Matpower 4.1User’s ManualRay D. Zim

Matpower 4.1
User’s Manual


Ray D. Zimmerman Carlos E. Murillo-S´anchez

December 14, 2011





































© 2010, 2011 Power Systems Engineering Research Center (Pserc) All Rights Reserved



Contents

1 Introduction 7
1.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 License and Terms of Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Citing Matpower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 Getting Started 9
2.1 System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Running a Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.1 Preparing Case Input Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.2 Solving the Case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.3 Accessing the Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.4 Setting Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3 Modeling 16
3.1 Data Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3 Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.5 Shunt Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.6 Network Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.7 DC Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4 Power Flow 23
4.1 AC Power Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 DC Power Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.3 runpf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.4 Linear Shift Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5 Optimal Power Flow 29
5.1 Standard AC OPF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.2 Standard DC OPF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.3 Extended OPF Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.3.1 User-defined Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.3.2 User-defined Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.3.3 User-defined Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33



5.4 Standard Extensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.4.1 Piecewise Linear Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.4.2 Dispatchable Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.4.3 Generator Capability Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.4.4 Branch Angle Difference Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.5 Solvers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.6 runopf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6 Extending the OPF 43
6.1 Direct Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.2 Callback Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.2.1 ext2int Callback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.2.2 formulation Callback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.2.3 int2ext Callback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.2.4 printpf Callback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.2.5 savecase Callback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.3 Registering the Callbacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.5 Example Extensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.5.1 Fixed Zonal Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.5.2 Interface Flow Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.5.3 DC Transmission Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

7 Unit De-commitment Algorithm 62
8 Acknowledgments 63

Appendix A MIPS – Matlab Interior Point Solver 64
A.1 Example 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
A.2 Example 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
A.3 Quadratic Programming Solver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
A.4 Primal-Dual Interior Point Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
A.4.1 Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
A.4.2 Problem Formulation and Lagrangian . . . . . . . . . . . . . . 72
A.4.3 First Order Optimality Conditions . . . . . . . . . . . . . . . 73
A.4.4 Newton Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Appendix B Data File Format 76



Appendix C Matpower Options 82

Appendix D Matpower Files and Functions 91
D.1 Documentation Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
D.2 Matpower Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
D.3 Example Matpower Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
D.4 Automated Test Suite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Appendix E Extras Directory 101

Appendix F “Smart Market” Code 102
F.1 Handling Supply Shortfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
F.2 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
F.3 Smartmarket Files and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Appendix G Optional Packages 109
G.1 BPMPD MEX – MEX interface for BPMPD . . . . . . . . . . . . . . 109
G.2 CPLEX – High-performance LP and QP Solvers . . . . . . . . . . . . 109
G.3 Gurobi – High-performance LP and QP Solvers . . . . . . . . . . . . 110
G.4 Ipopt – Interior Point Optimizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
G.5 KNITRO – Non-Linear Programming Solver . . . . . . . . . . . . . . 111
G.6 MINOPF – AC OPF Solver Based on MINOS . . . . . . . . . . . . . 112
G.7 MOSEK – High-performance LP and QP Solvers . . . . . . . . . . . 112
G.8 TSPOPF – Three AC OPF Solvers by H. Wang . . . . . . . . . . . . 113

References 114



List of Figures

3-1 Branch Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5-1 Relationship of wi to ri for di = 1 (linear option) . . . . . . . . . . . . 32
5-2 Relationship of wi to ri for di = 2 (quadratic option) . . . . . . . . . 33
5-3 Constrained Cost Variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5-4 Marginal Benefit or Bid Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5-5 Total Cost Function for Negative Injection . . . . . . . . . . . . . . . 36
5-6 Generator P -Q Capability Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6-1 Adding Constraints Across Subsets of Variables . . . . . . . . . . . . 48
6-2 DC Line Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6-3 Equivalent “Dummy” Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60


List of Tables

4-1 Power Flow Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4-2 Power Flow Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4-3 Power Flow Output Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5-1 Optimal Power Flow Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5-2 Optimal Power Flow Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5-3 OPF Output Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6-1 Names Used by Implementation of OPF with Reserves . . . . . . . . 46
6-2 Results for User-Defined Variables, Constraints and Costs . . . . . . . 50
6-3 Callback Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6-4 Input Data Structures for Interface Flow Limits . . . . . . . . . . . . 59
6-5 Output Data Structures for Interface Flow Limits . . . . . . . . . . . 59
A-1 Input Arguments for mips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
A-2 Output Arguments for mips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
B-1 Bus Data (mpc.bus) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
B-2 Generator Data (mpc.gen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
B-3 Branch Data (mpc.branch) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
B-4 Generator Cost Data (mpc.gencost) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
B-5 DC Line Data (mpc.dcline) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
C-1 Power Flow Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
C-2 General OPF Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Kết quả (Trung) 1:

