电力系统潮流计算程序实现C语言版（动态节点+稀疏技术）

概述

电力系统潮流计算程序采用的是牛顿-拉夫逊法(直角坐标)
潮流计算程序的系统节点数是可以动态变化的，根据节点大小分配储存空间
为了减少储存空间和加快计算速度，根据电力系统节点导纳矩阵稀疏的特点，计算程序运用了稀疏储存技术，详细讲解请见参考目录。
关于本程序的计算原理和流程图均可参考后面参考目录中的图书

源数据格式说明

源数据有功功率、无功功率、电压、阻抗、感抗、对地充电容纳均以标幺值表示。
数据文件必须命名为data.txt且与潮流计算程序放置于同一个文件中。数据文件data.txt包含两类参数：节点参数和线路参数。节点数据块与线路数据块之间用数字0作为间隔，即在节点数据块结束后，另起一行输入0，然后再在后面按格式要求录入线路参数。

1. 节点参数
节点参数包括：系统节点数Node、节点功率(有功P、无功Q)，节点电压(有效值V、相角Delta) ，参数组织格式：

节点数Node 节点数Node写在参数文件的开头，如：4表明为四节点系统。
功率和电压P/Q/V/Delta
首先给出节点参数示例： 2 3 0.5 0 1.10 0 第一列数字2表明该节点的类型为2-PV节点；第二列数字3表明该行数据为节点3的参数；后面三列依次为P、Q、V的给定值，给定值为0，表明该项参数未知；第六列为相角δ，非平衡节点的δ即为PQ迭代的初始相角值，平衡节点的即为给定的相角值。节点功率为各支路输入功率之和，且规定功率流入节点为正，流出为负。故而负荷功率为负值，发电机功率为正值。
节点类型的判断根据节点的给定参数可以将节点分为三种类型：
1）PQ节点：给定P、Q初始值的节点，用数字代码1表示；
2）PV节点：给定P、V初始值的节点，用数字代码2表示；
3）平衡节点：没有给定P、Q初始值，仅给定V的初始值，用数字代码3表示；
注意：数据文件中，节点顺序为PQ、PV、平衡节点

2.线路参数
线路参数包括：线路阻抗(R,X)、变压器变比k和对地充电(接地支路)容纳b。每一条线路包括节点号在内共有6个参数，6个参数缺一不可。

线路阻抗Z
首先给出线路参数示例： 1 4 0.12 0.5 1 0.01920 前两列代表线路两端的节点编号，亦即线路编号14(即41)；第三四列代表线路阻抗Z=0.12+j0.5；第五列为变压器变比k；最后一列为线路的对地充电电容的一半，即B/2。 k不为0。当k=1则表明该支路为普通支路；否则该支路为变压器支路。普通支路没有任何特殊要求，但对于变压器支路，有以下注意事项。
变压器支路
首先给出变压器线路示例： 3 1 0 0.3 0.909091 0
1）变比k为转换为变压器支路的标准等值电路(如下图)后的变比。

2）变压器线路的编号31有特定含义：3对应节点p，1对应节点q。即变压器支路的编号对节点顺序有要求，p节点编号在前，q节点在后。
3）q节点为全系统参考电压侧。
程序智能化读取线路数据，用户无需刻意对线路参数进行归类、排序，可随意输入，只要每行数据都各自符合格式要求即可。

输出数据说明

1. 节点参数表
节点参数表实际上只是对源数据的重现，用于对源数据的整理以及检验程序是否成功读取原始数据。其中，节点类型列中，BS代表平衡节点、PQ代表PQ节点、PV代表PV节点。参数表后紧随的是对各类节点数目的统计结果。该表属于对原始数据的基本统计处理。

2. 节点导纳矩阵
节点导纳矩阵以上三角方式按照节点编号顺序输出，括号内部逗号前为导纳Gij、逗号后为容纳Bij。下三角部分可由上三角部分对称得到。

3. 潮流计算结果(节点)
该部分计算结果包含PQ迭代次数k和节点参数计算结果。迭代次数k在65535次以内均可正常显示。一般PQ迭代不会达到这个数值，否则可以认为PQ迭代是发散的。
节点参数计算结果表，展示了PQ迭代收敛时的计算结果，包括非平衡节点的电压相角δ、PQ节点的电压V、PV节点的无功功率Q和平衡节点的功率。

