2013級(jí)電力系統(tǒng)分析報(bào)告課程設(shè)計(jì)

1、2015-2016學(xué)年第二學(xué)期課程設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì)姓 名學(xué) 號(hào)班 級(jí)指導(dǎo)教師word目錄一、課程設(shè)計(jì)說明 3二、選擇所用計(jì)算機(jī)語言的理由 3三、程序主框圖、子框圖與主要數(shù)據(jù)變量說明 4四、關(guān)鍵程序與程序注釋 7五、算例的接線圖和輸入?yún)?shù)以與輸出計(jì)算結(jié)果與分析9六、設(shè)計(jì)體會(huì) 12七、參考資料 12八、附錄主程序與其注釋 13電分課設(shè)報(bào)告一、課程設(shè)計(jì)說明根據(jù)所給的電力系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并開發(fā)一個(gè)電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算程序，并用算 例驗(yàn)證其正確性。通過本課程設(shè)計(jì)，深刻理解電力系統(tǒng)短路計(jì)算的根本原理和方 法鞏固店里系統(tǒng)分析課程知識(shí)，培養(yǎng)綜合應(yīng)用應(yīng)用專業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)的能力。所謂短路，是指電

2、力系統(tǒng)正常運(yùn)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(yùn)行時(shí)，除中性點(diǎn)外，相與相或相與地之間是絕緣的。女口 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(duì)稱短路三相短路和不對(duì)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(jī)會(huì) 較少，但情況嚴(yán)重，又是研究其它短路的根底。所以我們先研究最簡(jiǎn)單的三相短 路電流的暫態(tài)變化規(guī)律。二、選擇所用計(jì)算機(jī)語言的理由我使用的是第四代計(jì)算機(jī)語言的 MATLAB利用其豐富的函數(shù)資源，它的優(yōu)點(diǎn) 如下：1） 語言簡(jiǎn)潔緊湊，語法限制不嚴(yán)，程序設(shè)計(jì)自由度大

3、，可移植性好。Matlab是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出和面向?qū)?象編程特點(diǎn)。Matlab以矩陣為根底，不需要預(yù)先定義變量和矩陣 （包括數(shù)組）的維 數(shù)，可以方便地進(jìn)展矩陣的算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等。而且Matlab有特殊矩陣專門的庫函數(shù)，可以高效地求解諸如信號(hào)處理、圖像處理、控制等問題。2）運(yùn)算符、庫函數(shù)豐富Matlab的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一 組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用 而定制的。3）MATLA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?/p>

4、程的特性。4）程序的可移植性很好，根本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng) 上運(yùn)行。5）圖形功能強(qiáng)大Matlab具有非常強(qiáng)大的以圖形化顯示矩陣和數(shù)組的能力，同時(shí) 它能給這些圖形增加注釋并且可以對(duì)圖形進(jìn)展標(biāo)注和打印。6）界面友好、編程效率高 Matlab程序書寫形式自由，被稱為“草稿式'語言，這是因?yàn)槠浜瘮?shù)名和表達(dá)更接近我們書寫計(jì)算公式的思維表達(dá)方式，編寫Matlab程序猶如在草稿紙上排列公式與求解問題，因此可以快速地驗(yàn)證工程技術(shù)人員的算法。7）源程序的開放性。開放性也許是MATLAB!受人們歡迎的特點(diǎn)。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有MATLA的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用

5、戶可通過對(duì)源文件的修改以與參加自己的文件構(gòu)成新的工具箱三、程序主框圖、子框圖與主要數(shù)據(jù)變量說明算法說明：利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流如下列圖，假定系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn) f經(jīng)過過渡阻抗發(fā) 生短路。對(duì)于正常狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)而言，發(fā)生短路相當(dāng)于在故障節(jié)點(diǎn) f增加了一個(gè)注 入電流 。因此，網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)i的電壓可表示為：V z ij I j Z if I fiij jif fj G由式可見，任一節(jié)點(diǎn)電壓i的電壓都由兩項(xiàng)疊加而成。第一項(xiàng)為哪一項(xiàng)當(dāng)時(shí)由網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電源在節(jié)點(diǎn)i產(chǎn)生的電壓，也就是短路前瞬間正常運(yùn)行狀態(tài)下的 節(jié)點(diǎn)電壓，記為 乂。第二項(xiàng)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有電流源都斷開，電勢(shì)源都短接時(shí)，僅fZf僅由短路電流在節(jié)點(diǎn)i產(chǎn)生

