華中科技大學電氣級電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計

1（僅供參考學習之用，請勿抄襲）此為 16 開的紙張，打印的時候直接縮放到 A4 規(guī)格，不需要重新排版。2011-2012 第二學期課程設(shè)計電力系統(tǒng)短路故障的計算機算法程序設(shè)計姓 名 學 號 班 級 電氣 09xx 班指導教師 王丹老師 2目錄一、課程設(shè)計說明3二、選擇所用計算機語言的理由3三、程序主框圖、子框圖及主要數(shù)據(jù)變量說明4四、三道計算題及網(wǎng)絡(luò)圖8五、設(shè)計體會15六、參考文獻16七、附錄（主程序及其注釋）173電分課設(shè)報告一、課程設(shè)計說明根據(jù)所給的電力系統(tǒng)，編制短路電流計算程序，通過計算機進行調(diào)試，最后完成一個切實可行的電力系統(tǒng)計算應用程序。通過自己設(shè)計電力系統(tǒng)計算程序使同學對電力系統(tǒng)分析有進一步理解，同時加強計算機實際應用能力的訓練。所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地之間的“短接” 。在電力系統(tǒng)正常運行時，除中性點外，相與相或相與地之間是絕緣的。如果由于某種原因使其絕緣破壞而構(gòu)成了通路，我們就稱電力系統(tǒng)是發(fā)生了短路故障。在三相系統(tǒng)中，短路故障可分為兩大類：即對稱短路（三相短路）和不對稱短路（兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路） 。其中三相短路雖然發(fā)生的機會較少，但情況嚴重，又是研究其它短路的基礎(chǔ)。所以我們先研究最簡單的三相短路電流的暫態(tài)變化規(guī)律。二、選擇所用計算機語言的理由我使用的是第四代計算機語言的 MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，它的優(yōu)點如下： 1）語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。MATLAB 程序書寫形式自由，利用起豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必擔心函數(shù)的可靠性?？梢哉f，用 MATLAB 進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。2）運算符豐富。由于 MATLAB 是用 C 語言編寫的，MATLAB 提供了和 C 語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用 MATLAB 的運算符將使程序變得極為簡短。3）MATLAB 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如 for 循環(huán)，while 循環(huán)，break 語句和if 語句） ，又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?）程序限制不嚴格，程序設(shè)計自由度大。例如，在 MATLAB 里，用戶無需對矩陣預定義就可使用。5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。6）MATLAB 的圖形功能強大。在 FORTRAN 和 C 語言里，繪圖都很不容易，但在4MATLAB 里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。MATLAB 還具有較強的編輯圖形界面的能力。7）MATLAB 的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB 的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。8）功能強大的工具箱是 MATLAB 的另一特色。MATLAB 包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱用于多種學科。而學科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox 等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進行高，精，尖的研究。9）源程序的開放性。開放性也許是 MATLAB 最受人們歡迎的特點。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。三、程序主框圖、子框圖及主要數(shù)據(jù)變量說明算法說明：利用節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流如圖所示，假定系統(tǒng)中的節(jié)點 f 經(jīng)過過渡阻抗發(fā)生短路。對于正常狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)而言，發(fā)生短路相當于在故障節(jié)點 f 增加了一個注入電流 。因此，網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點 i 的電壓可表示為： 由式可見，任一節(jié)點電壓 i 的電壓都由兩項疊加而成。第一項是當 時由網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電源在節(jié)點 i 產(chǎn)生的電壓，也就是短路前瞬間正常運行狀態(tài)下的節(jié)點電壓，記為 。第二項是當網(wǎng)絡(luò)中所有電流源都斷開，電勢源都短接時，僅僅由短路電流 在節(jié)點 i 產(chǎn)生的電壓。這兩個分量的疊加，就等于發(fā)生短路后節(jié)點 i 的實際電壓，即公式二Gj fifjii IZIV)0(ifI fifii IZV)0(fI5公式二也適用于故障節(jié)點 f，于是有是故障節(jié)點 f 的自阻抗，也稱輸入阻抗。方程式含有兩個未知量 ，根據(jù)故障的邊界條件：由以上兩個方程式解出：而各節(jié)點初始電壓 Gjjijiji zEZIV)0(求出 后，節(jié)點 i 電壓fI )0()0()0( fffififiii VzZVIZV為了得到精確計算結(jié)果，本程序計算過程中，使用精確算法。任一支路的電流pqpqzVkI對于非變壓器支路，令 k=1 即可。fz f fI fz f 有 源 網(wǎng) 絡(luò) ZN fI fV (0)fV fZ ffff IZV)0(fZf,ffIffffI)0(6程序主框圖：7其中計算模塊包含一個子流程圖：主要數(shù)據(jù)變量說明：程序中：n 節(jié)點數(shù)f 短路節(jié)點序號z 任意節(jié)點間阻抗矩陣g_z 發(fā)電廠阻抗矩陣g_v 發(fā)電廠電壓矩陣louy 網(wǎng)絡(luò)漏抗導納矩陣Z 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點阻抗矩陣Y 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點導納矩陣If 短路點電流V 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓矩陣I 網(wǎng)絡(luò)支路電流矩陣A 文件導入時存入的矩陣名稱p 發(fā)電機阻抗矩陣存放在 A 中的行序號，所以 p-1 就是發(fā)電機臺數(shù)Q 漏抗導納矩陣存放在 A 中的行序號，所以 q-1 就是漏抗數(shù)8四、三道計算題及網(wǎng)絡(luò)圖例題 6-3其中 3 號節(jié)點發(fā)生三相短路。輸入數(shù)據(jù)及說明：節(jié)點總數(shù) n=5短路節(jié)點序號 f=3輸入節(jié)點間阻抗矩陣z= j*發(fā)電機阻抗矩陣（第一列是發(fā)電廠節(jié)點序號，第二列是發(fā)電廠阻抗，第三列為發(fā)電廠電壓）g_z=Inf 0.1050 Inf Inf Inf0.1050 Inf 0.0650 0.0800 InfInf 0.0650 Inf 0.0500 InfInf 0.0800 0.0500 Inf 0.1840Inf Inf Inf 0.1840 Inf1 0.1500 15 0.2200 19輸出數(shù)據(jù)及說明：短路點電流 -5.3767fI各支路電流矩陣I= j*各節(jié)點電壓矩陣V=節(jié)點導納矩陣Y= j*節(jié)點阻抗矩陣Z= j* 0 3.2321 0 0 0-3.2321 0 2.7046 0.5275 00 -2.7046 0 -2.6720 00 -0.5275 2.6720 0 -2.14450 0 0 2.1445 00.51520.175800.13360.5282-16.1905 9.5238 0 0 09.5238 -37.4084 15.3846 12.5000 00 15.3846 -35.3846 20 00 12.5000 20 -37.9348 5.43480 0 0 5.4348 -9.98020.1181 0.0958 0.0902 0.0858 0.04670.0958 0.1629 0.1533 0.1