南昌大學電力系統(tǒng)分析實驗報告

1、南昌大學實驗報告實驗類型： 驗證 綜合 設計 創(chuàng)新 實驗日期： 實驗成績： 一、實驗項目名稱 電力網(wǎng)數(shù)學模型模擬實驗二、實驗目的與要求：本實驗通過對電力網(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。通過實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，掌握數(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

2、題結合起來。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、實驗步驟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。（1） 編程思想 i 無變壓器支路的節(jié)點導納矩陣計算方法。以下語句用于輸入題目已知節(jié)點之間的導納和阻抗值：z=input('請輸入由節(jié)點號對應的阻抗形成的矩陣：z=');y=input('請輸入由節(jié)點號對應導納形成的矩陣：y=');%其中，yii即為i節(jié)點對地導納yii0，兩節(jié)點之間無直接相連的通路則yij

3、輸入為0，zij輸入為inf（即無窮大），zii也輸入為inf。以下語句用于計算無變壓器支路的節(jié)點導納矩陣：for(i=1:n)for(j=1:n)y(i,i)=sum(y(i,:),2)+sum(1./z(i,:),2);if j=iy(i,j)=y(i,i);elsey(i,j)=-1/z(i,j); endendend%其中，對角線元素yii=yii0+jyij=yii0+j1zij非對角線元素yij=-yik ii變壓器支路的等值電路1:k圖1 變壓器支路的型等值電路kzk*kz/(1-k)kz/(k-1)jjizi當節(jié)點a，b間接有變壓器支路時（見圖1），當然可以用型等值電路，然后按

4、照上述原則形成導納矩陣。但在實際應用程序中，往往直接計算變壓器支路對導納矩陣的影響。根據(jù)圖1-5-1可以寫出節(jié)點a，b的自導納和節(jié)點間的互導納增量分別如下：節(jié)點a的自導納改變量式（i-1）： yii=1kz+k-1kz=1z （i-1） 節(jié)點j的自導納改變量式（i-2）： yjj=1kz+1-kk2z=1k2z （i-2） 增加節(jié)點i，j間的互導納式（i-3）： yij=yji=-1kz （i-3） 注意：在輸入電路已知參數(shù)時，將k以矩陣形式輸入，若i、j兩節(jié)點之間無變壓器，則kij=1,（kii=1），若i、j之間有變壓器則將靠近變壓器的一端記為節(jié)點j，靠近阻抗的一端記為節(jié)點i，輸入人員將k

5、ij輸入為變壓器變比，而kji以1輸入。程序段中for(i=1:n)for(j=1:n)if k(i,j)=1 y(j,i)=(1-k(i,j)/(k(i,j)*k(i,j)*z(i,j); y(i,j)=(k(i,j)-1)/(k(i,j)*z(i,j); z(i,j)=k(i,j)*z(i,j); z(j,i)=z(i,j);endendend%判斷兩個節(jié)點之間是否有變壓器，如果k1則對節(jié)點之間的導納和阻抗矩陣進行修改，得到新的yij和zij（2）源代碼如下：clcclear n=input('請輸入節(jié)點數(shù)：n='); z=input('請輸入由節(jié)點號對應的阻抗形成

6、的矩陣：z=');y=input('請輸入由節(jié)點號對應導納形成的矩陣：y=');k=input('請輸入變比：k=');y=zeros(n);for(i=1:n)for(j=1:n)if k(i,j)=1 y(j,i)=(1-k(i,j)/(k(i,j)*k(i,j)*z(i,j); y(i,j)=(k(i,j)-1)/(k(i,j)*z(i,j); z(i,j)=k(i,j)*z(i,j); z(j,i)=z(i,j);endendendfor(i=1:n)for(j=1:n)y(i,i)=sum(y(i,:),2)+sum(1./z(i,:),2);

7、if j=iy(i,j)=y(i,i);elsey(i,j)=-1/z(i,j); endendend2、 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。將例題中的已知條件如下依次輸入:n=5z=inf 0.105i inf inf inf;0.105i inf 0.024+0.065i 0.03+0.08i inf;inf 0.024+0.065i inf 0.018+0.05i inf;inf 0.03+0.08i 0.018+0.05i inf 0.184i;inf inf inf 0.184i infy=0 0 0 0 0 ;0 0 0+0.0160i 0

