電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)—

1、2009-2010學(xué)年度下學(xué)期電力系統(tǒng)分析課程設(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)2010年 6 月 1 日目錄第1章 課程設(shè)計(jì)目的.2第2章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容.2第3章 課程設(shè)計(jì)原理.2第4章 選擇語(yǔ)言理由.3第5章 程序主框圖及主要數(shù)據(jù)變量說(shuō)明.5第6章 程序及說(shuō)明.9第7章 程序結(jié)果及分析.12第8章 參考文獻(xiàn).17第1章 課程設(shè)計(jì)目的根據(jù)所給的電力系統(tǒng)，編制短路電流計(jì)算程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)試，最后完成一個(gè)切實(shí)可行的電力系統(tǒng)計(jì)算應(yīng)用程序。通過(guò)自己設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)計(jì)算程序使同學(xué)們對(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。第2章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容電力系統(tǒng)故障的計(jì)算程序設(shè)計(jì)及

2、編制和調(diào)試。第3章 課程設(shè)計(jì)原理1計(jì)算機(jī)計(jì)算原理應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算，首先要掌握電力系統(tǒng)相應(yīng)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型；其次是運(yùn)用合理的計(jì)算方法；第三則是選擇合適的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編制計(jì)算程序。建立電力系統(tǒng)計(jì)算的相關(guān)數(shù)學(xué)模型，就是建立用于描述電力系統(tǒng)相應(yīng)計(jì)算的有關(guān)參數(shù)間的相互關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式。該數(shù)學(xué)模型的建立往往要突出問(wèn)題的主要方面，即考慮影響問(wèn)題的主要因素，而忽略一些次要因素，使數(shù)學(xué)模型既能正確地反映實(shí)際問(wèn)題，又使計(jì)算不過(guò)于復(fù)雜。運(yùn)用合理的計(jì)算方法，就是要求所選用的計(jì)算方法能快速準(zhǔn)確地得出正確結(jié)果，同時(shí)還應(yīng)要求在解算過(guò)程中占用內(nèi)存少，以利提高計(jì)算機(jī)的解題規(guī)模。選擇合適的語(yǔ)言編寫程序，就是首先確定用什么計(jì)

3、算機(jī)語(yǔ)言來(lái)編制程序；其次是作出計(jì)算的流程圖；第三根據(jù)流程圖用選擇的語(yǔ)言編寫計(jì)算程序。然后上機(jī)調(diào)試，直到語(yǔ)法上無(wú)錯(cuò)誤。所編制的程序難免存在邏輯錯(cuò)誤，因此先用一個(gè)已知結(jié)果的系統(tǒng)作為例題進(jìn)行計(jì)算。用程序計(jì)算的結(jié)果和已知結(jié)果相比較，如果結(jié)果相差甚遠(yuǎn)就要逐步分析程序的計(jì)算步驟，查出問(wèn)題的出處；如果結(jié)果比較接近，則逐步分析誤差來(lái)源；直到結(jié)果正確為止。最后將所編制出的正確計(jì)算程序，用于電力系統(tǒng)的實(shí)際計(jì)算。2電力系統(tǒng)短路計(jì)算計(jì)算機(jī)算法一般在電力系統(tǒng)短路計(jì)算中，多數(shù)情況下只要計(jì)算短路電流、電壓的周期分量起始值。因此，電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，可歸結(jié)為求解短路故障初始狀態(tài)下的等值電路穩(wěn)態(tài)解的問(wèn)題。對(duì)于三相對(duì)

4、稱短路，可建立一相等值電路的計(jì)算模型，對(duì)于不對(duì)稱短路，則可應(yīng)用對(duì)稱分量法建立系統(tǒng)的正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)，從而建立故障計(jì)算的序網(wǎng)模型。（1）對(duì)稱短路計(jì)算有關(guān)數(shù)學(xué)模型和原理框圖以及已知結(jié)果的例題，參見(jiàn)電力系統(tǒng)分析第六章。常用的計(jì)算方法為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法或節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣法，其形成方法分別參見(jiàn)電力系統(tǒng)分析第四章。（2）簡(jiǎn)單不對(duì)稱短路計(jì)算有關(guān)數(shù)學(xué)模型、原理框圖以及已知結(jié)果的例題參見(jiàn)電力系統(tǒng)分析第八章8-4節(jié)。第4章 選擇語(yǔ)言理由我們使用的是第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，它的優(yōu)點(diǎn)如下： 1）語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式自由，利用起豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜

