電力系統(tǒng)分析 試驗報告 南昌大學

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電力系統(tǒng)分析試驗報告南昌大學

實試驗課程：學生姓名：學號：專業(yè)班級：指導老師：

驗報告

電力系統(tǒng)分析李瑞欣

2023年12月日

電力系統(tǒng)分析試驗報告南昌大學

南昌大學試驗報告

學生姓名：李瑞欣學號：610113078專業(yè)班級：電氣132試驗類型：□驗證□綜合□設計□創(chuàng)新試驗日期：試驗成績：

一、試驗項目名稱

電力網(wǎng)數(shù)學模型模擬試驗二、試驗目的與要求：

本試驗通過對電力網(wǎng)數(shù)學模型形成的計算機程序的編制與調(diào)試，獲得形成電力網(wǎng)數(shù)學模型：節(jié)點導納矩陣的計算機程序，使數(shù)學模型能夠由計算機自行形成，即根據(jù)已知的電力網(wǎng)的接線圖及各支路參數(shù)由計算程序運行形成該電力網(wǎng)的節(jié)點導納矩陣。通過試驗教學加深學生對電力網(wǎng)數(shù)學模型概念的理解，學會運用數(shù)學知識建立電力系統(tǒng)的數(shù)學模型，把握數(shù)學模型的形成過程及其特點，熟悉各種常用應用軟件，熟悉硬件設備的使用方法，加強編制調(diào)試計算機程序的能力，提高工程計算的能力，學習如何將理論知識和實際工程問題結(jié)合起來。三、主要儀器設備及耗材

計算機、軟件（已安裝，包括各類編程軟件C語言、C++、VB、VC等、應用軟件MATLAB等）、移動存儲設備（學生自備，軟盤、U盤等）四、試驗步驟

1、將事先編制好的形成電力網(wǎng)數(shù)學模型的計算程序原代碼由自備移動存儲設備導入計算機。2、3、4、5、

在相應的編程環(huán)境下對程序進行組織調(diào)試。應用計算例題驗證程序的計算效果。對調(diào)試正確的計算程序進行存儲、打印。完成本次試驗的試驗報告。

五、試驗數(shù)據(jù)及處理結(jié)果

運行自行設計的程序，把結(jié)果與手工計算結(jié)果相比較，驗證所采用方法及所編制程序運行的正確性。

試驗數(shù)據(jù)

見《電力系統(tǒng)分析》（上冊）72頁例4-1

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a)程序調(diào)試記錄，逐條記錄下程序調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及解決的方法。

1、程序調(diào)試過程出了幾次錯，例如在做復數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置使錯誤使用了“’〞命令(共軛轉(zhuǎn)置)，應改正為“.’〞(普通轉(zhuǎn)置)。在編程時盡量不使用i和j作為變量，由于在MATLAB里面它們也表示虛數(shù)。

上圖演示了MATLAB對矩陣轉(zhuǎn)置操作的效果

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2、考慮變壓器支路的影響，修改原矩陣時要先修改Y（節(jié)點對地的導納矩陣）再修改Z（節(jié)點之間的阻抗矩陣）否則會出錯。由于在本程序中在修改Y時要用到原來的Z。

3、程序的設計方法是：

首先不考慮變壓器支路的影響，手動化簡變壓器參數(shù)，然后編寫程序，計算節(jié)點導納矩陣，成功后再考慮變壓器影響，修改源程序，最終把計算節(jié)點導納矩陣部分做成函數(shù)文件，以便后續(xù)的試驗調(diào)用。