8、+0.0200i 0;0 0+0.0160i 0 0+0.0130i 0;0 0+0.0200i 0+0.0130i 0 0;0 0 0 0 0k=1.0000 1.0500 1.0000 1.0000 1.0000;1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000;1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000;1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000;1.0000 1.0000 1.0000 0.9600 1.00004、 對調(diào)試正確的計算程序進行存儲、打印。5、 完成本次實驗的實驗報告。五、實驗數(shù)據(jù)及處理結果 運行自行

9、設計的程序，把結果與手工計算結果相比較，驗證所采用方法及所編制程序運行的正確性。1手算節(jié)點導納矩陣：詳細計算過程見課本p73例4-1其結果為：0.0000-j9.52380.0000+j9.07030000.0000+j9.07039.1085-i33.1002j13.5388-4.9989j10.9589-4.106900j13.5388-4.998911.3728-j31.2151j17.7053-6.373900j10.9589-4.1069j17.7053-6.373910.4835-j34.52830.0000+j5.66120000.0000+j5.66120.0000-j5.43

10、482用matlab程序計算節(jié)點導納矩陣實驗結果： 對比可知通過比較，發(fā)現(xiàn)得到的節(jié)點導納矩陣中大部分的數(shù)據(jù)是相同的，只是少部分的結果有微小誤差。這也就說明了手算能得到同樣的結果，但我們發(fā)現(xiàn)用一般手算計算節(jié)點導納矩陣比用計算機編程計算節(jié)點導納矩陣繁瑣了很多，而一個系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)不可能是幾個，而是由許多的節(jié)點構成的，若在此時用一般手算計算節(jié)點導納矩陣，這就顯得非常復雜，在實際操作過程當中也沒有那么多的時間去讓我們?nèi)ビ檬炙阌嬎愎?jié)點導納矩陣。所以在電力系統(tǒng)中我們往往都是采用計算機編程計算節(jié)點導納矩陣，這樣大大提高了工作效率。六、思考討論題或體會或對改進實驗的建議1什么是輸入阻抗？什么是轉移阻抗？網(wǎng)絡化簡

11、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)絡結構發(fā)生變化時，如何修改？答：節(jié)點導納矩陣階數(shù)等于系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)； 節(jié)點導納矩陣的互導納yij在數(shù)值上等于聯(lián)接節(jié)點i、j的支路導納的負值；節(jié)點導納矩陣的修改（1） 從網(wǎng)絡的

12、原有節(jié)點i引出一條導納為yik 的支路，同時增加一個節(jié)點k，由于節(jié)點數(shù)加1，導納矩陣將增加一行一列。新增的對角線元素ykk=yik。新增的非對角線元素中，只有yik =yki = -yik，其余的元素都為矩陣的原有部分，只有節(jié)點i的自導納應增加yii=yik。（2） 在網(wǎng)絡的原有節(jié)點i、j之間增加一條導納為yij的支路。由于只增加支路，不增加節(jié)點，故導納矩陣的階次不變。因而只要對與節(jié)點i、j有關的元素分別增添以下的修改增量即可：yii=yjj=yij ， yij=yji=-yij其余元素都不用修改。（3） 在網(wǎng)絡的原有節(jié)點i、j之間切除一條導納為yij的支路，這種情況可以當做是在i、j節(jié)點間增

13、加一條導納為-yij的支路來處理，因此，導納矩陣中有關元素的修正增量為yii=yjj=-yij ， yij=yji=yij舉例：如將例4-1中節(jié)點4、5間變壓器變比由=0.96改為=0.98后作節(jié)點導納矩陣的修改：變比修改后，相當于先切除變比為的變壓器，再接入變比為的變壓器。與之相關的4、5節(jié)點的導納值要發(fā)生變化，而網(wǎng)絡的其他元素不發(fā)生變化。利用例4-1中結果，與節(jié)點4、5有關的導納矩陣元素的修正增量應為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：節(jié)點導納矩陣中，yik =iivk|vj=0,jk當k=i時，上述公式說明，當網(wǎng)絡中

14、除節(jié)點i以外，所有節(jié)點都接地時，從節(jié)點i注入網(wǎng)絡的電流同施加于節(jié)點i的電壓之比，即等于節(jié)點i的自導納yii。換句話說，自導納yii是節(jié)點i以外所有節(jié)點都接地時節(jié)點i對地的總導納。當ki時，公式說明，當網(wǎng)絡中除節(jié)點k以外所有接地都接地時，從節(jié)點i流入網(wǎng)絡的電流同施加于節(jié)點k的電壓之比，即等于節(jié)點k、i之間的互導納yik 。在這種情況下，節(jié)點i的電流實際上是自網(wǎng)絡流出并流入地中的電流，所以yik 應等于節(jié)點k、i之間的支路導納的負值。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