5、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(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性?？梢哉f(shuō)，用MATLAB進(jìn)行科技開(kāi)發(fā)是站在專家的肩膀上。具有FORTRAN和C等高級(jí)語(yǔ)言知識(shí)的讀者可能已經(jīng)注意到，如果用FORTRAN或C語(yǔ)言去編寫程序，尤其當(dāng)涉及矩陣運(yùn)算和畫圖時(shí)，編程會(huì)很麻煩。例如，如果用戶想求解一個(gè)線性代數(shù)方程，就得編寫一個(gè)程序塊讀入數(shù)據(jù)，然后再使用一種求解線性方程的算法（例如追趕法）編寫一個(gè)程序塊來(lái)求解方程，最后再輸出計(jì)算結(jié)果。在求解過(guò)程中，最麻煩的要算第二部分。解線性方程的麻煩在于要對(duì)矩陣的元素作循環(huán)，選擇穩(wěn)定的算法以及代碼的調(diào)試動(dòng)不容易。即使有部分源代碼，用戶也會(huì)感

6、到麻煩，且不能保證運(yùn)算的穩(wěn)定性。解線性方程的程序用FORTRAN和C這樣的高級(jí)語(yǔ)言編寫，至少需要四百多行，調(diào)試這種幾百行的計(jì)算程序可以說(shuō)很困難。以下用MATLAB編寫以上兩個(gè)小程序的具體過(guò)程。MATLAB求解下列方程，并求解矩陣A的特征值。Ax=b,其中：A= 32 13 45 67 23 79 85 12 43 23 54 65 98 34 71 35b= 1 2 3 4解為：x=Ab;設(shè)A的特征值組成的向量e，e=eig（A）?？梢?jiàn)，MATLAB的程序極其簡(jiǎn)短。更為難能可貴的是，MATLAB甚至具有一定的智能水平，比如上面的解方程，MATLAB會(huì)根據(jù)矩陣的特性選擇方程的求解方法，所以用戶根

7、本不用懷疑MATLAB的準(zhǔn)確性。2）運(yùn)算符豐富。由于MATLAB是用C語(yǔ)言編寫的，MATLAB提供了和C語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用MATLAB的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短。3）MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語(yǔ)句和if語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?）程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無(wú)需對(duì)矩陣預(yù)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(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。6）MATLAB的圖形功能強(qiáng)大。在FORTRAN和C語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。MATLA

8、B還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。7）MATLAB的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)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(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。8）功能強(qiáng)大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含兩個(gè)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(gè)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(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如control,toolbox,signl proceessing too

9、lbox,commumnication toolbox等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無(wú)需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高，精，尖的研究。9）源程序的開(kāi)放性。開(kāi)放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點(diǎn)。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(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。第5章 程序主框圖及主要數(shù)據(jù)變量說(shuō)明1.電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)方程的建立等值電路的制定發(fā) 電 機(jī)：電勢(shì)源支路 電流源支路（含同步調(diào)相機(jī)）輸電線路：PI型等值電路，R、X、B變 壓 器： 一般負(fù)荷：恒定阻抗，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷：電勢(shì)源支路 電流

10、源支路（同步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、以電動(dòng)機(jī)為主的綜合負(fù)荷，起始次暫態(tài)電流計(jì)算）2.利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流基本原理3利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流近似計(jì)算方法4利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流計(jì)算流程圖用例6-3的數(shù)據(jù)，線路的電阻和電容略去不計(jì)，電壓器的標(biāo)么變比等于參數(shù)：z12=J0.105, z45=J0.184,z24=J0.08,z23=J0.065,z34=J0.05Y11=-J16.1905,Y12=J905238,Y21=J905238,Y22-J37.4084,Y23=J15.3846,Y24=J12.500,Y32=J15.3846,Y33=-J35.3846,Y34=J20.00