4. 潮流计算结果(线路)（该部分暂未编写，请等待后续完善）
线路功率计算结果表，展示了PQ迭代收敛时的线路功率计算结果S，包括线路有功功率P和无功功率Q。

参考文献

陈亚明.电力系统计算程序.北京：水利电力出版社，1995

张伯明，陈寿孙，严正.高等电力网络分析（第2版）.北京：清华大学出版社，2007

源代码

/*   FUNCTION : POWER FLOW             */ /*   WRITTEN BY : ZAHGN CHUN           */ /*   LAST EDITED : 2014-12-10          */ #include <stdio.h>
#include <math.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<conio.h>
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;/***  子函数声明  ***/
void in_data();   /* 读取数据 */
void Y_Form();    /* 生成导纳矩阵 */
void chuzhi();    /* 给节点电压赋初值 */
void B_Form();    /* 生成雅克比矩阵和求解修正方程*/
void xinzhi();    /*计算新值*/
void PrtNode();   /*输出潮流计算结果*/
void PrtY();      /*打印Y矩阵*/ /***  全局变量声明  ***/ int Node;              /*网络节点数*/
int Num;               /*网络支路数*/
int i,j,k,k1,k2,k5,l,m,ig,i1,i2,i3,i5,t,s;          /*通用下标值*/
int J1,J0,J3;
float tmp;            /*临时数据暂存*/
FILE *in,*out;        /*输入、输出文件指针*/ int  J5;                //雅克比矩阵第i行非零元素的技术单元
int  k0=1;             //导纳矩阵非零互导纳元素的指针
int  FL=0;             //导纳矩阵非零互导纳元素的个数
float   a1,b1,r1,x1,a,r,x,b;       //寄存单元
float   gij,bij,gi,bi,gj,bj;
float A3;            //第i节点电流的实部
float B3;            //第i节点电流的虚部
float P2,Q2,P3,Q3,C3,D3,C5,D5,A5,B5,C6;float  PG,QG,PL,QL;     //全网功率
float  E,F,PI;int N0;               //平衡节点的节点号
float U0;           //存平衡节点的给定电压值
int IQ;               //发电机台数
int IP;               //负荷个数
int N1;               //PV节点个数
float UP=1;;             //PQ节点的电压初值
int   it;              //迭代次数
float  am=0;             //节点功率误差的最大绝对值
int    i0;             //节点功率误差绝对值最大的节点号//声明变长数组
vector<int> IZA(Num);          //存支路状态数
vector<int> IZ1(Num);          //存支路一端的节点号
vector<int> IZ2(Num);          //存支路另一端的节点号
vector<float> Z1(Num);          //存支路正序电阻
vector<float> Z2(Num);          //存支路正序电抗
vector<float> Z3(Num);          //存支路正序电纳或非标准变比vector<int> IWGA(Node);          //存发电机状态数
vector<int> IWG(Node);          //存发电机节点号
vector<float> W1(Node);          //存发电机有功功率
vector<float> W2(Node);          //存发电机无功功率vector<int> ILP(Node);          //存负荷状态数
vector<int> ILD(Node);          //存负荷节点号
vector<float> WL1(Node);          //存负荷有功功率
vector<float> WL2(Node);          //存负荷无功功率vector<int> IPV(5);             //存PV节点的节点号
vector<float> PV(5);            //存PV节点的给定电压值vector<float> YZ1(Node*Node);     //不规则互导纳元素的实部
vector<float> YZ2(Node*Node);     //不规则互导纳元素的虚部
vector<int> IY1(Node*Node);            //不规则互导纳元素的行号
vector<int> IY2(Node*Node);            //不规则互导纳元素的列号vector<float> D1(Node);           //导纳矩阵对角元素的实部
vector<float> D2(Node);           //导纳矩阵对角元素的虚部
vector<float> Y1(Node*Node);     //导纳矩阵非对角非零元素的实部
vector<float> Y2(Node*Node);     //导纳矩阵非对角非零元素的虚部
vector<int> IY(Node*Node);       //导纳矩阵非对角非零元素的列号