15、電力出版社南昌大學實驗報告學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 實驗類型： 驗證 綜合 設計 創(chuàng)新 實驗日期： 11.30 實驗成績： 一、實驗項目名稱 電力網(wǎng)數(shù)學模型模擬實驗二、實驗目的與要求：本實驗通過對電力網(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。通過實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，掌握數(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

16、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、實驗步驟6、 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。7、 在相應的編程環(huán)境下對程序進行組織調(diào)試。8、 應用計算例題驗證程序的計算效果。9、 對調(diào)試正確的計算程序進行存儲、打印。10、 完成本次實驗的實驗報告。五、實驗數(shù)據(jù)及處理結果 運行自行設計的程序，把結果與手工計算結果相比較，驗證所采用方法及所編制程序運行的正確性。實驗程序：cle

17、ar clc;z=inf,0.10+0.40i,0.3i,0.12+0.50i;0.10+0.40i,inf,inf,0.08+0.40j;0.3i,inf,inf,inf;0.12+0.50i,0.08+0.40i,inf,inf; （各支路的阻抗）y=0,0.01528i,0,0.01920j;0.01528i,0,0,0.01413j;0,0,0,0;0.01920i,0.01413i,0,0; （各支路的導納）y=zeros(4,4);for(i=1:4), for(j=1:4), if i=j y(i,j)=y(i,j) else y(i,j)=-1.0/z(i,j) end end

18、end for (i=1:4), for(j=1:4), y(i,i)=y(i,i)+y(i,j)+1.0/z(i,j) end endy(1,1)=y(1,1)-1.0/z(3,1)+1.1*1.1/z(3,1) （對變壓器支路的兩個節(jié)點進行修正）y(1,3)=y(1,3)*1.1y(3,1)=y(3,1)*1.1運行結果，實驗結果導納截圖：手工計算結果：y11=y140+y120+1/z12+1/z14+1.1*1.1/z13=j0.01920+j0.01528+1/(0.10+j0.40)+ 1/(0.12+j0.50)+ 1.1*1.1/j0.3=1.0241-j8.2429y12=y

19、21=-1/z12=1/(0.10+j0.40)=-0.5882+j2.3529y13=y31=-1.1/z13=-1.1/j0.3=j3.667y14=y41=-1/z14=1/(0.12+j0.50)=-0.4539+j1.8911y22=y210+y240+1/z21+1/z24=j0.01528+j0.01413+1/(0.10+j0.40)+1/(0.08+j0.40)=1.069-j4.7274y24=y42=-1/z24=-1/(0.08+j0.40)=-0.4808+j2.4038y33=1/z13=1/(j0.3)=-j3.333y44=y410+y420+1/z14+1/z

20、42=j0.01920+j0.01413+1/(0.12+j0.50)+1/(0.08+j0.40)=0.9346-j4.2616六、思考討論題或體會或對改進實驗的建議1什么是輸入阻抗？什么是轉移阻抗？網(wǎng)絡化簡的方法有哪些？答: 輸入阻抗就是指節(jié)點的自阻抗即節(jié)點i單獨注入電流時，在節(jié)點i產(chǎn)生電壓與電流之比；轉移阻抗就是指節(jié)點i單獨注入電勢，與在短路點j產(chǎn)生的電流之比；網(wǎng)絡化簡方法有高斯消去法：也就是帶有節(jié)點電流移置的星網(wǎng)變換； 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)絡結構發(fā)生變化時，如何修改？答：（

21、1）節(jié)點導納矩陣的形成過程：列寫節(jié)點電壓方程：以零電位點為計算節(jié)點電壓參考點，根據(jù)基爾霍夫電流定律，寫出各獨立節(jié)點電流平衡方程，經(jīng)整理后形成矩陣方程：。矩陣y就是所求節(jié)點導納矩陣。（2）節(jié)點導納矩陣階數(shù)等于系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)（注：不包括接地點）。（3）節(jié)點導納矩陣的互導納數(shù)值上等于節(jié)點i、j間支路導納的負值，即。（4）對于網(wǎng)絡結構發(fā)生的變化主要有這幾種形式：從網(wǎng)絡的原有節(jié)點i引出一條支路；在網(wǎng)絡的原有節(jié)點ij之間增加一條支路；在網(wǎng)絡的原有節(jié)點之間切除一條支路。下面如將例中節(jié)點1、3間變壓器變比由k13=1.1改為k=1后作節(jié)點導納矩陣的修改：變比修改后，相當于先切除變比為1.1的變壓器，再接入變比為