本程序的算法見程序框圖。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，我采用的是用三個矩陣分別輸入網(wǎng)絡中阻抗、導納和變壓器狀況。

b)程序框圖。

c)所編程序清單。

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函數(shù)文件：JDDN.mfunctionYout%%有三個輸入?yún)?shù)%1.矩陣Z.它代表了網(wǎng)絡的節(jié)點間互阻抗矩陣，Y(1,2)表示1,2節(jié)點之間阻抗%2.矩陣Y.它代表了網(wǎng)絡中各節(jié)點對地導納，Y(1,2)表示1,2支路等效電路中1節(jié)點的對地導納%3.矩陣K.它是有關變壓器的信息,正k是變壓器原邊，-k是變壓器副邊，0是非變壓器支路%4.N表示總節(jié)點數(shù)，也是矩陣的階數(shù)%輸出參數(shù)即為網(wǎng)絡的節(jié)點導納矩陣=JDDN(Z,Y,T,N)計算節(jié)點導納矩陣的函數(shù)

%檢查變壓器支路，修改矩陣form=1:Nforn=1:NifT(m,n)0k=T(m,n);%變比Y(m,n)=Y(m,n)+1/(k*Z(m,n)/(k-1));Z(m,n)=Z(m,n)*k;elseifT(m,n)0k=abs(T(m,n));Y(m,n)=Y(m,n)+1/(k^2*Z(m,n)/(1-k));Z(m,n)=Z(m,n)*k;endendend

%計算節(jié)點導納矩陣Yout=zeros(N);Zd=1./Z;%把網(wǎng)絡互阻抗矩陣所有非零元素做成倒數(shù)以便求計算

Zd(Zd==inf)=0;form=1:Nforn=1:Nifm==nYout(m,n)=sum(Zd(m,:))+sum(Y(m,:));elseYout(m,n)=-Zd(m,n);endendend

end

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主函數(shù)：main.m

d)例題運行結(jié)果

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六、思考探討題或體會或?qū)Ω倪M試驗的建議

1．什么是輸入阻抗？什么是轉(zhuǎn)移阻抗？網(wǎng)絡化簡的方法有哪些？

答：輸入阻抗：在節(jié)點i單獨注入電流而所有其他節(jié)點的注入電流都等于0時，在節(jié)點i產(chǎn)生的電壓同注入電流之比，即等于節(jié)點i的自阻抗，即輸入阻抗。轉(zhuǎn)移阻抗：節(jié)點i單獨施加Ei時，該電勢與其在節(jié)點j產(chǎn)生的短路電流Ij之比即等于節(jié)點i、j之間的轉(zhuǎn)移阻抗。網(wǎng)絡化簡方法：星網(wǎng)變換法，高斯消去法。

2.簡述節(jié)點導納矩陣的形成的過程，節(jié)點導納矩陣的階數(shù)與系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)有什么關系？節(jié)點導納矩陣的互導納yij在數(shù)值上等于什么？舉例說明當網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，如何修改？

答：節(jié)點導納矩陣分的形成兩部分，一部分是對角線元素稱為自導納，其值等于節(jié)點i所有支路的導納之和；一部分是非對角線元素，稱為互導納它是直接連接在i,j支路的導納的負值。階數(shù)一般來說等于節(jié)點數(shù)。yij在數(shù)值上等于直接連接在i,j支路的導納的負值。

假使有一個節(jié)點導納矩陣Y，在i和j節(jié)點之間增加一個導納y，則原矩陣應做如下修改：

YijYijy

YiiYjjy

3.節(jié)點電壓方程的求解方法有哪些？答：直接求解法和高斯消去法

4.簡述節(jié)點阻抗矩陣元素的物理意義及其形成。

答：Zik表示在k節(jié)點單獨注入電流而其他節(jié)點都接地時在i節(jié)點產(chǎn)生的電壓同k節(jié)點的注入電流之比，當k=i時表示自阻抗，否則表示互阻抗。

節(jié)點阻抗矩陣的形成可以用支路追加法，和導納矩陣求逆矩陣的兩種方法。用MATLAB可以調(diào)用內(nèi)部函數(shù)inv()輕易求出逆矩陣。

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七、參考資料

1.《電力系統(tǒng)分析》何仰贊華中科技大學出版社2.《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》陳珩中國電力出版社3.《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》李光琦中國電力出版社4.《電力系統(tǒng)計算》水利電力出版社