vector<int> IN(Node);            //导纳矩阵每行非对角非零元素的个数vector<float> U1(Node);           //节点电压的实部
vector<float> U2(Node);           //节点电压的虚部vector<float> AK1(Node*Node);           //存雅克比矩阵一行的非零元素
vector<float> AK2(Node*Node);
vector<float> AK3(Node*Node);
vector<float> AK4(Node*Node);
vector<int>   JK(Node*Node);            //存雅克比矩阵一行的非零元素的列号vector<float> AJ1(Node*Node);        //存雅克比矩阵消去规格化后上三角非对角非零元素
vector<float> AJ2(Node*Node);
vector<float> AJ3(Node*Node);
vector<float> AJ4(Node*Node);
vector<int> IJ(Node*Node);            //存雅克比矩阵消去规格化后上三角非对角非零元素的列号
vector<int> JF(Node);             //存雅克比矩阵消去规格化后上三角每行非对角非零元素的个数vector<float> CK1(Node);          //先存节点无功功率误差ΔQi（或ΔUi的平方），后存节点电压修正量的实部
vector<float> CK2(Node);          //先存节点有功功率误差ΔPi，后存节点电压修正量的虚部vector<float> PD(Node);           //节点负荷的有功功率
vector<float> QD(Node);           //节点负荷的无功功率
vector<float> PF(Node);           //节点给定的发电有功功率
vector<float> QF(Node);           //节点给定的发电无功功率
vector<float> GP(Node);           //节点实际的发电有功功率
vector<float> GQ(Node);           //节点实际的发电无功功率
vector<float> Q(Node);           //节点的无功功率误差值
vector<int> IVI(Node);             //PV节点的标致/******************  主函数  ******************/ /**↓****↓****↓**  主函数  **↓****↓****↓**/
int main(void)
{ if((in=fopen("Data.txt","r"))==NULL) printf("wrong\n"); if((out=fopen("out.txt","w"))==NULL) printf("wrong\n"); in_data();   /* 读取数据 */  for(i=0;i<Node*Node;i++){Y1[i]=0; Y2[i]=0; IY[i]=0; YZ1[i]=0; YZ2[i]=0;IY1[i]=0;AK1[i]=AK2[i]=AK3[i]=AK4[i]=0;AJ1[i]=AJ2[i]=AJ3[i]=AJ4[i]=0;JK[i]=JF[i]=IJ[i]=0;}for(i=0;i<Node;i++){   D1[i]=D2[i]=0;   }Y_Form();  PrtY();chuzhi();for(it=1;it<20;it++){B_Form(); fprintf(out,"第%d迭代节点功率误差绝对值最大的节点号:%d,误差的最大绝对值:%f\n",it,i0,am);for(i=0;i<Node-1;i++)fprintf(out,"e[%d]=%f f[%d]=%f\n",i,CK1[i],i,CK2[i]);printf("IT=%d\n",it);if(am<0.0001)break;xinzhi();}PrtNode();      /*输出潮流计算结果*/ fclose(out); system("cmd /c start out.txt"); return(0); }
/**↑****↑****↑**  主函数  **↑****↑****↑**/ /**************** 计算新值  ****************/
void xinzhi()
{    for(i=Node-2;i>=0;i--)                 //解修正方程回代运算             //zhuyi!!!!!!!!!!!!!!!!{               for(ig=0;ig<JF[i];ig++){k--;m=IJ[k];CK1[i]=CK1[i]-AJ1[k]*CK1[m]-AJ2[k]*CK2[m];CK2[i]=CK2[i]-AJ3[k]*CK1[m]-AJ4[k]*CK2[m];}}for(i=0;i<Node;i++)               //计算节点新的电压值{U1[i]=U1[i]+CK1[i];U2[i]=U2[i]+CK2[i];}for(i=0;i<Node-1;i++)printf("e[%d]=%f f[%d]=%f\n",i,U1[i],i,U2[i]);
}/******** 生成雅克比矩阵和不平衡量  *********/
void  B_Form()
