華中科技大學(xué)電氣級(jí)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)

1（僅供參考學(xué)習(xí)之用，請(qǐng)勿抄襲）此為 16 開的紙張，打印的時(shí)候直接縮放到 A4 規(guī)格，不需要重新排版。2011-2012 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) 電氣 09xx 班指導(dǎo)教師 王丹老師 2目錄一、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明3二、選擇所用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的理由3三、程序主框圖、子框圖及主要數(shù)據(jù)變量說(shuō)明4四、三道計(jì)算題及網(wǎng)絡(luò)圖8五、設(shè)計(jì)體會(huì)15六、參考文獻(xiàn)16七、附錄（主程序及其注釋）173電分課設(shè)報(bào)告一、課程設(shè)計(jì)說(shuō)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(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)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。所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)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(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(yǔ)言的理由我使用的是第四代計(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(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)行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。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4MATLAB 里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)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(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 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(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(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。三、程序主框圖、子框圖及主要數(shù)據(jù)變量說(shuō)明算法說(shuō)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(guò)過(guò)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Gj fifjii IZIV)0(ifI fifii IZV)0(fI5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 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 Gjjijiji zEZIV)0(求出 后，節(jié)點(diǎn) i 電壓fI )0()0()0( fffififiii VzZVIZV為了得到精確計(jì)算結(jié)果，本程序計(jì)算過(guò)程中，使用精確算法。任一支路的電流pqpqzVkI對(duì)于非變壓器支路，令 k=1 即可。fz f fI fz f 有 源 網(wǎng) 絡(luò) ZN fI fV (0)fV fZ ffff IZV)0(fZf,ffIffffI)0(6程序主框圖：7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(shuō)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)電廠阻抗矩陣g_v 發(fā)電廠電壓矩陣louy 網(wǎng)絡(luò)漏抗導(dǎo)納矩陣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A 文件導(dǎo)入時(shí)存入的矩陣名稱p 發(fā)電機(jī)阻抗矩陣存放在 A 中的行序號(hào)，所以 p-1 就是發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)Q 漏抗導(dǎo)納矩陣存放在 A 中的行序號(hào)，所以 q-1 就是漏抗數(shù)8四、三道計(jì)算題及網(wǎng)絡(luò)圖例題 6-3其中 3 號(hào)節(jié)點(diǎn)發(fā)生三相短路。輸入數(shù)據(jù)及說(shuō)明：節(jié)點(diǎn)總數(shù) n=5短路節(jié)點(diǎn)序號(hào) f=3輸入節(jié)點(diǎn)間阻抗矩陣z= j*發(fā)電機(jī)阻抗矩陣（第一列是發(fā)電廠節(jié)點(diǎn)序號(hào)，第二列是發(fā)電廠阻抗，第三列為發(fā)電廠電壓）g_z=Inf 0.1050 Inf Inf Inf0.1050 Inf 0.0650 0.0800 InfInf 0.0650 Inf 0.0500 InfInf 0.0800 0.0500 Inf 0.1840Inf Inf Inf 0.1840 Inf1 0.1500 15 0.2200 19輸出數(shù)據(jù)及說(shuō)明：短路點(diǎn)電流 -5.3767fI各支路電流矩陣I= j*各節(jié)點(diǎn)電壓矩陣V=節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y= j*節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z= j* 0 3.2321 0 0 0-3.2321 0 2.7046 0.5275 00 -2.7046 0 -2.6720 00 -0.5275 2.6720 0 -2.14450 0 0 2.1445 00.51520.175800.13360.5282-16.1905 9.5238 0 0 09.5238 -37.4084 15.3846 12.5000 00 15.3846 -35.3846 20 00 12.5000 20 -37.9348 5.43480 0 0 5.4348 -9.98020.1181 0.0958 0.0902 0.0858 0.04670.0958 0.1629 0.1533 0.1