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南昌大學試驗報告

學生姓名：李瑞欣學號：6101113078專業(yè)班級：電氣132試驗類型：□驗證□綜合■設計□創(chuàng)新試驗日期：試驗成績：

一、試驗項目名稱

電力系統(tǒng)短路計算試驗

二、試驗目的與要求：

目的：通過試驗教學加深學生的基本概念，把握電力系統(tǒng)的特點，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數(shù)學模擬，對系統(tǒng)進行電力系統(tǒng)計算和仿真試驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果。通過電子計算機對電力系統(tǒng)短路等計算的數(shù)學模擬，分析電力系統(tǒng)的故障計算方法、實現(xiàn)工程計算的功能。提高處理電力系統(tǒng)工程計算問題的實際能力，以及實現(xiàn)對電力系統(tǒng)仿真的過程分析。要求：

l、使學生把握對電力系統(tǒng)進行計算、仿真試驗的方法，了解試驗對電力系統(tǒng)分析研究的必要性和意義。

2、使學生把握使用試驗設備計算機和相關計算軟件、編程語言。3、應用電子計算機完成電力系統(tǒng)的短路計算。

4、應用電子計算機及相關軟件對電力系統(tǒng)進行仿真。

三、主要儀器設備及耗材

1.每組計算機1臺、相關計算軟件1套四、試驗步驟

1.將事先編制好的形成電力網(wǎng)數(shù)學模型的計算程序原代碼由自備移動存儲設

備導入計算機。

2.在相應的編程環(huán)境下對程序進行組織調(diào)試。3.應用計算例題驗證程序的計算效果。4.對調(diào)試正確的計算程序進行存儲、打印。5.完成本次試驗的試驗報告。

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五、試驗數(shù)據(jù)及處理結(jié)果

運行自行設計的程序，把結(jié)果與例題的計算結(jié)果相比較，驗證所采用的短路電流計算方法及程序運行的正確性。假使采用的是近似計算方法，還需分析由于近似所產(chǎn)生的誤差是否在運行范圍內(nèi)。試驗數(shù)據(jù)：

例題1：

4j1.4

節(jié)點導納矩陣：

-j6.9610j1.96100-j1.945j1.6950

j1.961j1.695-j4.355j0.69900j0.699-j0.699短路電流：If=-j0.4895試驗報告：

1、程序調(diào)試記錄，逐條記錄下程序調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及解決的方法。由于本次試驗可以直接使用上一試驗的成果，所以調(diào)試比較順利，但是本試驗中是做近似計算，無需考慮變壓器變比的影響。不需要輸入變比矩陣。所以我改進了節(jié)點導納矩陣的計算函數(shù)，參與判斷空矩陣語句，這樣無需輸入的矩陣只要吧輸入?yún)?shù)寫成“[]〞即可。下面給出調(diào)試中改進的部分：ifisempty(Y)Y=zeros(N);end

ifisempty(T)T=zeros(N);end

Y_jddn=JDDN(Z,Y,[],N)

在本試驗的主函數(shù)當中，只需調(diào)用求逆矩陣函數(shù)Inv()即可求得節(jié)點阻抗矩陣，讓后套用公式求解短路電流。

右圖是本程序的流程圖。

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2、所編程序清單。

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3、例題運行結(jié)果。

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六、思考探討題或體會或?qū)Ω倪M試驗的建議

1.理解課本上陳述的同步電機突然三相短路的物理分析。

答：同步電機穩(wěn)態(tài)對稱運行（包括穩(wěn)態(tài)短路對稱）時，電樞磁勢大小不隨時間變化，而在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同轉(zhuǎn)自沒有相對運動，故不會再轉(zhuǎn)子繞組中感應電流。突然短路時，定子電流發(fā)生急劇變化，電樞反應磁通也隨著變化，定轉(zhuǎn)子間電流會相互影響，這是同步電機突然短路暫態(tài)過程區(qū)別于穩(wěn)態(tài)短路的顯著特點。我們在進行磁感分析時，對于每個繞組都遵守磁鏈守恒原則。

