《電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析》上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除昆 明 理 工 大 學(xué) 電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析 上機(jī)實(shí)驗(yàn)（指導(dǎo)書(shū)）主 編 唐嵐電 力 工 程 學(xué) 院二七年一月精品文檔目錄前言II實(shí)驗(yàn)一MATLAB軟件的基本操作1實(shí)驗(yàn)二MATLAB 程序的基本結(jié)構(gòu)2實(shí)驗(yàn)三電力系統(tǒng)計(jì)算中常用的數(shù)值算法4實(shí)驗(yàn)四電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型5實(shí)驗(yàn)五潮流計(jì)算6實(shí)驗(yàn)六短路電流計(jì)算7實(shí)驗(yàn)七靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算8附錄： 學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告表頭格式9前言電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析是電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修核心課程，是電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)的后續(xù)課程。其主要任務(wù)是：使學(xué)生深入學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)潮流、短路、穩(wěn)定計(jì)算的計(jì)算機(jī)算法，提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析和計(jì)算的能力。電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析課程教學(xué)的難點(diǎn)在于如何讓學(xué)生掌握將電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)中所學(xué)的各種電力系統(tǒng)元件的數(shù)學(xué)模型用網(wǎng)絡(luò)方程聯(lián)系起來(lái)并轉(zhuǎn)化為程序代碼的方法，進(jìn)而用相應(yīng)的數(shù)值算法求解之。這要求學(xué)生學(xué)好先修課程電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)、計(jì)算方法和程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。但由于后兩門(mén)課程開(kāi)設(shè)較早，學(xué)生掌握情況差異也很大，所以極不利于教學(xué)。因此，我們結(jié)合選用的電力系統(tǒng)分析教材，以MATLAB作為軟件工具來(lái)實(shí)現(xiàn)各種電力系統(tǒng)計(jì)算程序。這樣可以利用MATLAB軟件強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力和相對(duì)簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言，以減少教學(xué)過(guò)程中的不利因素，在促進(jìn)學(xué)生掌握電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析核心內(nèi)容的同時(shí)，也讓學(xué)生初步學(xué)習(xí)了MATLAB這個(gè)在科學(xué)和工程領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的軟件。作為電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析課程的輔助教學(xué)材料，其內(nèi)容從MATLAB軟件的基本操作，到電力系統(tǒng)三大基本計(jì)算，共由七個(gè)上機(jī)實(shí)驗(yàn)組成。所有七個(gè)實(shí)驗(yàn)均為課程教學(xué)過(guò)程中必做的基本實(shí)驗(yàn)。下一步將考慮加入初步制訂電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的綜合實(shí)驗(yàn)，可供課程設(shè)計(jì)時(shí)選做。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中均附有相應(yīng)的思考題，學(xué)生可通過(guò)其拓展思路，或圍繞思考題完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。本材料系倉(cāng)促中形成的初稿，難免存在錯(cuò)誤和不妥之處。敬請(qǐng)各位使用該材料的老師和同學(xué)提出寶貴的意見(jiàn)和建議。