級(jí)電力系統(tǒng)分析課程設(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 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、子框圖及主要數(shù)據(jù)變量說明4四、關(guān)鍵程序及程序注釋7五、算例的接線圖和輸入?yún)?shù)以及輸出計(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（主程序及其注釋）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)算的基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，是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行

2、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。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(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基礎(chǔ)。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，可移植性好。Matlab是一

3、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)ο缶幊烫攸c(diǎn)。Matlab以矩陣為基礎(chǔ)，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)行矩陣的算術(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） 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?） 程序的可移植性很

4、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。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)行標(biāo)注和打印。6） 界面友好、編程效率高M(jìn)atlab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，用戶可通過對(duì)源文件的修改以及加入自己

5、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(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流如圖所示，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： 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)是當(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 。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)，僅僅由短路電流 在節(jié)點(diǎn)i產(chǎn)生的電壓。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，即公式二公式二也適用于故障節(jié)點(diǎn)f，于是有是故障節(jié)點(diǎn)f

6、的自阻抗，也稱輸入阻抗。方程式含有兩個(gè)未知量 ，根據(jù)故障的邊界條件：由以上兩個(gè)方程式解出：而各節(jié)點(diǎn)初始電壓 求出后，節(jié)點(diǎn)i電壓為了得到精確計(jì)算結(jié)果，本程序計(jì)算過程中，使用精確算法。 任一支路的電流 對(duì)于非變壓器支路，令k=1即可。程序主框圖：其中計(jì)算模塊包含一個(gè)子流程圖：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byqy 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Y 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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)鍵程序及程序注釋for

7、i=1:n %以下生成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 for j=1:n if z(i,j)=0 Y(i,i)=Y(i,i)+1/z(i,j); end endend %考慮發(fā)電機(jī)參數(shù)影響for pp=1:p i=gz(pp,1); Y(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:s i=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:n if z(i,j)=0 Y(i,j)=0; else Y(i,j)=-1/z(i,j); end Y(j,

8、i)=Y(i,j); endend %考慮雙繞組變壓器參數(shù)影響for qq=1:q2 i=byqy(qq,1); j=byqy(qq,2); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(i,j)=Y(i,j)-1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(j,i)=Y(i,j);end%考慮三繞組變壓器參數(shù)影響for qq3=1:q3 i=byqy3(qq3,1); j=byqy3(qq3,2); p=byqy3(qq3,3); q=byqy3(qq3,4); Y(i,i)=Y(i,

9、i)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,8); Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,9); Y(p,p)=Y(p,p)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,10); Y(q,q)=Y(q,q)+(1/byqy3(qq3,8)+1/byqy3(qq3,9)+1/byqy3(qq3,10)/1i; Y(i,q)=Y(i,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,8); Y(j,q)=Y(j,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,9); Y(p,q)=Y(p,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,10); Y(q,i)=Y(i

10、,q); Y(q,j)=Y(j,q); Y(q,p)=Y(p,q);endZ=inv(Y); %計(jì)算短路點(diǎn)電流If=1/Z(f,f); %計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓for i=1:n V(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五、輸入?yún)?shù)，以及輸出計(jì)算結(jié)果與分析算例接線圖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 2輸出數(shù)據(jù)及分析短路電流大?。篒f= -6.412600Y矩陣如下32.619048

11、 -33.333333 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -33.333333 28.797508 2.666667 1.869159 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 2.666667 -2.666667 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.869159 0.000000 -8.79

12、0706 6.921547 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.921547 -20.112996 6.736451 6.454998 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.736451 -98.981476 82.245025 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.454998 82.245025 -

13、95.298337 6.598314 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.598314 -10.234677 1.818182 1.818182 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.818182 -2.651515 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.818182 0.000000

14、 -2.651515Zif如下0.516426 0.535359 0.535359 0.197708 0.106525 0.057251 0.060176 0.051292 0.035171 0.035171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 = 0.669831U 10 = 0.669831各支路電流I為0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000

15、000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -0.487930 0.000000 0.000000 0.00000

16、0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.487930 0.000000 3.116039 2.808605 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -3.116039 0.000000 -2.258322 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -2.808605 2.258322 0.000000 0.550282 0.000000 0.000000 0.00000

17、0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -0.550282 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000實(shí)驗(yàn)的結(jié)果比較理想，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。

18、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)行的時(shí)候，感覺到根本無從下手，難度有點(diǎn)偏大，但是經(jīng)過老師和同學(xué)的指導(dǎo)，我從圖書館借來相關(guān)的參考書來進(jìn)行學(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Y(jié)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)部分組成一個(gè)系統(tǒng)的程序，兼顧各個(gè)部分的兼容性，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

19、值得的。能夠完成這次課程設(shè)計(jì)離不開老師和同學(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) 【1】電力系統(tǒng)分析（上冊(cè)） 何仰贊 溫增銀 ，華中科技大學(xué)出版社，2002【2】MATLAB GUI設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)手冊(cè) 羅華飛 ，北京航空航天大學(xué), 2011【3】MATLAB 7.6從入門到精通 張琨 畢靖 叢濱 ，電子工業(yè)出版社, 2009【4】精通MATLAB 葛哲學(xué) ，電子工業(yè)出版社, 2008八、附錄（主程序及其注釋）Sb=100;Vb=115;n=str2num(get(handles.jiedian,'String');f=str2num(get(handles.duan

