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)

1、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 題目: 電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì) 專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2012年 3 月 11 日 學(xué)生姓名 學(xué) 號 成 績設(shè)計(jì)題目電力系統(tǒng)對稱短路故障的計(jì)算計(jì)算法程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容電力系統(tǒng)故障的計(jì)算程序設(shè)計(jì)及編制和調(diào)試。設(shè)計(jì)要求1在對稱短路計(jì)算、簡單不對稱短路計(jì)算中任選一種計(jì)算作為計(jì)算作業(yè)。2計(jì)算機(jī)語言自選。3設(shè)計(jì)、編制、調(diào)試出相關(guān)的通用計(jì)算程序。4輸入輸出數(shù)據(jù)一律以文件格式形成。5要求計(jì)算的題目（1）采用所編制的程序進(jìn)行電力系統(tǒng)分析例6-3題，習(xí)題6-10、6-11對稱短路計(jì)算；（2）采用所編制的程序進(jìn)行電力系統(tǒng)分析例

2、8-5題、習(xí)題8-1簡單不對稱短路計(jì)算；時(shí)間安排第10周以前參考資料1、社電力系統(tǒng)分析的計(jì)算機(jī)算法邱曉燕等 中國電力出版社2、電力系統(tǒng)基礎(chǔ) 陳光會 王敏 中國水利電力出版社3、電力系統(tǒng)分析（上冊） 何仰贊等 華中理工大學(xué)出版社4、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 陳珩 中國電力出版社5、matlab在電氣工程中應(yīng)用李維波 中國電力出版社6、matlab電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析吳天明等 國防工業(yè)出版目錄1目的與原理41.1關(guān)于電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì)目的41.2原理42總體設(shè)計(jì)62.1程序設(shè)計(jì)說明62.2選擇計(jì)算機(jī)語言63程序設(shè)計(jì)93.1流程圖：93.2習(xí)題實(shí)例104總結(jié)18參考文獻(xiàn)191目的與原理1.1

3、關(guān)于電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì)目的電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的破壞多半是由于短路故障引起的，發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)從一種狀態(tài)劇變成另一種狀態(tài)，并伴隨復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象。所謂短路故障，是指一切不正常的相與相之間或相與地發(fā)生通路的情況。根據(jù)所給的電力系統(tǒng)，編制短路電流計(jì)算程序，通過計(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。通過自己設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)計(jì)算程序使同學(xué)對電力系統(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。1.2原理計(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)語言編制計(jì)算程序。建立電力系統(tǒng)計(jì)算的

4、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題的主要方面，即考慮影響問題的主要因素，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)際問題，又使計(jì)算不過于復(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。選擇合適的語言編寫程序，就是首先確定用什么計(jì)算機(jī)語言來編制程序；其次是作出計(jì)算的流程圖；第三根據(jù)流程圖用選擇的語言編寫計(jì)算程序。然后上機(jī)調(diào)試，直到語法上無錯(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

5、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，查出問題的出處；如果結(jié)果比較接近，則逐步分析誤差來源；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。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)解的問題。對于三相對稱短路，可建立一相等值電路的計(jì)算模型，對于不對稱短路，則可應(yīng)用對稱分量法建立系統(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，參見電力系統(tǒng)分

6、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電力系統(tǒng)分析第四章。（2）簡單不對稱短路計(jì)算有關(guān)數(shù)學(xué)模型、原理框圖以及已知結(jié)果的例題參見電力系統(tǒng)分析第八章8-4節(jié)。2總體設(shè)計(jì)2.1程序設(shè)計(jì)說明根據(jù)所給的電力系統(tǒng)，編制短路電流計(jì)算程序，通過計(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。通過自己設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)計(jì)算程序使同學(xué)們對電力系統(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。 2.2選擇計(jì)算機(jī)語言matlab軟件的基本功能在進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，應(yīng)用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行求解節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣時(shí)候，我們要用到matlab的知識，所以應(yīng)當(dāng)對matlab的基本指令有

7、所了解，下面是matlab的一些基本功能：進(jìn)入matlab之后，會看到一個(gè)matlab command window，稱為命令窗，它是最主要的窗口，既是鍵入命令也是顯示計(jì)算結(jié)果的地方。另外還有一個(gè)編程窗，專門用來編輯應(yīng)用程序。還有一個(gè)主窗口，用來記錄已使用過的歷史命令和已打開的目錄，方便使用者查找。如果繪圖還會自動彈出一個(gè)繪圖窗，專門用來顯示繪制的圖形。matlab一般有3種進(jìn)行計(jì)算的方法，第1種就如同使用計(jì)算器，直接輸入數(shù)值和運(yùn)算符，立即從屏幕上獲得結(jié)果。第2種先對變量賦值，然后再輸入由變量構(gòu)成的表達(dá)式，也可立即獲得結(jié)果。第3種，就是采用編程的方法來解決較復(fù)雜的，諸如含有判斷、循環(huán)、迭代、遞

