電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計報告書3

1、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計報告書3信息工程學(xué)院電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計報告書題目：電力系統(tǒng)短路故障的計算機算法程序設(shè)計專業(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：鐘建偉2013年3月14日信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生 姓名學(xué)口成績號設(shè)計 題目電力系統(tǒng)短路故障的計算機算法程序設(shè)計設(shè)計 內(nèi) 容電力系統(tǒng)故障的計算程序設(shè)計及編制和調(diào) 試。設(shè)計 要 求1. 在對稱短路中計算短路電流作為計算最終目標(biāo)。2. 計算機語言自選。3. 設(shè)計、編制、調(diào)試出相關(guān)的通用計算程序。4.輸入/輸出數(shù)據(jù) 律以文件格式形 成。時 間 安 排3月5日-3月8日3月12日-3月14日參 考 資 料1. 電力系統(tǒng)分析（上、下）何

2、仰贊華中科技大學(xué)出版社2. MATLAB電子仿真與應(yīng)用教程王華 國防工業(yè)出版社3. 孫麗華電力工程基礎(chǔ)機械工業(yè)出版 社4. 傅知蘭電力系統(tǒng)電氣設(shè)備選擇與實用 計算中國電力出版社目錄1.任務(wù)提出與方案論證 1.1.1 計算機計算的由來和要求 1.1.2 論證方案的可行性 1.2.總體設(shè)計 32.1 程序語言及論述 3.2.2 輔助知識及參數(shù) 4.3.詳細(xì)設(shè)計 53.1 程序流程圖及習(xí)題 5.3.2 程序及解題 7.4.總結(jié) 1.2.參考資料 1.3.1. 任務(wù)提出與方案論證1.1計算機計算的由來和要求隨著電子計算機的發(fā)展與完善， 運算能力已 日新月異，人工運算的時代慢慢隱形化， 程序化計算設(shè)計必

3、將成為主體。 為此，運用計算 機計算短路電流已成為可能， 也會帶來很大的方 便。依照所給的電力系統(tǒng)， 編制短路電流計算程 序，通過計算機進(jìn)行調(diào)試，最后完成一個切 實可行的電力系統(tǒng)計算應(yīng)用程序。 通過自己設(shè)計 電力系統(tǒng)計算程序使同學(xué)對電 力系統(tǒng)分析有 進(jìn)一步理解，同時加強計算機實際應(yīng)用能力的訓(xùn) 練。所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外 的相與相之間或相與地之間的“短接” 。在電力 系統(tǒng)正常運行時， 除中性點外， 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： 即對稱短路（三相短路）和不對稱短路

4、（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)生的機會較少， 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單的三 相短路電流的暫態(tài)變化規(guī)律。1.2 論證方案的可行性在大量實際計算中， 短路計算有著比較固定的 方式，這就為計算機計算墊定了基礎(chǔ)， 根據(jù)電力 系統(tǒng)三相對稱短路的特點， 建立了合理的三相短 路的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上， 形成電力系統(tǒng)短 路電流實用汁算方法； 節(jié)點阻抗矩陣的支路追加 法編制了對任意一個電力系統(tǒng)在任意點發(fā)生短路故障時三相短路電流及其分布的通用計算程 序。該辦法適用予各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng).從一個側(cè)面展示了計算機應(yīng)用于電力系統(tǒng)的廣闊 前景.其

5、原理如下：1. 節(jié)點導(dǎo)納矩陣計算電壓初始值的原理在電力系統(tǒng)分析的第四章中學(xué)到了矩陣方程：YV=I,故由矩陣性質(zhì)得：V=ZI2. 節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流的原理利用節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流如圖所示，假定系統(tǒng)中的節(jié)點 f經(jīng)過過渡阻抗 發(fā)生短路。對于正常狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)而言，發(fā)生短路相當(dāng)于在故障節(jié)點 f增加了一個 注入電流。因此，網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點i的電壓可表示為：公式一 :7 八 Zj I廠Zif I：由式可見，任一節(jié)點i的電壓都由兩項疊加而成。第一項是當(dāng)時由網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)所有電源在節(jié)點i產(chǎn)生的電壓，也就是短路前瞬間正常運行狀態(tài)下的 節(jié)點電壓，記為。第二項是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有電流源都斷開，電勢源都短接時，僅僅由短路電流

6、在節(jié)點i產(chǎn)生的電壓。這兩個分量的疊加,就等于發(fā)生短路后節(jié)點i的實際電壓，即ViVi(0)Z if If公式二也適用于故障節(jié)點f,于是有： Vf二Vf(0) 一 Z ff I fZff是故障節(jié)點f的自阻抗，也稱輸入阻抗。VfJf根據(jù)故障的邊界條件:由以上兩個方程式解出:Vf(0)Zff Zf2. 總體設(shè)計2.1程序語言及論述MATLAB是一門用途廣泛的語言，它提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理, 可視化建模仿真和實時控制等功能。MATLAB勺基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常 用的形式十分相似,故用MATLAB解決問題要比用C,FORTRA等語言方 便的多。在新的版本中也加入了對