20、ludian,'String');p=str2num(get(handles.fdj,'String');q2=str2num(get(handles.byq2,'String');s=str2num(get(handles.xt,'String');q3=str2num(get(handles.byq3,'String');x=str2num(get(handles.xl,'String');%手動(dòng)輸入F=zeros(10,10);F=str2num(get(handles.jdz,'St

21、ring');G=zeros(10,10);G=str2num(get(handles.fdjz,'String');H=zeros(10,10);H=str2num(get(handles.fdjs,'String');% I=zeros(10,10);% I=str2num(get(handles.fdjv,'String');J=zeros(10,10);J=str2num(get(handles.byq2z,'String');K=zeros(10,10);K=str2num(get(handles.byqz3,&

22、#39;String');L=ones(10,10);L=str2num(get(handles.xtz,'String');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);%標(biāo)幺化線路阻抗for nn=1:x i=F(nn,1); j=F(nn,2);

23、 imagz(i,j)=F(nn,3)*F(nn,4)*Sb/Vb2; imagz(j,i)=imagz(i,j);endz=sqrt(-1)*imagz;%標(biāo)幺化發(fā)電機(jī)參數(shù)for pp=1:p gz(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 qq=1:q2 byqy(qq,1)=J(qq,1); byqy(qq,2)=J(qq,2); byqy(qq,4)=J(qq,4)/100*Sb/J(qq,3);end%標(biāo)幺化三繞組變壓器參數(shù)for qq3=1:q3 byqy3(qq3,1)=K(qq3,1); byqy3(q

24、q3,2)=K(qq3,2); byqy3(qq3,3)=K(qq3,3); byqy3(qq3,4)=K(qq3,4); byqy3(qq3,8)=1/2*(K(qq3,8)+K(qq3,9)-K(qq3,10)/100*Sb/K(qq3,5); byqy3(qq3,9)=1/2*(K(qq3,8)+K(qq3,10)-K(qq3,9)/100*Sb/K(qq3,6); byqy3(qq3,10)=1/2*(K(qq3,10)+K(qq3,9)-K(qq3,8)/100*Sb/K(qq3,7);end%標(biāo)幺化系統(tǒng)阻抗for ss=1:s sz(ss,1)=L(ss,1); sz(ss,2)=

25、Sb/L(ss,2);end Y=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=zeros(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)=0 Y(i,i)=Y(i,i)+1/z(i,j); end endend %考慮發(fā)電機(jī)參數(shù)影響for pp=1:p i=gz(pp,1); Y(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:s i=sz(ss,1); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/sz(ss,2);end for

26、 i=1:n %計(jì)算非對(duì)角線元素 for j=i+1:n if z(i,j)=0 Y(i,j)=0; else Y(i,j)=-1/z(i,j); end Y(j,i)=Y(i,j); endend %考慮雙繞組變壓器參數(shù)影響for qq=1:q2 i=byqy(qq,1); j=byqy(qq,2); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(i,j)=Y(i,j)-1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(j,i)=Y(i,j);end%考慮三繞組變壓器參數(shù)影響for qq

27、3=1:q3 i=byqy3(qq3,1); j=byqy3(qq3,2); p=byqy3(qq3,3); q=byqy3(qq3,4); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,8); Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,9); Y(p,p)=Y(p,p)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,10); Y(q,q)=Y(q,q)+(1/byqy3(qq3,8)+1/byqy3(qq3,9)+1/byqy3(qq3,10)/1i; Y(i,q)=Y(i,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,8); Y(j,q)=

28、Y(j,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,9); Y(p,q)=Y(p,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,10); Y(q,i)=Y(i,q); Y(q,j)=Y(j,q); Y(q,p)=Y(p,q);endZ=inv(Y); %計(jì)算短路點(diǎn)電流If=1/Z(f,f); %計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓for i=1:n V(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);If=imag(If);I=imag(I

29、);%顯示電流、電壓等結(jié)果set(handles.If,'String',num2str(If); set(handles.dianliu,'Data',I);set(handles.dianya,'Data',V);set(handles.y,'Data',Y);set(handles.z,'Data',Z);n=str2num(get(handles.jiedian,'String');f=str2num(get(handles.duanludian,'String');p=st

30、r2num(get(handles.fdj,'String');q=str2num(get(handles.byq2,'String');s=str2num(get(handles.xt,'String');q3=str2num(get(handles.byq3,'String');global imagz;global z;global gz;global gs;global gv;global byqy;global byqy3;global sz;ge=gz gs gv;If=str2num(get(handles.If,'String'); I=get(handles.dianliu,'Data');V=get(handles.dianya,'Data');Y=get(handles.y,'Data');Z=get(handles.z,'Data');filename, pa