{am=0;     k0=0;for(i=0;i<Node;i++){                   a=D1[i]*U1[i];b=D2[i]*U1[i];r=D1[i]*U2[i];x=D2[i]*U2[i];A3=a-x;B3=r+b;J5=1;                    for(ig=0;ig<IN[i];ig++) {j=IY[k0];A3=A3+Y1[k0]*U1[j]-Y2[k0]*U2[j];B3=B3+Y1[k0]*U2[j]+Y2[k0]*U1[j];if(i!=N0&&j!=N0)                    {JK[J5]=IY[k0];                                        AK1[J5]=Y1[k0]*U2[i]-Y2[k0]*U1[i];AK3[J5]=Y1[k0]*U1[i]+Y2[k0]*U2[i];AK2[J5]=-AK3[J5];AK4[J5]=AK1[J5];       J5++;}k0++;}if(i==N0){GQ[i]=A3*U2[i]-B3*U1[i];GP[i]=A3*U1[i]+B3*U2[i];CK1[i]=0;CK2[i]=0;JF[i]=0;}else{P2=PD[i]+(A3*U1[i]+B3*U2[i]);Q2=QD[i]+(A3*U2[i]-B3*U1[i]);GP[i]=P2;GQ[i]=Q2;P2=PF[i]-P2;Q2=QF[i]-Q2;P3=P2;Q3=Q2;if(IVI[i]==1)if(Q[i]>=0||it-1<5)                              Q3=0;AK3[0]=A3+a+x;AK4[0]=B3-b+r;JK[0]=i;                    CK2[i]=P2;if(IVI[i]==1){Q[i]=Q2;if(it>=5){if(Q2>=0){for(j=1;j<J5;j++)                 AK1[j]=AK2[j]=0;  AK1[0]=2*U1[i];AK2[0]=2*U2[i];Q2=0;CK1[i]=Q2;}else{AK1[0]=r-b-B3;AK2[0]=A3-a-x;CK1[i]=Q2;}}else{for(j=1;j<J5;j++)                  AK1[j]=AK2[j]=0;  AK1[0]=2*U1[i];AK2[0]=2*U2[i];Q2=0;CK1[i]=Q2;}}else{AK1[0]=r-b-B3;AK2[0]=A3-a-x;CK1[i]=Q2;}C5=fabs(P3);D5=fabs(Q3);if(C5>am){   i0=i;am=C5;   }if(D5>am){   i0=i;am=D5;   }k=0;                               //消去运算m=0;for(i1=0;i1<i;i1++){      for(i3=1;i3<J5;i3++)if(JK[i3]==i1)  break;if(i3<J5){      //  printf("xiaoq\n");  for(ig=0;ig<JF[i1];ig++){                   for(i2=0;i2<J5;i2++)if(JK[i2]==IJ[k])   break;if(i2<J5){                 AK1[i2]=AK1[i2]-AK1[i3]*AJ1[k]-AK2[i3]*AJ3[k];          AK2[i2]=AK2[i2]-AK1[i3]*AJ2[k]-AK2[i3]*AJ4[k];AK3[i2]=AK3[i2]-AK3[i3]*AJ1[k]-AK4[i3]*AJ3[k];AK4[i2]=AK4[i2]-AK3[i3]*AJ2[k]-AK4[i3]*AJ4[k]; }else{   AK1[J5]=-AK1[i3]*AJ1[k]-AK2[i3]*AJ3[k];AK2[J5]=-AK1[i3]*AJ2[k]-AK2[i3]*AJ4[k];AK3[J5]=-AK3[i3]*AJ1[k]-AK4[i3]*AJ3[k];AK4[J5]=-AK3[i3]*AJ2[k]-AK4[i3]*AJ4[k];                JK[J5]=IJ[k];J5++;}k++;        }CK1[i]=CK1[i]-AK1[i3]*CK1[i1]-AK2[i3]*CK2[i1];CK2[i]=CK2[i]-AK3[i3]*CK1[i1]-AK4[i3]*CK2[i1];}else{k=k+JF[i1];    }}k5=k;                     //规格化a=AK1[0]*AK4[0]-AK2[0]*AK3[0];        if(a==0){CK1[i]=0;CK2[i]=0;JF[i]=0;}else{A3=AK4[0]/a;B3=-AK2[0]/a;C3=-AK3[0]/a;D3=AK1[0]/a;for(j=1;j<J5;j++)if(JK[j]>i){                           //  printf("guife\n"); IJ[k]=JK[j];           AJ1[k]=A3*AK1[j]+B3*AK3[j];AJ2[k]=A3*AK2[j]+B3*AK4[j];AJ3[k]=C3*AK1[j]+D3*AK3[j];AJ4[k]=C3*AK2[j]+D3*AK4[j];k++;}A5=CK1[i];B5=CK2[i];CK1[i]=A3*A5+B3*B5;CK2[i]=C3*A5+D3*B5;            JF[i]=k-k5;}  }}
}/****************  子函数：读数据  ****************/
void in_data()
{ fscanf(in,"%d %d %d %d %d",&Node,&Num,&IQ,&IP,&N1);       /*读取节点数Node、支路数、发电机个数、负荷个数、PV节点个数*/ for(i=0;i<Num;i++){     Z1[i]=Z2[i]=Z3[i]=0;  }for(i=0;i<IQ;i++){     IWGA[i]=IWG[i]=W1[i]=W2[i]=0; }for(i=0;i<Num;i++)fscanf(in,"%d %d %d %f %f %f",&IZA[i],&IZ1[i],&IZ2[i],&Z1[i],&Z2[i],&Z3[i]); for(i=0;i<IQ;i++)fscanf(in,"%d %d %f %f",&IWGA[i],&IWG[i],&W1[i],&W2[i]); for(i=0;i<IP;i++){fscanf(in,"%d %d %f %f",&ILP[i],&ILD[i],&WL1[i],&WL2[i]); }for(i=0;i<N1;i++)fscanf(in,"%d %f",&IPV[i],&PV[i]); fscanf(in,"%d %f",&N0,&U0);
