPOWER有更加严格的授权要求。 MATPOWER的性能取决于许多因素。首先，constr算法使用了一种没有稀疏化的方法， 所以它只能针对小型的电力系统。对于需要使用 fmincon函数的参数组合也一样。对于基于 线性规划的算法，从另一个方面来说，采用了稀疏算法，但是低版本最优化工具箱中的线性 规划算法并没有采用这种稀疏算法。事实上，基于低版本工具箱中的 LP算法效率还不如基 于 constr的算法，甚至对于小系统来说。幸运的是还有采用了稀疏算法的第三方解决方法可 以得到。通常这些都能大幅度的提高算法的效率。甚至对于基于 constr或者 fmincon的方法 来说，当采用了满矩阵数据的 BPMPD而不是以往的 qp.m文件时，速度也会快得多。 然而，必须