基于电力系统潮流计算的 MATLAB GUI 开发
特点：
- 牛顿-拉夫逊法 + PQ 分解法 双算法切换
- App Designer 拖拽式界面，零代码可扩展
- IEEE 9/14/30 节点算例 一键导入
- 可视化：节点电压、支路功率、PV 曲线
- 纯 MATLAB 源码，不依赖第三方软件（除自带工具箱）
一、界面功能总览
| 区域 | 功能 | 实现方式 |
|---|---|---|
| 工具栏 | 打开/保存算例、算法切换、开始计算 | App Designer Menu |
| 左侧 | 节点/支路/发电机表格 | uitable |
| 中央 | 电网拓扑图 | plot + scatter |
| 右下 | 结果显示（电压幅值、相角、功率流） | uitable + axes |
| 状态栏 | 迭代次数、收敛标志 | uilabel |
二、目录结构
PowerFlowGUI/
├─ PowerFlowApp.mlapp % 主界面（App Designer）
├─ newton_pf.m % 牛顿-拉夫逊法
├─ pq_pf.m % PQ 分解法
├─ makeYbus.m % 节点导纳矩阵
├─ cases/ % IEEE 标准算例
│ ├─ case9.m
│ ├─ case14.m
│ └─ case30.m
└─ doc/三、核心算法（M 文件）
- 节点导纳矩阵
makeYbus.m
matlab
function Y = makeYbus(caseData)
% caseData.bus / caseData.branch / caseData.baseMVA
nb = max(caseData.bus(:,1));
nl = size(caseData.branch,1);
Z = caseData.branch(:,3) + 1j*caseData.branch(:,4); % R+jX
Ys = 1./Z;
fr = caseData.branch(:,1); to = caseData.branch(:,2);
Y = zeros(nb,nb);
for k = 1:nl
Y(fr(k),to(k)) = Y(fr(k),to(k)) - Ys(k);
Y(to(k),fr(k)) = Y(to(k),fr(k)) - Ys(k);
Y(fr(k),fr(k)) = Y(fr(k),fr(k)) + Ys(k);
Y(to(k),to(k)) = Y(to(k),to(k)) + Ys(k);
end
end- 牛顿-拉夫逊法
newton_pf.m
matlab
function [V,theta,iter,conv] = newton_pf(caseData)
Y = makeYbus(caseData);
bus = caseData.bus;
S = (bus(:,3) + 1j*bus(:,4))/caseData.baseMVA; % S=P+jQ
V0 = bus(:,2); type = bus(:,6); % 1-PQ 2-PV 3-Slack
n = length(V0); theta = zeros(n,1); V = V0;
iter = 0; maxIter = 10; tol = 1e-6;
while iter < maxIter
iter = iter + 1;
% 功率方程
I = Y * (V.*exp(1j*theta));
S_calc = V.*exp(1j*theta) .* conj(I);
dP = real(S) - real(S_calc);
dQ = imag(S) - imag(S_calc);
% 构造雅可比
J = jacobian(Y,V,theta,type);
dX = -J\[dP; dQ(type==1)];
% 更新
theta = theta + [dX(1:n); zeros(n-sum(type==1),1)];
V(type==1) = V(type==1) + dX(n+1:end);
if max(abs([dP; dQ(type==1)])) < tol
conv = true; break;
end
end
if iter==maxIter, conv=false; end
end（jacobian 函数略，同理可写）
- PQ 分解法
pq_pf.m
与newton_pf类似，将雅可比拆成 B', B'' 矩阵即可，代码略。
四、App Designer 搭建步骤（10 分钟完成）
- 命令行输入
appdesigner→ 新建空白 App - 拖放控件
- Menu："文件/算法/帮助"
- Tree （或
uitable）：显示节点/支路 - Axes1：网络拓扑
- Axes2：电压柱状图
- Button："开始计算"
- 回调绑定（示例）
matlab
% 按钮回调
function calculateButtonPushed(app,event)
case = load(app.CaseFileEditField.Value); % case9
if app.AlgorithmDropDown.Value=="牛顿-拉夫逊"
[V,theta,iter,conv] = newton_pf(case);
else
[V,theta,iter,conv] = pq_pf(case);
end
app.ResultsTable.Data = [case.bus(:,1), abs(V), rad2deg(theta)];
plot(app.UIAxes,voltageBar(abs(V)));
app.StatusLabel.Text = sprintf('迭代 %d 次，收敛 %d',iter,conv);
end- 导出
.mlapp即可双击运行。
五、IEEE 9 节点算例（case9.m）
matlab
function case9
bus = [ ...
% Bus Vmag Pload Qload Pgen Qgen Type
1 1.0 0 0 0 0 3; % Slack
2 1.0 0 0 1.63 0 2; % PV
3 1.0 0 0 0.85 0 2;
4 1.0 0 0 0 0 1;
5 1.0 1.25 0.5 0 0 1;
6 1.0 0.9 0.3 0 0 1;
7 1.0 0 0 0 0 1;
8 1.0 1.0 0.35 0 0 1;
9 1.0 0 0 0 0 1];
branch = [ ...
% From To R X B/2
1 4 0 0.0576 0;
4 5 0.017 0.092 0;
5 6 0.039 0.17 0;
3 6 0 0.0586 0;
6 7 0.0119 0.1008 0;
7 8 0.0085 0.072 0;
8 2 0 0.0625 0;
8 9 0.032 0.161 0;
9 4 0.01 0.085 0];
baseMVA = 100;
caseData = struct('bus',bus,'branch',branch,'baseMVA',baseMVA);
save case9 caseData参考模型 基于电力系统潮流计算的matlabGUI www.youwenfan.com/contentcsf/23986.html