8、歸等算法的較復(fù)雜的問題。上述方法中，第2和第3包括了數(shù)組和矩陣運(yùn)算，只要定義了數(shù)組和矩陣變量，就可以如同普通代數(shù)運(yùn)算一樣直接用變量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，十分方便。我們使用的是第四代計(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?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性?？梢哉f，用matlab進(jìn)行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。具有fortran和c等高級語言知識的讀者可能已經(jīng)注意到，如果用fortran或c語言去編寫程序，尤其

9、當(dāng)涉及矩陣運(yùn)算和畫圖時(shí)，編程會很麻煩。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)程序塊來求解方程，最后再輸出計(jì)算結(jié)果。在求解過程中，最麻煩的要算第二部分。解線性方程的麻煩在于要對矩陣的元素作循環(huán)，選擇穩(wěn)定的算法以及代碼的調(diào)試動不容易。即使有部分源代碼，用戶也會感到麻煩，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這樣的高級語言編寫，至少需要四百多行，調(diào)試這種幾百行的計(jì)算程序可以說很困難。以下用matlab編寫以上兩個(gè)小程序的具體過程。matlab求解下列方程，并求解矩陣a的特征值。ax=b,其中：a=

10、 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）。可見，matlab的程序極其簡短。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會根據(jù)矩陣的特性選擇方程的求解方法，所以用戶根本不用懷疑matlab的準(zhǔn)確性。2.運(yùn)算符豐富。由于matlab是用c語言編寫的，matlab提供了和c語言幾乎一樣多的運(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

11、句和if語句），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，用戶無需對矩陣預(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語言里，繪圖都很不容易，但在matlab里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。matlab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

12、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擴(kuò)充其符號計(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 toolbox,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

13、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。3程序設(shè)計(jì)3.1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matlab流程圖開 機(jī)輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)n支路數(shù)n1數(shù)組bk=1k1=b(k,1)k2=b(k,2)y(k1,k1)=y(k1,k1)+1/b(k,3)+b(k,4)/2；y(

14、k1,k2)=y(k1,k2)-1/(b(k,3)*b(k,5)；y(k2,k1)=y(k1,k2);y(k2,k2)=y(k2,k2)+1/(b(k,3)*b(k,5)2)+b(k,4)/2;k=k+1nk=n1？ y輸出結(jié)果3.2習(xí)題實(shí)例【例6-3】在如圖3-1所示的電力系統(tǒng)中分別在節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)5接入發(fā)電機(jī)支路，其標(biāo)幺值參數(shù)為：。在節(jié)點(diǎn)3發(fā)生三相短路，計(jì)算短路電流及網(wǎng)絡(luò)中的電流分布。線路的電阻和電容略去不計(jì)，變壓器的標(biāo)幺變比等于1。各元件參數(shù)的標(biāo)幺值如下： 圖3-1電力系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖 圖3-2 三相短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò)圖y= -j13.8716 0 j9.5238 0 0 0 -j8.3333

15、 0 j4.7619 0 j9.5238 0 -j15.2329 j2.2960 j3.4440 0 j4.7619 j2.2960 -j10.9646 j3.9360程序如下：jd=input(please input jd=);y=0-16.1905j, 9.5238j, 0, 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, -9.9802jz=i

16、nv(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)/0.08i運(yùn)行結(jié)果如下：please input jd=3y =columns 1 through 40 -16.1905i 0 + 9.5238i 0 0 0 + 9.5238i 0 +37.4084i 0 +15.3846i 0 +12.5000i 0 0 +15.3846i

17、0 -35.3846i 0 +20.0000i 0 0 +12.5000i 0 +20.0000i 0 -37.9348i 0 0 0 0 + 5.4348icolumn 5 0 0 0 0 + 5.4348i 0 - 9.9802ians =columns 1 through 40 + 0.0567i 0 - 0.0086i 0 - 0.0081i 0 - 0.0077i0 - 0.0086i 0 - 0.0146i 0 - 0.0137i 0 - 0.0130i0 - 0.0081i 0 - 0.0137i 0 + 0.0289i 0 + 0.0116i0 - 0.0077i 0 - 0.

