总第278期

DOI编码：10.3969/j.issn.1007-0079.2013.19.031

课程教材改革

MATPOWER在电力系统教学中的应用研究

郭 涵 金帅军

摘要：MATPOWER是MATLAB中用于电力系统潮流计算的一个仿真工具箱。它的建模方法简单易学；输出结果简洁直观，特别适合小型电力系统的潮流计算，包括经典潮流计算、最优潮流计算、电力市场中潮流计算等，是高等院校的教育从业者、学生以及科研人员开展潮流计算研究的一个实用辅助工具。

关键词：MATPOWER；潮流计算；最优潮流；电力市场

作者简介：郭涵（1989-），女，内蒙古通辽人，内蒙古电力（集团）有限责任公司培训中心；金帅军（1988-），男，河南南阳人，内蒙古电力（集团）有限责任公司培训中心。（内蒙古 呼和浩特 010011）

基金项目：本文系2011年内蒙古自然科学基金项目（项目编号：2011MS0722）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）19-0065-03潮流计算是电力系统分析中一项最基本的工作，其计算结果不仅可以作为制定电力系统实际运行方式、电力系统规划的重要参考，而且是进行电力系统故障计算、继电保护整定以及安全分析的基础。传统的潮流计算通过编程实现，用户界面没有图形支撑，原始数据输入工作量大且容易出错，在进行系统建模或进行系统结构调整后的潮流计算时很不方便，而且计算结果显示不直观，难于与其他分析功能集成。随着科学技术的发展，具有友好用户界面的电力系统分析软件成为主流趋势。

在国内常用的电力系统分析软件有中国电力科学研究院的PASAP、美国Bonneville电力局的BPA等，这些软件功能强大并且求解数据结果精准，多应用于实际仿真计算和大规模电力系统的科学研究。而MATPOWER的优势是在小型电力系统的潮流分析应用中，它操作简单，输出结果界面的数据全面、直观，运行稳定，计算速度快，准确度高。MATPOWER比上述软件更适合在高校进行科研和仿真教学。

一、MATPOWER软件介绍

MATPOWER软件是基于MATLAB语言编写的电力系统潮流计算软件，它可以在MATLAB5.1或以上版本的软件环境中使用和运行。目前它的最新版本是4.0b2。MATPOWER安装便捷，只需要将MATPOWER4.0b2文件夹设置在MATLAB软件的path路径下即可。

MATPOWER3.0版本综合了MATLAB中的优化算法，如OPF解法是基于包含在MATLAB早期版本最优工具箱中的constr函数，这使得它可以利用牛顿法等经典算法求解潮流和最优潮流。MATPOWER4.0b2版本在3.0的基础上增加线性规划、内点法等方法，使得它能灵活地解决在不同环境下的潮流计算。同时它具有面向用户的输入、输出界面，这使得它避开了其他仿真软件的反复输入与输出不直观的缺点。

二、电力系统潮流计算

潮流计算是电力系统分析的一项最基本计算，运行MATPOWER的潮流计算程序可以求出电网中各节点电压、电流和功率分布，这些数据为检查各元件是否过负荷、各点电压是否满足要求、功率分布和功率损耗是否合理等电力系统稳态分析提供了可信度高的基础数据。

1.建立模型

对于建立电力系统模型，MATPOWER有三种方式。第一种是标准库方式，用于对电力科学研究院的节点标准测试系统的原始数据进行潮流计算的仿真与验证。在MATPOWER文件夹中，带有“caseX”字符串的文件均为电力科学研究院的节点标准测试系统的原始数据（X代表节点数）。在MATLAB的conmand windows窗口输入“runpf （‘caseX’）”，即可运行标准节点为X的电力系统潮流计算程序。

第二种是非标准节点转化标准节点方式。在实际教学与科研中，遇到的电力系统往往不是标准节点系统。对于这类实际系统可以先利用等值简化等手段将所研究电力系统变成标准节点系统，然后将相应的节点、发电机、线路、并联电容器、变压器数据输入到相应caseX数据文件中，再运行此文件，可得到等值简化后的系统潮流计算结果。但此种方案输出的结果需要再经过运算才能还原到原始系统中。

第三种是用户输入数据方式。MATPOWER文件夹的“@opf_model”子文件是专门为实际电力系统而编写的程序模块，运行此模块中的潮流计算程序可实现对用户指定电力系统的潮流计算。

综上所述，在建立电力系统模型方面MATPOWER避免了SIMLINK仿真工具先找指定元件画图后再输入数据的繁琐工序，实现了建立模型的方便、简单、快速。

2.计算实例

下面以14节点为例，说明MATPOWER潮流计算结果。输入命令：

runpf（‘case14’）

这是运行基于牛顿法的潮流计算程序，潮流计算结果如图1与图2所示。图1中显示的数据为系统总结与数据总结。图2中显示的数据为节点数据与支路数据。数据总结包括系统节点数、各元件数量、支路数、装机容量、电源输出、负荷容量、总线损等数据。节点数据提供了各点节点电压、幅值及发电机发出的有功功率与无功功率、负荷的有功功率与无功功率等数据。支路数据给出了各支路潮流功率流向、支路线损等数据。

相比之下，MATPOWER的表格数据不如POWERWORLD的图形化数据清晰明了。

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