7、 C,FORTRAN,c+ JAVA的支持，可以 直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLABS數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用。MATLAB勺程序極其簡短且可移植性很好，基本上不做修改就可以在 各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。MATLABS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?的特性。但較之高級語言，由于其程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可 執(zhí)行文件，而是邊解釋邊執(zhí)行，所以速度較慢。綜合起來看，MATLAB個高度集成的系統(tǒng)，集科學(xué)計算、圖象處 理、聲音處理于一體，具有極高的編程效率。近年來，MATLAB經(jīng)從最初的“矩陣實驗室”，

8、滲透到科學(xué)與工程計算的多個領(lǐng)域，在自動控制、 信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析等多個方向，都有著廣泛的 應(yīng)用。因此，我選擇的計算機語言是 MATLAB2.2輔助知識及參數(shù)計算時選定一個基準(zhǔn)容量（Sjz）和基準(zhǔn)電壓（Ujz）.將短路計算中各個參數(shù) 都轉(zhuǎn)化為和該參數(shù)的基準(zhǔn)量的比值（相對于基準(zhǔn)量的比值）,稱為標(biāo)么值（這是短 路電流計算最特別的地方，目的是要簡化計算）.基準(zhǔn)基準(zhǔn)容量Sjz =100 MVA基準(zhǔn)電壓 UJZ 規(guī)定為 8 級.230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4,0.23 KV有了以上兩項，各級電壓的基準(zhǔn)電流即可計算出，例：UJZ因為 S=1.73*U

9、*I 所以 （2）標(biāo)么值計算容量標(biāo)么值S* =S/SJZ.例如：當(dāng)10KV母線上短路容量為200 MVA時,其標(biāo) 么值容量S* = 200/100=2.電壓標(biāo)么值U*= U/UJZ ;電流標(biāo)么值I* =I/IJZ有了標(biāo)幺值的概念后，短路電流計算的過程就大大減少了，簡化了運 算。2.3等值電路計算前先要做出等值電路，并計算等值參數(shù)。在詳細(xì)設(shè)計中會將習(xí) 題6-10及習(xí)題6-11的等值電路及參數(shù)列寫出來，這里只做簡單說明： Sd三相短路容量（MVA）簡稱短路容量校核開關(guān)分?jǐn)嗳萘縄d三相短路電流周期分量有效值（KA）簡稱短路電流校核開關(guān)分?jǐn)嚯娏骱蜔岱€(wěn)定IC 三相短路第一周期全電流有效值（KA）簡稱沖擊

10、電流有效值校核動穩(wěn)定 ic三相短路第一周期全電流峰值（KA）簡稱沖擊電流峰值校核動穩(wěn)定 x 電抗（Q）其中系統(tǒng)短路容量Sd和計算點電抗x是關(guān)鍵。3. 詳細(xì)設(shè)計3.1程序流程圖及習(xí)題流程圖用公式（6-9）計算指定支路的電路 lpq=（Kvp-Vq）/zpq輸出結(jié)果二習(xí)題1習(xí)題6-10 （題目見書）等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)：選SB=120MV.A,VB=Vav各元件標(biāo)幺值參數(shù)如下：X10=0.105 X20=0.28 X24=0.21 X43=0.43554 X35=0.29036 X45=0.25406Y340=Y430=j0.01852 Y350=Y530=j0.01234 Y450=Y540=j0.0

11、1080故節(jié)點導(dǎo)納為：Y1 仁-j13.8716Y13=Y31=j9.5238Y22=-j8.33343Y24=Y42=j4.7619Y33=-j15.2329Y34=Y43=j2.2960 Y35=Y53=j3.4440 Y44=-j10.9646 Y45=Y54=j3.9360Y55=-j7.35692習(xí)題6-11 (題目見書)等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)：o+-2TnHT-節(jié)點導(dǎo)納為：Y11=-j10 Y12=Y21=j5 Y22=-j14.5 Y23=Y32=j10 Y33=-j17.66673.2程序及解題程序如下：1通用程序為：fun ctiondl63text63;Z=in v(Y)m=siz

12、e(Z,1)I=IV=Z*Ii=input(請輸入節(jié)點i=)li=1/Z(i,i)for k=1:mkVk=V(k,1)-Z (k,i)*Iiendfor p=1:mfor q=(1+p):mif (Y(p,q)=0)p,qVp=V(p,1)-Z(p,i)*Ii;Vq=V(q,1)-Z(q,i)*Ii;Ipq=-(Vp-Vq)*Y(p,q)endendend1 習(xí)題 6-10 解： 輸入數(shù)據(jù)為：003.4440j3.9360jY=-13.8716j 0 0 -8.3333j 9.5238j 00 4.7619j9.5238j 00 4.7619j-15.2329j 2.2960j2.2960j