} /****************给节点电压赋初值****************/
void chuzhi()
{for(i=0;i<Node;i++){PD[i]=0;QD[i]=0;PF[i]=0;QF[i]=0;IVI[i]=0;}for(i=0;i<IP;i++){if(ILP[i]!=0){j=ILD[i];PD[j]=WL1[i];QD[j]=WL2[i];}}for(i=0;i<IQ;i++){if(IWGA[i]!=0){j=IWG[i];PF[j]=W1[i];QF[j]=W2[i];}}for(i=0;i<N1;i++){j=IPV[i];IVI[j]=1;}for(i=0;i<Node;i++){U1[i]=UP;  U2[i]=0;}for(i=0;i<N1;i++){j=IPV[i];      U1[j]=PV[i];}U1[N0]=U0;
}/************形成节点导纳矩阵Y  ************/
void Y_Form()
{for(i=0;i<Node;i++){D1[i]=0;D2[i]=0;}l=0;                            for(k=0;k<Num;k++){ig=IZA[k];i=IZ1[k];            j=IZ2[k];  r=Z1[k];    x=Z2[k];b=Z3[k];a=r*r+x*x;  if(a!=0){gij=r/a;bij=-x/a;          if(ig==1){gi=gij;gj=gij;bi=bij+b;            bj=bi;D1[i]=D1[i]+gi;          D2[i]=D2[i]+bi;          D1[j]=D1[j]+gj;          D2[j]=D2[j]+bj;          YZ1[l]=-gij;                              YZ2[l]=-bij;                      IY1[l]=i;   IY2[l]=j;    l++;YZ1[l]=-gij;                     YZ2[l]=-bij;                     IY1[l]=j;IY2[l]=i;    l++;}else{if(ig==2||ig==3){gj=gij;bj=bij;gij=gij/b;bij=bij/b;gi=gij/b;bi=bij/b;D1[i]=D1[i]+gi;     D2[i]=D2[i]+bi;    D1[j]=D1[j]+gj;    D2[j]=D2[j]+bj;   YZ1[l]=-gij;            YZ2[l]=-bij;           IY1[l]=i;              IY2[l]=j;  l++;YZ1[l]=-gij;           YZ2[l]=-bij;            IY1[l]=j;IY2[l]=i;   l++;}else{D1[i]=D1[i]+gij;D2[i]=D2[i]+bij;}}}}j=0;k0=0;m=0;     //出口标志for(i=0;i<Node;i++){J1=0;for(k=0;k<l;k++){                        if(IY1[k]==i){J3=IY2[k];for(k1=0;k1<J1;k1++){k2=k0+k1;             if(J3==IY[k2])                {   break;  m=1;  }}if(m==1){Y1[k2]=Y1[k2]+YZ1[k];      Y2[k2]=Y2[k2]+YZ2[k];}else{                 Y1[j]=YZ1[k];Y2[j]=YZ2[k];IY[j]=J3;      J1++;j++;}}}IN[i]=J1;k0=k0+J1;}FL=k0;
}/*******************打印导纳矩阵**************/
void PrtY()
{fprintf(out,"非对角线元素：\n"); for(i=0;i<FL;i++) {fprintf(out,"%10.6f,%10.6f,,,,,,%d\n",Y1[i],Y2[i],IY[i]);}fprintf(out,"\n"); fprintf(out,"对角线元素：\n"); for(i=0;i<Node;i++) {fprintf(out,"%10.6f,%10.6f\n",D1[i],D2[i]);}fprintf(out,"\n");fprintf(out,"每行非对角线非零元素个数：\n"); for(i=0;i<Node;i++) { fprintf(out,"%d\n",IN[i]);}fprintf(out,"\n");
}/***************输出潮流计算结果****************/
void PrtNode()
{GP[N0]=GP[N0]+PD[N0];              //输出节点信息GQ[N0]=GQ[N0]+QD[N0];PG=0;QG=0;PL=0;QL=0;PI=180/3.14159;fprintf(out,"\n");for(i=0;i<Node;i++){E=U1[i];F=U2[i];a=sqrt(E*E+F*F);b=PI*atan2(F,E);PG=PG+GP[i];QG=QG+GQ[i];PL=PL+PD[i];QL=QL+QD[i];fprintf(out,"第%d节点：\n幅值：%f，相角：%f\n",i+1,a,b);}// fprintf(out,"全网发电有功功率：%f，无功功率：%f，负荷有功功率：%f，负荷无功功率：%f\n",PG,QG,PL,QL);   //输出支路信息float ploss=0,qloss=0;       //全网有功、无功功率损耗float qb=0;                //全网输电线充电功率}