18、0130i 0 + 0.0116i 0 + 0.0306i0 - 0.0042i 0 - 0.0071i 0 + 0.0063i 0 + 0.0166icolumn 5 0 - 0.0042i 0 - 0.0071i 0 + 0.0063i 0 + 0.0166i 0 + 0.1093ii = 0 - 5.3763iv1 = 0.5151v2 = 0.1758v3 = 0v4 = 0.1339v5 = 0.5285i54 = 0 - 2.1447ii43 = 0 - 2.6774ii23 = 0 - 2.7047ii12 = 0 - 3.2309ii24 = 0 - 0.5242i【習(xí)題6-1

19、0】如圖3-9所示網(wǎng)絡(luò)，略去負(fù)荷，試用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣法求節(jié)點(diǎn)5發(fā)生三相短路時(shí)，短路點(diǎn)的短路電流及線路l-2、l-3的電流。已知各元件參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)g-1: sn = 120 mva, x”d = 0.23; g-2: sn = 60 mva, x”d = 0.14變壓器t-1: sn = 120 mva, vs = 10.5%; t-2: sn = 60 mva, vs = 10.5%線路參數(shù) x1 = 0.4/km, b1 = 2.810-6 s/km線路長度 l-1: 120 km, l-2: 80 km, l-3: 70 km取sb = 120 mva, vb = vavggg-1g-2

20、t-1t-2l-1l-2l-312345電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖三相短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò)圖節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣如下所示y= -j13.8716 0 j9.5238 0 0 0 -j8.3333 0 j4.7619 0 j9.5238 0 -j15.2329 j2.2960 j3.4440 0 j4.7619 j2.2960 -j10.9646 j3.9360設(shè)計(jì)程序如下：jd=input (please input jd=);z=0 + 0.1819i 0 + 0.0616i 0 + 0.1600i 0 + 0.1079i 0 + 0.1326i; 0 + 0.0616i 0 + 0.2078i 0 + 0.089

21、8i 0 + 0.1536i 0 + 0.1242i; 0 + 0.1600i 0 + 0.0898i 0 + 0.2330i 0 + 0.1571i 0 + 0.1932i; 0 + 0.1079i 0 + 0.1536i 0 + 0.1571i 0 + 0.2689i 0 + 0.2174i; 0 + 0.1326i 0 + 0.1242i 0 + 0.1932i 0 + 0.2174i 0 + 0.3427ii=1/0.3427iv1=1-0.1326i*iv2=1-0.1242i*iv3=1-0.1932i*iv4=1-0.2174i*iv5=0i54=(v5-v4)/0.2174ii

22、42=(v4-v2)/0.1536ii21=(v2-v1)/0.0616ii43=(v4-v3)/0.1571ii32=(v3-v2)/0.0898i運(yùn)行結(jié)果如下所示：y = 0 -13.8716i 0 0 + 9.5238i 0 0 0 0 - 8.3333i 0 0 + 4.7916i 0 0 + 9.5238i 0 0 -15.2329i 0 + 2.2960i 0 + 3.4440i0 0 + 4.7916i 0 + 2.2960i -10.9646 0 + 3.9360i0 0 0 + 3.4440i 0 + 3.9360i -7.3569 ans =-0.0085 + 0.1211

23、i -0.0045 - 0.0080i -0.0124 + 0.0713i -0.0079 - 0.0139i -0.0260 - 0.0100i -0.0045 - 0.0080i -0.0226 + 0.1155i -0.0066 - 0.0116i -0.0394 - 0.0078i 0.0096 - 0.0241i -0.0124 + 0.0713i -0.0066 - 0.0116i -0.0180 + 0.1039i -0.0115 - 0.0202i -0.0378 - 0.0146i -0.0079 - 0.0139i -0.0394 - 0.0078i -0.0115 - 0

24、.0202i -0.0685 - 0.0136i 0.0167 - 0.0420i -0.0260 - 0.0100i 0.0096 - 0.0241i -0.0378 - 0.0146i 0.0167 - 0.0420i -0.1066 - 0.0087ii = 3.1263v3 = 0 + 0.4632iv4 = 0 + 0.3890iil2 = 0 + 1.5953iil3 = 0 - 1.5311i【習(xí)題6-11】電力系統(tǒng)等值電路如圖3-13所示，支路阻抗的標(biāo)幺值已注明圖中。（1）形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣（或節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣），并用以計(jì)算節(jié)點(diǎn)3的三相短路電流。（2）另選一種方法計(jì)算短路電流，并用以驗(yàn)證（1）的計(jì)算結(jié)果。電力系統(tǒng)等值電路圖最終計(jì)算等值電路圖jd=input(please input jd=);y=-10.0j, 5.0j, 0; 5.0j, -14.5j, 10.0j; 0, 10.0j, -17.6667jinv(y)i1=1.05/0.2ji3=1.05/0.15jv3=0.98434if=v3/0.10714程序運(yùn)行結(jié)果如下所示：please input jd=3y = 0 -10.0000i 0 + 5.0000i 0 0 + 5.0000i 0 -14.5000i 0 +10.0000i 0 0 +10.0000i 0 -