6、的電壓。這兩個(gè)分量的疊加，就等于發(fā)生短路后節(jié)點(diǎn)i的實(shí)際電壓，即公式二(0 )V iVi()Z if I f公式二也適用于故障節(jié)點(diǎn)f,于是有VfVf(0)Zff I fZff是故障節(jié)點(diǎn)f的自阻抗，也稱輸入阻抗。 方程式含有兩個(gè)未知量Vf,lf，根據(jù)故障的邊界條件:由以上兩個(gè)方程式解出：Vf(0)If Zff Zf而各節(jié)點(diǎn)初始電壓v)Zijijj GEZj求出I f后，節(jié)點(diǎn)i電壓ViVi(0)ZiflfViJvf(0)ZffZf為了得到準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)果，本程序計(jì)算過程中，使用準(zhǔn)確算法 任一支路的電流IkVpVq1 pq zpq對(duì)于非變壓器支路，令k=1即可。程序主框圖:程洋開始于動(dòng)輸人網(wǎng)緒衫數(shù)口動(dòng)導(dǎo)入

7、N簾參數(shù)IJil l?：；、冷 1 咕 門狐節(jié)點(diǎn)門程，宇結(jié)束保存結(jié)果 為i汨格式保存結(jié)果 Jcsvtfi 式其中計(jì)算模塊包含一個(gè)子流程圖:計(jì)時(shí)節(jié)點(diǎn)可始囚V(i )'¥(+? ()t j)訃說節(jié)氏昔陰中訊 V £務(wù)別訃忙対魁八與非封角元瓠趨沢応Si導(dǎo)刑、吐電廠訃口陽忙年降7=in*ft)il-WTi.毀曇后¥i)=V(i)-11 *?(i. f)主要數(shù)據(jù)變量說明：程序中：n節(jié)點(diǎn)數(shù)f短路節(jié)點(diǎn)序號(hào)z任意節(jié)點(diǎn)間阻抗矩陣g_z發(fā)電機(jī)電抗矩陣g s發(fā)電廠額定容量矩陣byq y雙繞組變壓器參數(shù)矩陣byqy3三繞組變壓器參數(shù)矩陣sz系統(tǒng)參數(shù)矩陣Z網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣丫網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

8、導(dǎo)納矩陣If短路點(diǎn)電流V網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓矩陣I網(wǎng)絡(luò)支路電流矩陣四、關(guān)鍵程序與程序注釋for i=1:n %以下生成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣for j=1: nif z(i,j)=O丫(i,i)=Y(i,i)+1/z(i,j);endendend%考慮發(fā)電機(jī)參數(shù)影響for pp=1:pi=gz(PP,1)；丫(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/gz(pp,2); end%考慮系統(tǒng)參數(shù)影響for ss=1:si=sz(ss,1);Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/sz(ss,2); endfor i=1: n %計(jì)算非對(duì)角線元素for j=i+1: nif z(i,j)=0 Y(i,j

9、)=0;else Y(i,j)=-1/z(i,j);endY(j,i)=Y(i,j);endend%考慮雙繞組變壓器參數(shù)影響for =1:q2i=byqy(,1);j=byqy(,2);,4)；,4)；,4)；Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy( 丫(j，j)=Y(j，j)+1/sqrt(-1)/byqy( Y(i,j)=Y(i,j)-1/sqrt(-1)/byqy(Y(j,i)=Y(i,j);end%考慮三繞組變壓器參數(shù)影響for 3=1:q3i=byqy3( 3,1);j=byqy3( 3,2);p=byqy3( 3,3);q=byqy3( 3,4);Y(i,i)=