編者實(shí)驗(yàn)一MATLAB軟件的基本操作上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解MATLAB軟件的基本構(gòu)成；2、 熟悉集成界面菜單命令與各工作窗口；3、 掌握MATLAB的兩種運(yùn)行方式；4、 掌握獲取聯(lián)機(jī)幫助的手段；5、 通過(guò)聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)了解MATLAB的強(qiáng)大功能，學(xué)習(xí)程序編輯器的使用。預(yù)習(xí)要求 利用圖書(shū)館和互聯(lián)網(wǎng)資源，了解MATLAB軟件的基本信息。列舉出MATLAB軟件的主要特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 啟動(dòng)MATLAB軟件，識(shí)別出常用的四個(gè)窗口命令窗口（Command Window）、歷史命令窗口（Command History）、工作空間瀏覽器（Workspace Browser）。2、 在用戶(hù)盤(pán)上以自己的學(xué)號(hào)建立一個(gè)文件夾，并將該文件夾設(shè)置為當(dāng)前工作路徑。在命令窗口中可以執(zhí)行與Dos命令一樣的文件操作。3、 在命令窗口中執(zhí)行“helpdesk”命令，仔細(xì)閱讀MATLAB的聯(lián)機(jī)幫助，了解該幫助系統(tǒng)的使用方法。從Demos中找到Basic Matrix Operations的m文件，將其復(fù)制到當(dāng)前工作路徑下，并運(yùn)行之。4、 從主界面中的start出發(fā)，打開(kāi)程序編輯器（Editor），用該編輯器打開(kāi)工作路徑下的m文件。在求A陣特征值的代碼行設(shè)置斷點(diǎn)，在調(diào)試狀態(tài)下運(yùn)行該文件，并單步運(yùn)行斷點(diǎn)后的代碼。運(yùn)行結(jié)束后，清除斷點(diǎn)，將工作區(qū)中的變量存入數(shù)據(jù)文件，然后利用Array Editor讀出矩陣B的值。5、 閱讀幫助文檔中自己感興趣的部分，并嘗試運(yùn)行Demos的相關(guān)代碼。 思考題及說(shuō)明1、 MATLAB軟件是什么？有什么特點(diǎn)？2、 怎樣在命令窗口中進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算？3、 如何獲得命令或函數(shù)的幫助文檔？4、 MATLAB軟件可能給自己的學(xué)習(xí)帶來(lái)哪些幫助？5、與實(shí)驗(yàn)二合并提交上機(jī)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)二MATLAB 程序的基本結(jié)構(gòu)上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握常用數(shù)據(jù)類(lèi)型與運(yùn)算符；2、 掌握m文件的兩種格式：腳本與函數(shù)；3、 掌握順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、分枝結(jié)構(gòu)和程序流程控制語(yǔ)句；4、 掌握用M文件編輯器進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)試的方法。5、 掌握用MATLAB繪制二維圖形的基本方法。預(yù)習(xí)要求1、閱讀MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的相關(guān)書(shū)籍，與學(xué)習(xí)過(guò)的高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行類(lèi)比；2、列出實(shí)現(xiàn)三種結(jié)構(gòu)的和程序流程控制的關(guān)鍵字和語(yǔ)法規(guī)則；3、學(xué)習(xí)MATLAB函數(shù)的編寫(xiě)方法。上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 上機(jī)求解下面的電路問(wèn)題，的腳本文件已經(jīng)給出。已知某個(gè)電路的端電壓的表達(dá)式為：區(qū)間時(shí)，試?yán)L制電壓的波型。提示：在MATLAB的M文件編輯器中鍵入以下命令語(yǔ)句，并保存為ex2_1.m：Clear,clc,closet=0:0.5:10;u=6*exp(-2*t);plot(t,u);title(RC電路的電壓響應(yīng)曲線(xiàn));xlabel(時(shí)間/s);ylabel(電壓/v)grid%然后，再在MATLAB的命令窗口中鍵入：ex2_1。注意工作路徑的設(shè)置。2、 已知電路如圖2.1所示，編寫(xiě)用網(wǎng)孔法求回路電流的MATLAB腳本文件，命名為ex2_2.m，并上機(jī)驗(yàn)證之。I1I3I2101530305010V圖2.13、編寫(xiě)求解一元二次方程的MATLAB程序。要求：在腳本文件中循環(huán)提示輸入構(gòu)成不同方程的系數(shù)組合，然后調(diào)用求解函數(shù)得出結(jié)果。程序根據(jù)用戶(hù)的輸入情況判斷是否中止計(jì)算。思考題1、腳本與函數(shù)有何異同？2、MATLAB的數(shù)據(jù)類(lèi)型與其它高級(jí)語(yǔ)言相比有何特點(diǎn)？3、什么時(shí)候用for循環(huán)、什么時(shí)候用while循環(huán)？