11、0,Y42=J15.5000,Y43=-J37.9348,Y45=J5.4348,Y54=J5.4348,Y55=-J9.9802 電路圖：流程圖： 輸入數(shù)據(jù)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣選擇故障點(diǎn)If輸入數(shù)據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣If列元素用公式（6-10）計(jì)算短路電流If If=1/（Zff+zf）z電流If用公式（6-11）計(jì)算各點(diǎn)電壓 Vi=1-Zif/( Zff+zf)用公式（6-9）計(jì)算指定支路的電路 Ipq=(Kvp-Vq)/zpq輸出結(jié)果Y=0 -16.1905i 0 + 9.5238i 0 0 0 0 + 9.5238i 0 -37.4084i 0 +15.3846i 0 +12.5000i 0

12、 0 0 +15.3846i 0 -35.3846i 0 +20.0000i 0 0 0 +12.5000i 0 +20.0000i 0 -37.9348i 0 + 5.4348i 0 0 0 0 + 5.4348i 0 - 9.9802i 采用4-3節(jié)的方法Z=0 + 0.1181i 0 + 0.0958i 0 + 0.0902i 0 + 0.0858i 0 + 0.0467i 0 + 0.0958i 0 + 0.1629i 0 + 0.1533i 0 + 0.1459i 0 + 0.0794i 0 + 0.0902i 0 + 0.1533i 0 + 0.1860i 0 + 0.1611i

13、0 + 0.0877i 0 + 0.0858i 0 + 0.1459i 0 + 0.1611i 0 + 0.1729i 0 + 0.0941i 0 + 0.0467i 0 + 0.0794i 0 + 0.0877i 0 + 0.0941i 0 + 0.1515i 計(jì)算電流及網(wǎng)絡(luò)中的電流分布If=Vi/Zii=1/Zii V1=V2=V3=V4=V5=1 (注意：Vi=0)V1=V1-Z1i*IfV2=V2-Z2i*IfV3=V3-Z3i*IfV4=V4-Z4i*IfV5=V5-Z5i*IfI54=(V5-V4)/z45I43=(V4-V3)/z43I23=(V2-V3)/z23I12=(V1-

14、V2)/z12I24=(V2-V4)/z42第6章 程序及說(shuō)明 程序如下：jd=input('please input jd=');if jd=1Y=-16.1905j, 9.5238j, 0, 0 , 0; 9.5238j, 37.4084j, 15.3846j, 12.5000j, 0; 0, 15.3846j, -35.3846j, 20.000j, 0; 0, 12.5000j, 20.000j, -37.9348j, 5.4348j; 0,0,0,5.4348j,-9.9802jinv(Y)I=1/0.1181iV1=0V2=1-0.0958i*IV3=1-0.090

15、2i*IV4=1-0.0858i*IV5=1-0.0467i*II54=(V5-V4)/0.184iI43=(V4-V3)/0.05iI23=(V2-V3)/0.065iI12=(V1-V2)/0.105iI24=(V2-V4)/0.08ielseif jd=2Y=-16.1905j, 9.5238j, 0, 0 , 0; 9.5238j, 37.4084j, 15.3846j, 12.5000j, 0; 0, 15.3846j, -35.3846j, 20.000j, 0; 0, 12.5000j, 20.000j, -37.9348j, 5.4348j; 0,0,0,5.4348j,-9.