Matpower 4.1
用户手册


雷 D.齐默曼卡洛斯 E.穆里略-S´anchez

2011 年 12 月 14 日


© 2010、 2011年电力系统工程研究中心 (Pserc) 版权所有



内容

1 介绍 7
1.1 背景全力7
1.2 许可证和使用条款......... . . . .7
1.3 援引 Matpower 盖印章8

2 入门 9
2.1 系统要求......9
2.2 Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.3 运行模拟......10
2.3.1 准备情况输入数据.... . . . . . . . . . . . . . . . .11
2.3.2 次破案11
2.3.3 访问油污的结果.12
..........................2.3.4 设置选项13
2.4 文档.........13

3 建模 16
3.1 数据格式....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
3.2 Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
3.3 Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3.4 Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3.5 分流元素.........18
3。6 网络方程盖印章19
3.7 DC Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4 电源流 23
4.1 交流功率流.........23
4.2 DC Power Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..25
4.3 runpf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .25
盖印章 4.4 线性移位因素27

5 最优潮流 29
潮流盖印章 5.1 标准交流29
5.2 标准直流 OPF 盖印章30
5.3 扩展潮流制定 .31
5.3。1 用户定义成本景气31
5.3.2 用户定义的约束噶33
5.3.3 用户定义的变量....33



5.4 标准扩展......34
5.4.1 分段线性成本....34
5.4。2 调度负荷景气35
5.4.3 发电机性能曲线........37
5.4.4 分支角差限制了载明38
5.5 Solvers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
5.6 runopf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

6 扩大 43 OPF
6.1 盖印章直接规范43
盖印章 6.2 回调函数44
6.2.1 ext2int 回调次45
6.2.2 制订回调 47
6.2.3 载明 int2ext 回调. . . . . . . .49
6.2.4 printpf 回调次51
6.2.5 savecase 回调景气54
6.3 注册的回调次56
6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
6.5 示例扩展......... . . . . . . .57
6.5.1  固定纬向储备.57
6.5.2 接口数据流限制.....58
 6.5.3 直流输电线路59

7 单位消除承诺算法 62
8 确认 63

附录 MIPS — — Matlab 内点规划求解 64
A.1 示例 1 项目合作方式. . . . . . . . . . . . . . . . . .67
A.2 Example 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
A.3 二次规划求解工具噶70
A.4 原对偶内点算法通用71
A.4.1 Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..71
A.4。2 问题制定和拉格朗日历史性72
A.4.3 第一阶最优性条件项目合作方式73
A.4.4 Newton Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

附录 B 数据文件格式 76



附录 C Matpower 选项 82

附录 D Matpower 文件和....................函数 91
D.1 文档文件. . . . . . ...........................91
D.2 Matpower 函数91
D.3 示例 Matpower 案件 .97
D.4 自动测试套件..........................98

附录 E 临时演员目录 101

附录 F"智能市场"代码 102
F.1 处理供应短缺 ..104
F.2 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
F.3 Smartmarket 文件和....................的功能108

附录 G 可选包 109
G.1 BPMPD MEX — — 墨西哥的接口 BPMPD 采矿109
G.2 CPLEX — — 高性能 LP 和 QP 求解器当涂经济开发区。109
G。3 Gurobi — — 高性能 LP 和 QP 求解器当涂经济开发区。110
G.4 Ipopt — —....................点优化内部程序111
G.5 KNITRO — — 采矿非线性规划求解工具111
G.6 MINOPF — — 交流潮流规划求解群体基于米诺斯112
G.7 MOSEK — — 高性能 LP 和 QP 求解器歪歪112
G。8 TSPOPF — — 三个交流最优潮流求解器由 H.王当涂经济开发区。113

引用 114



的数字列表

3-1 分支模型管线17
5-1 关系到 ri di 为无线的年月 = 1 （线性选项）32
无线到 ri di 为 5 2 关系 = 2 （二次选项）.........33
5 3 约束成本的变量........ . . . . . . . . . . . . . . . .34
5 4 边际效益或投标函数....................36
5 5 总成本函数的消极注射项目合作方式36
5-6 发电机 P-Q 能力曲线....................37
6-1 年月跨的变量子集添加约束48
6 2 直流线路模型当涂经济开发区。. . . . . . . . . . . . . . . . . .60
6 3 等效"虚拟"发电机....................60


的表的列表

4-1 电源流结果盖印章26
4 2 电源流选项......26
4 3 功率流输出选项.....27
5-1 最优功率流结果.....40
5-2 优化电源流选项....41
5 3 OPF 输出选项......42
6-1 名称使用的执行情况与外汇储备的最优潮流........46
6 2 结果为用户定义的变量、 约束条件和费用......8036-3 的回调函数盖印章57
6 4 输入的数据结构的接口流量限制当涂经济开发区。59
6-5 输出数据结构为接口流量限制歪歪59
A-1 的输入参数的 mips 景气65
A-2 输出参数的 mips .66
B-1 Bus Data (mpc.bus) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
B-2 号发电机组的数据 (mpc.gen) 景气78
B-3 分支数据 (mpc.branch) 景气79
B-4 发电机的成本数据 （mpc.gencost）........80
B-5 直流线数据 (mpc.dcline).....81
C-1 电源流选项......83
C-2 一般 OPF..........................选项543