10、Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy3(3,8);Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy3(3,9);丫(p,p)=Y(p,p)+1/sqrt(-1)/byqy3(3,10);3,10)/1i;Y(q,q)=Y(q,q)+(1/byqy3(3,8)+1/byqy3(3,9)+1/byqy3(Y(i,q)=Y(i,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(3,8);Y(j,q)=Y(j,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(3,9);Y(p,q)=Y(p,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(3,10);Y(q,i)=Y(i,q);Y(q,j)=Y(j,q);Y(q

11、,p)=Y(p,q);endZ=i nv(Y);%計(jì)算短路點(diǎn)電流lf=1/Z(f,f);%計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓 for i=1: nV(i)=1-If*Z(i,f);end for i=1: n %計(jì)算各支路電流for j=1: n l(i,j)=(V(i)-V(j)/z(i,j);endend五、輸入?yún)?shù)，以與輸出計(jì)算結(jié)果與分析算例接線圖泉坡線坪坪塹電站110kV母鐵O坪塹臨機(jī)1 輸入節(jié)點(diǎn)總數(shù)n=10短路點(diǎn)序號(hào)f=4發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)p=4 雙繞組變壓器數(shù)q2=2系統(tǒng)數(shù)s=1三繞組變壓器數(shù)q3=1線路數(shù)x=5具體參數(shù)輸入4 11.2 20 20 20.16 2 * 10 1,69節(jié)點(diǎn)聞?dòng)皿硐祲]診拙d 5.

12、49 5.0 386林1fi.iooaA0 40957 52 067 d 0 402*左電Krit1 o H M怙 $ 0 1B 1C Q 132.輸出數(shù)據(jù)與分析丫矩陣如下32.619048 -33.333333 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.000000-33.333333 28.797508 2.666667 1.869159 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.0000000.000000 2.666667 -2.666667 0.00

13、0000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.0000000.000000 1.869159 0.000000 -8.790706 6.921547 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 6.921547 -20.112996 6.736451 6.454998 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.736451 -98.981476 82.24502

14、5 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.454998 82.245025 -95.298337 6.598314 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.598314 -10.234677 1.8181821.8181820.000000 0.000000 0.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.818182 -2.6515150.000000Zif如

15、下0.5164260.5353590.5353590.1977080.1065250.0572510.0601760.0512920.035171各節(jié)點(diǎn)電壓為：U 1 = 0.316899U 2 = 0.331537U 3 = 0.331537U 4 = 0.070494U 5 = 0.000000U 6 = 0.462564U 7 = 0.435105U 8 = 0.518503U 9 = 0.669831各支路電流I為0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.00000

16、00.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -0.487930 0.000000 0.000000 0.000000 0.00000011 / 190.0000000.000000 0.000000 0.000000

17、0.487930 0.000000 3.116039 2.808605 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -3.116039 0.000000 -2.258322 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -2.808605 2.258322 0.000000 0.550282 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -0.550

18、282 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.0000000.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000000.000000實(shí)驗(yàn)的結(jié)果比擬理想，與實(shí)際所算出的結(jié)果只有微小的誤差，已經(jīng)足以忽略不計(jì)了六、設(shè)計(jì)體會(huì)通過對(duì)這次電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電力系統(tǒng)分析有進(jìn)一步理解，同時(shí)加強(qiáng) 計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力的訓(xùn)練。剛開始進(jìn)