16、9802jinv(Y)I=1/0.1629iV1=1-0.0958i*IV2=0V3=1-0.1533i*IV4=1-0.1459i*IV5=1-0.0794i*II54=(V5-V4)/0.184iI43=(V4-V3)/0.05iI23=(V2-V3)/0.065iI12=(V1-V2)/0.105iI24=(V2-V4)/0.08ielseif jd=3Y=-16.1905j, 9.5238j, 0, 0 , 0; 9.5238j, 37.4084j, 15.3846j, 12.5000j, 0; 0, 15.3846j, -35.3846j, 20.000j, 0; 0, 12.500

17、0j, 20.000j, -37.9348j, 5.4348j; 0,0,0,5.4348j,-9.9802jinv(Y)I=1/0.1860iV1=1-0.0902i*IV2=1-0.1533i*IV3=0V4=1-0.1611i*IV5=1-0.0877i*II54=(V5-V4)/0.184iI43=(V4-V3)/0.05iI23=(V2-V3)/0.065iI12=(V1-V2)/0.105iI24=(V2-V4)/0.08ielseif jd=4Y=-16.1905j, 9.5238j, 0, 0 , 0; 9.5238j, 37.4084j, 15.3846j, 12.5000j

18、, 0; 0, 15.3846j, -35.3846j, 20.000j, 0; 0, 12.5000j, 20.000j, -37.9348j, 5.4348j; 0,0,0,5.4348j,-9.9802jinv(Y)I=1/0.1729iV1=1-0.0858i*IV2=1-0.1459i*IV3=1-0.1611i*IV4=0V5=1-0.0941i*II54=(V5-V4)/0.184iI43=(V4-V3)/0.05iI23=(V2-V3)/0.065iI12=(V1-V2)/0.105iI24=(V2-V4)/0.08ielseif jd=5Y=-16.1905j, 9.5238

19、j, 0, 0 , 0; 9.5238j, 37.4084j, 15.3846j, 12.5000j, 0; 0, 15.3846j, -35.3846j, 20.000j, 0; 0, 12.5000j, 20.000j, -37.9348j, 5.4348j; 0,0,0,5.4348j,-9.9802jinv(Y)I=1/0.1515iV1=1-0.0467i*IV2=1-0.0794i*IV3=1-0.0877i*IV4=1-0.0941i*IV5=0I54=(V5-V4)/0.184iI43=(V4-V3)/0.05iI23=(V2-V3)/0.065iI12=(V1-V2)/0.1

20、05iI24=(V2-V4)/0.08i else c=errorEnd第7章 程序結(jié)果及分析節(jié)點(diǎn)1：please input jd=1 y11 =0 -16.1905i y12 =0 + 9.5238i y13 = 0y14 = 0y15 =0y21 =0 + 9.5238iy22 =0 -37.4084iy23 =0 +15.3846iy24 =0 +12.5000iy25 =0y31 =0y32 =0 +15.3846iy33 =0 -35.3846iy34 =0 +20.0000iy35 =0y41 =0y42 =0 +12.5000iy43 =0 +20.0000iy44 =0 -3

21、7.9348iy45 =0 + 5.4348iy51 =0y52 =0y53 =0y54 =0 + 5.4348iy55 =0 - 9.9802iy0 = Columns 1 through5 0 -16.1905i 0 + 9.5238i 0 0 0 0 + 9.5238i 0 -37.4084i 0 +15.3846i 0 +12.5000i 0 0 0 +15.3846i 0 -35.3846i 0 +20.0000i 0 0 0 +12.5000i 0 +20.0000i 0 -37.9348i 0 + 5.4348i 0 0 0 0 + 5.4348i 0 - 9.9802ians

22、=Columns 1 through 4 0 + 0.1181i 0 + 0.0958i 0 + 0.0902i 0 + 0.0858i 0 + 0.0958i 0 + 0.1629i 0 + 0.1533i 0 + 0.1459i 0 + 0.0902i 0 + 0.1533i 0 + 0.1860i 0 + 0.1611i 0 + 0.0858i 0 + 0.1459i 0 + 0.1611i 0 + 0.1729i 0 + 0.0467i 0 + 0.0794i 0 + 0.0877i 0 + 0.0941iColumn 5 0 + 0.0467i 0 + 0.0794i 0 + 0.0877i 0 + 0.0941i 0 + 0.1515ii =0 - 8.4674iv1 =0v2 =0.1888v3 =0.2362v4 =0.2735v5 =0.6046i54 =0 - 1.7993ii43 =0 - 0.7451ii23 =0 + 0.7295ii