Kết quả (Trung) 3:

MATPOWER 4.1
用户手册


射线D.齐默尔曼卡洛斯E. murillo-s´anchez

2011年12月14日





































©2010，2011的电力系统工程研究中心（pserc）保留所有权利



内容

1引言7
1.1背景。..............................7
。1.2的使用许可证条款。..................。....7
MATPOWER 1.3引用。..........................8
。
2入门9
2.1体系的要求。..........................9
2.2安装。..............................9
2.3运行仿真。..........................10
2.3.1准备情况输入数据。..。................11
2.3.2破案。........................11
2.3.3访问结果。......................12
2.3.4设置选项。........................13
2.4文档。............................13

建模3。16
3.1数据格式。....。........................16
3.2支。................................16
3.3发电机。................................18
3.4担。..................................18
3.5并联元件。............................18 3。6网络方程。..........................19
3.7直流建模。..............................19

4功率流23
4.1 AC功率流。............................23
4.2直流潮流。............................4.3。25
鲁姆夫。....................。。............25
4.4线性移位因子。..........................5。27

最优潮流29
5.1标准的交流OPF。..........................29
5.2标准直流最优潮流。..........................30
5.3扩展最优潮流模型。......................31 5.3。1个用户定义的成本。......................31
5.3.2用户定义的约束。....................33
5.3.3用户定义的变量。....................33
。


5.4标准的扩展。..........................34
5.4.1分段线性成本。....................34 5.4。2调遣负载。......................35
5.4.3发电机能力的曲线。..................37
5.4.4分支角的差异限制。................38
5.5者。..................................38
5.6 runopf。..................................39。6延伸的OPF 43
6.1直接规范。..........................43
6.2的回调函数。..........................44
6.2.1 ext2int回调。........................45
6.2.2配方回调。....................47
6.2.3 int2ext回调。................。......49
6.2.4 printpf回调。........................51
6.2.5 savecase回调。......................54
6.3注册回调。........................56
6.4总结。................................6.5例57
扩展。..................。......57
6.5.1固定分区储备。......................57
6.5.2接口流量限制。......................58
6.5.3直流输电线路。....................59
。
7单位承诺算法62
8致谢63

附录MIPS–MATLAB的内点解算器64
A.1示例1。..............。................67例2
A.2。................................68
A.3的二次规划求解。....................70
A.4原-对偶内点算法。................71
A.4.1符号。............................71
A.4。2问题的提出和拉格朗日。............72
。a.4.3一阶最优性条件。..............73
A.4.4牛顿步。..........................73

附录B的数据文件格式76



附录C MATPOWER选项82

附录D MATPOWER文件和函数91
D.1文档文件。..................。。......91
D.2 MATPOWER功能。........................91例
D.3 MATPOWER例。......................97
4自动化测试套件。........................98
。
附录E附加目录101

附录F“聪明”的市场供应短缺
中处理代码102。....................。。104
F 2例。................................104μF的。
smartmarket文件和函数。..................108附录G。

可选包109
1 bpmpd墨西哥–Mex接口的bpmpd。............109
CPLEX。G。–高性能的LP和QP求解器。..........109
G3 gurobi–高性能的LP和QP求解器。..........。110
g.4 IPOPT–内点算法。..................111
。g.5 knitro–非线性规划求解。............111
。g.6 minopf–交流最优潮流求解基于米诺斯。............112
g.7 MOSEK–高性能的LP和QP求解器。..........112
G.8 tspopf–三AC OPF求解由H.王。..........113

参考。114



数字表3-1

分支模型。..............................WI RI DI = 1 17
5-1关系（线性选项）。..........。WI RI DI = 2 32
5-2关系（二次选项）。........33
5-3成本约束变量。......。................34
5-4边际效益或出价函数。..................
5-5。36的总成本函数为负的注射。..............36
5-6发生器P - Q性能曲线。..................37
6-1。添加的子集之间的变量约束。..........48
6-2直流线路模型。..........。。................60
6-3。相当于“虚拟”发电机。..................60
。

表列表

4-1潮流结果。..........................26
4-2潮流的选择。..........................26
4-3功率流输出选项。......................27。5-1最优潮流计算结果。......................40
5-2最优潮流的选择。....................41
5-3 OPF输出选项。..........................42名
6-1的OPF储备实现。......46
6-2。结果为用户定义的变量，约束和成本。......50。6-3的回调函数。..........................57
6-4。输入数据结构的接口流量限制。..........。59
6-5输出数据结构的接口流量限制。..........59
A-1的输入参数的MIPS。......................65 A-2输出参数。
MIPS。......................66。B总线数据（MPC。总线）。..........................。77
B-2发电机数据（MPC。创）。......................。78
B-3分数据（MPC。分）。......................79
B-4。发电机的成本数据（MPC。gencost）。..................80
B-5直流线路数据（MPC。却出现）。......................81
C-1潮流选项。..........................83
C-2一般OPF选项。........................84。