潮流计算

5.1 电力系统潮流计算

1、案例概况

本案例介绍利用mems实现matpower中的潮流计算，包括网络设备信息配置与查询、潮流计算。

matpower潮流计算功能包含以下主要函数：

idx_gen: 生成gen矩阵列索引
idx_bus: 生成bus矩阵列索引
idx_brch：生成branch矩阵列索引
make_y_bus：生成节点导纳矩阵
dsbus_dv：计算功率注入相对于电压的偏导数。
make_sdzip：构建ZIP负载的复功率向量
make_sbus：构建母线注入复功率向量
newtonpf：牛顿法求解潮流
runpf：执行潮流计算

上述函数均已通过RustScript语言实现，并在github中上传，可在mems中直接调用，URL如下：

idx_gen: https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/idx_gen.txt
idx_bus：https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/idx_bus.txt
idx_brch：https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/idx_brch.txt
make_y_bus：https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/make_y_bus.txt
dsbus_dv：https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/dsbus_dv.txt
make_sdzip：https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/make_sdzip.txt
make_sbus：https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/make_sbus.txt
newtonpf：https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/newtonpf.txt
runpf：https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/runpf.txt

潮流计算输入数据主要包含母线、支路、发电机对应的bus、branch、gen3个矩阵。

2、设备配置

在mems界面设备中配置bus、branch、gen3个矩阵对应信息，包括设备属性定义、设备定义和设备实例构建。

（1）设备属性定义

将bus、branch、gen矩阵的列属性定义为设备属性。在设备-设备定义-属性仓库页面导入设备属性定义文件，文件内容如下图所示：

设备属性定义配置文件

（2）设备定义

在设备-设备定义页面导入设备定义文件，文件内容如下图所示：

设备定义配置文件

（3）设备实例构建

在设备-设备维护页面导入设备实例文件，文件内容如下图所示：

设备定义配置文件

3、测点配置

matpower中的系统基准容量baseMVA作为测点数据进行配置，后续计算从测点中获取。在设置项-测点中导入对应测点，设置其默认值为系统基准容量，如下图所示：

基准容量测点配置文件

4、潮流计算配置

在设置项-报表配置实现潮流计算的DataFrame流，包括获取网络设备信息、潮流计算，以下说明具体配置步骤。

（1）获取设备信息

在报表配置文件中，从设备表中获取各类设备参数，对应matpower的bus、branch、gen输入参数，配置如下图所示：

获取设备信息

以节点1获取母线信息为例，该节点类型为SOURCE_DEV，表示获取设备表信息，参数为如下sql语句：

select
    `101`,`102`,`103`,`104`,`105`,`106`,`107`,`108`,`109`,`110`,`111`,`112`,`113`
from Bus
order by `101`

其中，Bus为母线表，列名为母线属性id。这里写出所有需要的列名，保证查询结果中属性顺序与matpower的bus矩阵属性顺序一致，同时按照母线编号进行行排序，以便与matpower比较计算结果。

（2）获取系统基准容量

系统基准容量信息通过测点获取，配置如下图所示。

获取系统基准容量

该节点类型为SOURCE_POINT，表示获取测点表信息，配置参数为如下sql语句：

select value from points where id=500001

其中，points为测点表，id为测点id列名，value为测点值列名。

（3）输入数据传给潮流计算节点

通过边将上述数据传给潮流计算节点，配置如下图所示：

输入数据传给潮流计算节点

（4）进行潮流计算

在节点5中进行潮流计算，该节点类型为TensorEval，参数2为3，表示进行复数张量运算，参数1配置及说明如下：

baseMVA=get(baseMVA_mat,0,0);   //获取系统基准容量标量值
//通过URL导入潮流计算所需函数
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/idx_gen.txt
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/idx_bus.txt
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/idx_brch.txt
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/make_y_bus.txt
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/dsbus_dv.txt
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/make_sdzip.txt
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/make_sbus.txt
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/newtonpf.txt
#include_url https://shufengdong.github.io/sparrowzz/rspower/lib/runpf.txt
r = runpf(); //执行潮流计算
return r;   //返回计算结果

上述配置中，由于从边获取的数据baseMVA_mat为张量，通过get函数取出其中元素获取标量值。通过#include_url关键字从URL引入需用到的外部RustScript程序，使配置文件中的程序结构更清晰。

5. 潮流计算结果查看

运行潮流计算的DataFrame流，在仪表盘-报表页面可查询计算结果，选择表格展示形式，如下图所示：

潮流计算结果

其中复数的实部为节点电压幅值、虚部为电压相角。

以下附件中提供了上述潮流计算DataFrame流的配置文件，以及matpower 5节点系统案例对应的的设备、测点配置文件，可参考使用。

附件：电力系统潮流计算案例.zip

注：本案例中的URL由于为github，链接不稳定，附件中另提供本地数据版本。