19、展的時(shí)候，感覺到根本無從下手，難度有 點(diǎn)偏大，但是經(jīng)過教師和同學(xué)的指導(dǎo)，我從圖書館借來相關(guān)的參考書來進(jìn)展學(xué)習(xí)。 Matlab雖然之前做電機(jī)課設(shè)的時(shí)候接觸過，但是那次我用的是仿真功能，而這次 用的是編程功能，在經(jīng)過看書和實(shí)踐操作后，我從人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，到手動(dòng)輸入， 到丫陣的生成，在到保存文件為 TXT格式，每一步都要新的學(xué)習(xí)，每一步都是新 的嘗試。在后期的調(diào)試，將各個(gè)局部組成一個(gè)系統(tǒng)的程序，兼顧各個(gè)局部的兼容 性，可以說實(shí)在一次次的嘗試與失敗中走過來的。在最后終于成功的那一刻，感 覺之前的付出都是值得的。能夠完成這次課程設(shè)計(jì)離不開教師和同學(xué)的幫助，我 也會(huì)在以后的學(xué)習(xí)生活中更加努力。七、參考文獻(xiàn)

20、【1】電力系統(tǒng)分析上冊(cè)何仰贊 溫增銀，華中科技大學(xué)，2002【2】MATLAB GU設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)手冊(cè)羅華飛，航空航天大學(xué),2011【3】MATLAB 7.6從入門到精通 X琨 畢靖 叢濱，電子工業(yè),2009【4】精通MATLAB葛哲學(xué) ，電子工業(yè),2008八、附錄主程序與其注釋Sb=1OO;Vb=115;n=str2 nu m(get(ha ndles.jiedia n,'Stri ng'); f=str2 nu m(get(ha ndles.dua nludia n,'Stri ng'); p=str2 nu m(get(ha ndles.fdj,'Str

21、i ng'); q2=str2 nu m(get(ha ndles.byq2,'Stri ng'); s=str2 nu m(get(ha ndles.xt,'Stri ng'); q3=str2 nu m(get(ha ndles.byq3,'Stri ng'); x=str2 nu m(get(ha ndles.xl,'Stri ng');9手動(dòng)輸入F=zeros(10,10);F=str2 nu m(get(ha ndles.jdz,'Stri ng'); G=zeros(10,10);G=str2

22、nu m(get(ha ndles.fdj z, 'Stri ng'); H=zeros(10,10);H=str2 nu m(get(ha ndles.fdjs,'Stri ng');% I=zeros(10,10);% I=str2num(get(handles.fdjv,'String'); J=zeros(10,10);J=str2 nu m(get(ha ndles.byq2z,'Stri ng'); K=zeros(10,10);K=str2 nu m(get(ha ndles.byqz3,'Stri ng&#

23、39;);L=o nes(10,10);L=str2 nu m(get(ha ndles.xtz,'Stri ng'); global imagz;global z;global gz;global gs;global byqy;global byqy3;global sz;imagz=zeros( n,n); z=zeros( n,n);gz=zeros(p,2); gs=zeros(p,1);byqy=zeros(q2,4); byqy3=zeros(q3,10);sz=zeros(s,2);淋幺化線路阻抗for nn=1:xi=F( nn ,1);j=F( nn ,2);

24、imagz(i,j)=F( nn, 3)*F( nn, 4)*Sb/VbA2; imagz(j,i)=imagz(i,j);end z=sqrt(-1)*imagz;%標(biāo)幺化發(fā)電機(jī)參數(shù)for pp=1:pgz(pp,1)=G(pp,1);gz(pp,2)=G(pp,2)/H(pp,1)*Sb; end%標(biāo)幺化變壓器參數(shù)for =1:q2byqy( ,1)=J( ,1)；byqy( ,2)=J( ,2);byqy( ,4)=J( ,4)/100*Sb/J( ,3); endfor 3=1:q3byqy3( 3,1)=K( 3,1);byqy3( 3,2)=K( 3,2);byqy3( 3,3)=