對于無阻尼繞組同步電機突然三相短路時，短路后定子側(cè)將出現(xiàn):1.基頻電流，由三相對稱繞組的基頻電流產(chǎn)生的交變磁鏈，用以抵消轉(zhuǎn)子主磁場對定子各相繞組產(chǎn)生的交變磁鏈；2.直流Iap：對各繞組產(chǎn)生的不變

、、

a0

b0

c0

，來維持定子繞組的磁鏈初值不變；3.倍頻電流i2w：定子

各相值流產(chǎn)生的恒定磁勢，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，因轉(zhuǎn)子縱橫軸磁阻不同，轉(zhuǎn)子沒轉(zhuǎn)過180。磁阻經(jīng)歷一個變化周期，為適應磁阻的變化，產(chǎn)生倍頻電流與直流共同作用，才能維持定子側(cè)磁鏈初值不變。

轉(zhuǎn)自側(cè)產(chǎn)生：①附加直流分量i：為抵消定子電流對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的猛烈電樞反應影響，維持磁鏈不變，該附加直流和原直流同向，加強了勵磁繞組的磁場，而且i產(chǎn)生磁通的一部分也要穿過定子繞組，故激起定子基頻電流大大超過穩(wěn)態(tài)短路電流。②轉(zhuǎn)子基頻交流：為抵消定子的直流和倍頻電流產(chǎn)生的電樞反應，該基頻電流在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生脈振磁場，分解為正反兩方向磁場，又來影響定子側(cè)的Iap以及在定子側(cè)產(chǎn)生兩倍頻的交變磁鏈，定子側(cè)的I2w就是為了抵消該磁鏈而產(chǎn)生的。

2.簡述無阻尼繞組同步電機突然三相短路時，短路電流所含各種分量以及各自由電流衰減時間常數(shù)的確定，有阻尼繞組同步電機突然三相短路時有什么不同之處？

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答：（1）無阻尼繞組同步電機突然三相短路時，定子側(cè)短路電流有：①基頻電流Iw：抵消轉(zhuǎn)子主磁場對定子各相繞組產(chǎn)生的交變磁鏈；②直流Iap：維持定子繞組的磁鏈初值不變；③倍頻電流I2w：為適應磁阻的變化，倍頻電流與直流共同作用，才能維持定子側(cè)磁鏈初值不變。

轉(zhuǎn)子側(cè)短路電流有：①附加直流分量i：為抵消定子電流對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的猛烈電樞反應影響，維持磁鏈不變；②轉(zhuǎn)子基頻交流ifw：為抵消定子的直流和倍頻電流產(chǎn)生的電樞反應。

（2）在實用計算中，各自由電流衰減常數(shù)確定，常采用以下的簡化原則：①為維持磁鏈守恒而在短路瞬間出現(xiàn)的自由電流，若它產(chǎn)生的磁通對于本繞組相對靜止，那該電流將按本繞組時間常數(shù)衰減，一切同改自由電流發(fā)生依存關系的均按同一時間常數(shù)衰減；②某繞組時間常數(shù)是該繞組電感同電阻之比，而忽略其他繞組電阻的影響。

（3）有阻尼繞組同步電機突然三相短路時的不同：有阻尼繞組電機，在轉(zhuǎn)子縱軸向有勵磁繞組和阻尼繞組，橫軸向也有阻尼繞組。突然短路時，定子基頻電流突然增大，電樞反應磁通也突然增加。轉(zhuǎn)子各繞組自由直流產(chǎn)生磁通一部分又進入定子側(cè)，由此定子側(cè)會有基頻電流自由分量。注意，轉(zhuǎn)子縱軸向的勵磁繞組和阻尼繞組間存在互感關系，突然短路瞬間他們當中任一繞組的磁鏈守恒都是靠兩繞組的自由電流共同維持的。

3.簡述電力系統(tǒng)三相短路電流的實用計算的條件，應用前提及使用方法。答：電力系統(tǒng)三相短路電流的實用計算的條件：

（1）起始次暫態(tài)電流的實用計算條件：把系統(tǒng)所