4、MATLAB函數(shù)必須遵循的規(guī)則有哪些？報(bào)告要求及其它說(shuō)明1、按實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式進(jìn)行提交；2、對(duì)驗(yàn)證的程序，報(bào)告必須包括應(yīng)用過(guò)程和結(jié)果；3、對(duì)自行編制的程序，報(bào)告必須包括文件清單、流程圖、源碼、計(jì)算實(shí)例及結(jié)果。4、結(jié)合思考題完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。鼓勵(lì)在報(bào)告的討論部分提出對(duì)例程的修改方案。實(shí)驗(yàn)三電力系統(tǒng)計(jì)算中常用的數(shù)值算法上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握高斯消去法、因子表法求解線(xiàn)性方程組的基本原理；2、掌握牛頓拉夫遜法求解非線(xiàn)性方程組的基本原理；3、了解歐拉法及改進(jìn)歐拉法求解微分方程的基本原理；4、讀懂課本中相應(yīng)算法的實(shí)現(xiàn)例程；5、掌握MATLAB針對(duì)上述算法提供的函數(shù)。預(yù)習(xí)要求1、回顧計(jì)算方法中的基本理論，準(zhǔn)備上述算法的計(jì)算流程圖；2、閱讀課本中的相應(yīng)程序，將各算法改編為獨(dú)立的函數(shù)文件。上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用高斯消去法求解實(shí)驗(yàn)二中的電路方程；2、將圖2.1中的電壓源分別改為2V、4V、6V、8V時(shí)，用因子表進(jìn)行求解，體會(huì)該算法帶來(lái)的益處；3、用牛頓拉夫遜法求解如下非線(xiàn)性方程組，注意保留迭代過(guò)程中的中間值。 思考題1、高斯消去法與因子表法有何異同？2、什么是雅可比矩陣？3、MATLAB提供的計(jì)算函數(shù)如何使用？有何特點(diǎn)？報(bào)告要求及其它說(shuō)明1、按實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式進(jìn)行提交；2、提交各個(gè)自行封裝的算法函數(shù)的文件清單、源碼和調(diào)用規(guī)則；3、結(jié)合思考題完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。鼓勵(lì)在報(bào)告的討論部分提出對(duì)例程的修改方案。實(shí)驗(yàn)四電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的生成算法；2、掌握電力系統(tǒng)計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備過(guò)程；3、了解節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)的基本原理和算法。預(yù)習(xí)要求1、讀懂課本中的算法實(shí)現(xiàn)代碼，將其改編為獨(dú)立的函數(shù)文件；2、整理課本例17.6的原始數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)成獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件；3、查閱資料了解某一商用或開(kāi)源電力系統(tǒng)仿真軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)文件的要求。上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、上機(jī)驗(yàn)證課本例17.617.8的計(jì)算結(jié)果；2、設(shè)計(jì)系統(tǒng)變更時(shí)修改導(dǎo)納矩陣的函數(shù)（參考課本P.323），并調(diào)試通過(guò)。思考題1、節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣與節(jié)點(diǎn)阻抗陣之間有何關(guān)系，二者之間如何轉(zhuǎn)換？2、網(wǎng)絡(luò)矩陣的修改函數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)計(jì)算有何作用？報(bào)告要求及其它說(shuō)明1、按實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式進(jìn)行提交；2、說(shuō)明原始數(shù)據(jù)文件的輸入要求；3、對(duì)驗(yàn)證的程序，報(bào)告必須包括應(yīng)用過(guò)程和結(jié)果；4、給出導(dǎo)納矩陣修正函數(shù)的調(diào)用規(guī)則及其實(shí)現(xiàn)代碼；5、結(jié)合思考題完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。鼓勵(lì)在報(bào)告的討論部分提出對(duì)例程的修改方案。