25、K( 3,3);byqy3( 3,4)=K( 3,4);byqy3(3,8)=1/2*(K(3,8)+K(3,9)-K(3,10)/100*Sb/K(3,5);byqy3(3,9)=1/2*(K(3,8)+K(3,10)-K(3,9)/100*Sb/K(3,6);byqy3(3,10)=1/2*(K(3,10)+K( 3,9)-K( 3,8)/100*Sb/K(3,7);end%標(biāo)幺化系統(tǒng)阻抗for ss=1:s sz(ss,1)=L(ss,1); sz(ss,2)=Sb/L(ss,2);endY=zeros(n,n); % 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣V=zeros(n,1); % 節(jié)點(diǎn)電壓矩陣 I=zer

26、os( n,n); % 支路電流矩陣for i=1: n % 以下生成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣for j=1: n if z(i,j)=O丫(i,i)=Y(i,i)+1/z(i,j);endend end %考慮發(fā)電機(jī)參數(shù)影響for pp=1:pi=gz(PP,1)；丫(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/gz(pp,2); end %考慮系統(tǒng)參數(shù)影響for ss=1:si=sz(ss,1);Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/sz(ss,2); end for i=1: n % 計(jì)算非對(duì)角線元素for j=i+1: nif z(i,j)=0Y(i,j)=0;else Y(i,j)

27、=-1/z(i,j);endY(j,i)=Y(i,j);endend%考慮雙繞組變壓器參數(shù)影響for =1:q2i=byqy( ,1);j=byqy( ,2);Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy( ,4);Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy( ,4); 丫(i,j)=Y(i,j)-1/sqrt(-1)/byqy( ,4); Y(j,i)=Y(i,j);end %考慮三繞組變壓器參數(shù)影響for 3=1:q3i=byqy3( 3,1);j=byqy3( 3,2);p=byqy3( 3,3);q=byqy3( 3,4);Y(i,i)=Y(i,i)+1/

28、sqrt(-1)/byqy3( 3,8);Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy3( 3,9);丫(p,p)=Y(p,p)+1/sqrt(-1)/byqy3( 3,10);Y(q,q)=Y(q,q)+(1/byqy3( 3,8)+1/byqy3( 3,9)+1/byqy3( 3,10)/1i;Y(i,q)=Y(i,q)-1/sqrt(-1)/byqy3( 3,8);Y(j,q)=Y(j,q)-1/sqrt(-1)/byqy3( 3,9);Y(p,q)=Y(p,q)-1/sqrt(-1)/byqy3( 3,10);Y(q,i)=Y(i,q);Y(q,j)=Y(j,q);Y(q

29、,p)=Y(p,q);endZ=i nv(Y);%+算短路點(diǎn)電流lf=1/Z(f,f);%+算各節(jié)點(diǎn)電壓for i=1: nV(i)=1-If*Z(i,f);endfor i=1: n %計(jì)算各支路電流for j=1: n I(i,j)=(V(i)-V(j)/z(i,j);endend%全部求模，便于顯示Y=imag(Y);Z=imag(Z);lf=imag(lf);匸imag(l);%顯示電流、電壓等結(jié)果set(ha ndles.lf,'Stri ng', nu m2str(lf);set(ha ndles.dia nliu,'Data',l);set(ha

30、ndles.dia ny a,'Data',V);set(ha ndles.y,'Data',Y);set(ha ndles. z, 'Data',Z);n=str2 nu m(get(ha ndles.jiedia n,'Stri ng'); f=str2 nu m(get(ha ndles.dua nludia n,'Stri ng'); p=str2 nu m(get(ha ndles.fdj,'Stri ng');q=str2 nu m(get(ha ndles.byq2,'Stri

31、 ng');s=str2 nu m(get(ha ndles.xt,'Stri ng'); q3=str2 nu m(get(ha ndles.byq3,'Stri ng'); global imagz;global z;global gz;global gs;global gv;global byqy;global byqy3;global sz;ge=gz gs gv;If=str2 num(get(ha ndles.If,'Stri ng'); l=get(ha ndles.dia nliu,'Data');V=get(ha ndles.dia ny a,'Data');Y=get(ha ndles.y,'Data');Z=get(ha ndles. z, 'Data');fil