13、 -10.9646j0 0 3.4440jI=4.5652j 3.75j 0 0 03.9360j -7.3569jm=5程序為： function dl610 text610;Z=inv(Y)I=IV=Z*ISB=120;VB=115;淀義一個函數(shù)名為dl610的函數(shù)%調(diào)用函數(shù)名為 text610 的函數(shù)% %求節(jié)點阻抗矩陣 %求I的轉(zhuǎn)置矩陣%求各節(jié)點的初始電壓 % %選定基準(zhǔn)功率為 120MV.A% %選定基準(zhǔn)電壓為 115KV%IB=SB/(VB*sqrt(3)%求基準(zhǔn)電流 %i=input( ? e ?e ? i ? ?。卩0%俞入短路節(jié)點 i%Ii=V(i,1)/Z(i,i);Ii1

14、=Ii*IB%求短路節(jié)點電流 %for p=1:mfor q=(1+p):mif (Y(p,q)=0)Vp=V(p,1)-Z(p,i)*Ii;Vq=V(q,1)-Z(q,i)*Ii;Ipq=-(Vp-Vq)*Y(p,q);Ipq1=Ipq*IB;%如果 p,q 節(jié)點間的導(dǎo)納不為 %分別求p,q的節(jié)點電壓%求p,q節(jié)點間的支路電流%求短路電流的實際值%if (p=3&q=5)pqIpqIpq1 endif (p=4&q=5) p q Ipq Ipq1 end end end end%求支路L-2的短路電流%淋支路L-3的短路電流%輸出結(jié)果為：Y =0-13.8716i00 + 9.5238i00

15、00 - 8.3333i0 0 +4.7619i00 + 9.5238i00 -15.2329i0 +2.2960i0 + 3.4440i00 + 4.7619i0 + 2.2960i0-10.9646i0 + 3.9360i000 + 3.4440i0 +3.9360i0 - 7.3569iI =0 + 4.5652i0 + 3.7500i000m =5Z =0 + 0.1819i 0 + 0.0616i 0.1079i0 + 0.1326i0 + 0.0616i 0 + 0.2078i 0.1536i0 + 0.1242i0 + 0.1600i 0 + 0.0898i 0.1571i0 +

16、 0.1932i0 + 0.1079i0 + 0.1536i0.2689i0 + 0.2174i0 + 0.1326i0 + 0.1242i0 + 0.1600i0 + 0.0898i0 + 0.2330i0 + 0.1571i0 + 0.1932i0 +0 +0 +0 +0 +0.2174i0 + 0.3427iI =0 - 4.5652i0 - 3.7500i000V =1.06171.06071.06711.06861.0713IB =0.6025 請輸入短路節(jié)點 i=5 i =5Ii1 =0 - 1.8835ip =3q =5Ipq =0 - 1.5954iIpq1 =0 - 0.96

17、11ip =4q =5Ipq =0 - 1.5310iIpq1 =0 - 0.9223i 2 習(xí)題 6-11 解： 輸入數(shù)據(jù)：Y=-10.0j 5.0j 0.0 5.0j -14.5j 10.0j 0.0 10.0j -17.667jI=5.25j 0 7j程序為：function dl611text611;Z=inv(Y)I=IV=Z*Ii=input( 請輸入節(jié)點 i= )Ii=V(i,1)/Z(i,i)0 + 5.0000i 0 -14.5000i0 +10.0000i0 +10.0000i0 -17.6670i0 + 5.2500i 0 Z =0 + 7.0000i0 + 0.1394

18、i0 + 0.0789i0 + 0.0446i0 + 0.0789i0 + 0.1577i0 + 0.0893i0 + 0.0446i0 + 0.0893i0 + 0.1071i淀義一個函數(shù)名為dl610的函數(shù)%調(diào)用函數(shù)名為 text610 的函數(shù)% %求節(jié)點導(dǎo)納矩陣 %求 I的轉(zhuǎn)置矩陣%求節(jié)點電壓的初始值 % %輸入短路節(jié)點 %計算短路電流 %輸出結(jié)果為：Y =0 -10.0000i0 + 5.0000i0I =0 - 5.2500i00 - 7.0000iV =1.04451.03900.9843 請輸入短路節(jié)點 i=3Ii =0 - 9.1875i4.總結(jié)在這次課程設(shè)計當(dāng)中， 在學(xué)到一定東西知識 的同時， 也暴露了更多以前不曾注意的問題。 例 如這次做短路故障分析， 看書覺得都懂了， 等到 真正開始做的時候才發(fā)現(xiàn)很多學(xué)的都不是很透 徹，這也算是一次查漏補缺的機會， 把以前學(xué)過 的知識再鞏固一遍。這次編程選用 MATLAB 語言，因為之前只 是了解， 掌握和運用的并不是很好， 所以再做的 時候出現(xiàn)了很多問題