實(shí)驗(yàn)五潮流計(jì)算上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握用N-L法計(jì)算潮流的基本原理和程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)；2、 掌握用PQ分解法計(jì)算潮流的基本原理和程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)。預(yù)習(xí)要求1、 準(zhǔn)備潮流計(jì)算前各種已知參數(shù)表格；2、 找出課本中兩個(gè)潮流例程中實(shí)現(xiàn)相同功能的代碼，設(shè)計(jì)合理的函數(shù)將其封裝起來(lái)。上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 上機(jī)驗(yàn)證課本例19.1和例19.2的計(jì)算結(jié)果；2、 將兩種算法的程序計(jì)算程序進(jìn)行合并，要求共用輸入、輸出部分，網(wǎng)絡(luò)方程形成函數(shù)和線(xiàn)性方程組求解函數(shù)，并實(shí)現(xiàn)算法的人工選擇；3、 根據(jù)實(shí)際的進(jìn)度（可選擇）進(jìn)一步豐富潮流計(jì)算程序的功能，如網(wǎng)絡(luò)修改、節(jié)點(diǎn)電壓越限提示、支路過(guò)載提示等功能。思考題1、 兩種算法的收斂過(guò)程圖中出現(xiàn)差異的原因是什么？2、 PQ分解法是如何利用電力系統(tǒng)特征的？3、 為什么PQ分解法在經(jīng)過(guò)很大的簡(jiǎn)化后卻不會(huì)降低計(jì)算結(jié)果的精度？4、 潮流計(jì)算中的平衡節(jié)點(diǎn)起什么作用？5、 為什么在用計(jì)算機(jī)對(duì)某網(wǎng)絡(luò)初次進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)往往是要調(diào)潮流，而并非任何情況下只一次送入初始值算出結(jié)果就行呢？要考慮什么條件？各變量是如何劃分的？哪些可調(diào)？哪些不可調(diào)？報(bào)告要求及其它說(shuō)明1、按實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式進(jìn)行提交；2、提供合并后計(jì)算程序的流程圖與源代碼；3、撰寫(xiě)合并后計(jì)算程序的使用說(shuō)明；4、結(jié)合思考題完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。鼓勵(lì)在報(bào)告的討論部分說(shuō)明進(jìn)一步豐富該計(jì)算程序的設(shè)想。實(shí)驗(yàn)六短路電流計(jì)算上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握電力系統(tǒng)短路計(jì)算的基本原理及算法；2、 掌握計(jì)算機(jī)求取轉(zhuǎn)移電抗的算法；3、 靈活掌握阻抗矩陣在短路計(jì)算中的應(yīng)用。預(yù)習(xí)要求1、 看懂課本的例程，將其劃分為相對(duì)獨(dú)立的模塊；2、 設(shè)計(jì)一個(gè)新的計(jì)算流程，合并課本第18章例程的計(jì)算功能；3、 整理故障計(jì)算必需的已知條件。上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 合并合并課本第18章例程。即要求實(shí)現(xiàn)計(jì)算指定節(jié)點(diǎn)各種故障條件下，各支路的故障電流分布情況。其中對(duì)于實(shí)用算法，可只提供計(jì)算電抗。提示：盡量使用先前實(shí)驗(yàn)中已封裝好的函數(shù)。2、 用新程序驗(yàn)證第18章的各例題。思考題1、 計(jì)算短路電流的目的是什么？2、 在計(jì)算短路電流時(shí)，是否用到了節(jié)點(diǎn)阻抗陣中的所有元素？據(jù)此，可以如何簡(jiǎn)化短路計(jì)算程序？3、 如果要以某一潮流分布情況作為短路計(jì)算的初值，如何考將潮流計(jì)算程序與短路計(jì)算程序聯(lián)系起來(lái)？報(bào)告要求及其它說(shuō)明參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)七靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算的基本原理；2、 掌握分段計(jì)算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程；3、 部分了解MATLAB矩陣分析、數(shù)值積分算法應(yīng)用。預(yù)習(xí)要求1、 看懂課本的例程；2、 用手工推導(dǎo)例20.1與例20.2的計(jì)算過(guò)程。上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 上機(jī)驗(yàn)證例20.1與例20.2的計(jì)算結(jié)果；2、 用MATLAB數(shù)值工具箱中的函數(shù)（解微分方程、求特征值）替代例程中的相應(yīng)部分，重復(fù)驗(yàn)證過(guò)程。思考題1、 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性計(jì)算方法可能應(yīng)用于什么樣的實(shí)際系統(tǒng)中？2、 MATLAB提供的算法有何特點(diǎn)？報(bào)告要求及其它說(shuō)明1、按實(shí)驗(yàn)報(bào)告