22、1的變壓器。與之相關的1、3節(jié)點的導納值y33、y11、y31、y13要發(fā)生變化，而網(wǎng)絡的其他元素不發(fā)生變化。利用上述的計算結果y11=y11-1.1*1.1/+1/z13=1.0241-j8.2429-1.1*1.1/j0.3+1/j0.3=1.0241-j7.5429y33= y33= =1/(j0.3)=-j3.333y13=y31= -1/z13=-j3.3333.節(jié)點電壓方程的求解方法有哪些？答;節(jié)點電壓方程的求解方法有：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：節(jié)點阻抗矩陣元素的物理意義：在節(jié)點k單獨注入電流，在節(jié)點k產(chǎn)生的電壓同注入電流之比，即等于節(jié)點

23、k的自阻抗;在節(jié)點i產(chǎn)生的電壓同節(jié)點k注入電流之比，即等于節(jié)點k和節(jié)點i之間的互阻抗。節(jié)點阻抗矩陣的形成：將節(jié)點電壓方程：改寫成,式中就是阻抗矩陣七、實驗體會通過本次實驗，對節(jié)點導納矩陣的求解有了更深的認識，特別是怎么求解一個網(wǎng)絡的支路節(jié)點導納和有變壓器的支路的導納有了更深的了解。為以后在求解類似的問題中有了一定的基礎。通過實驗呢更是加深了對求解的過程，應先怎么辦，再怎么做有了了解。還有在本次實驗中對于matlab的使用有了一定的基礎，雖然時間很短，但在實驗之后對于用matlab軟件來求解電力系統(tǒng)中問題總是有一定的方便性認識更深。八、參考資料5. 電力系統(tǒng)分析何仰贊 華中科技大學出版社6. 電

24、力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析陳珩 中國電力出版社7. 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析李光琦 中國電力出版社8. 電力系統(tǒng)計算 水利電力出版社實驗素材：南昌大學實驗報告學生姓名： 學號： 專業(yè)班級： 實驗類型： 驗證 綜合 設計 創(chuàng)新 實驗日期： 12.7 實驗成績： 一、實驗項目名稱 電力系統(tǒng)短路計算實驗二、實驗目的與要求：目的：通過實驗教學加深學生的基本概念，掌握電力系統(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)計算和仿真實驗，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

25、力系統(tǒng)仿真的過程分析。要求：l、 使學生掌握對電力系統(tǒng)進行計算、仿真試驗的方法，了解實驗對電力系統(tǒng)分析研究的必要性和意義。2、使學生掌握使用實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、實驗步驟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. 完成本次實驗的實驗報告。五、實驗數(shù)據(jù)及處理結

26、果運行自行設計的程序，把結果與例題的計算結果相比較，驗證所采用的短路電流計算方法及程序運行的正確性。如果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)。實驗程序：clear clc;z=0.2i,inf,0.51i,inf;inf,4i,0.59i,inf;0.51i,0.59i,inf,1.43i;inf,inf,1.43i,inf;y=0,0,0,0;0,0,0,0;0,0,0,0;0,0,0,0;f=4;y=zeros(4,4);for(i=1:4), for(j=1:4), if i=j y(i,j)=y(i,j) else y(i,j)=-1.0/z(i,j) e

27、nd endend for (i=1:4), for(j=1:4), y(i,i)=y(i,i)+y(i,j)+1.0/z(i,j) end endz=inv(y);if=1/z(f,f);實驗結果：if=0-0.48902i 實驗例題所給結果短路電流：if = - j0.4895，與程序運行結果在誤差允許范圍之內(nèi)，故驗證了該程序的正確性。六、思考討論題或體會或對改進實驗的建議1. 理解課本上講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)對稱短路）時，電樞磁勢大小不隨時間變化，而在空間以同步速旋轉，同轉子沒有相對運動，故不會在轉子繞組中感應電流。突然短路時，定子電流發(fā)生急劇的變化，電樞反應磁通也隨著變化，定轉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，短路后定子側將出現(xiàn)：基頻電流，由三相對稱繞組的基頻電流產(chǎn)生的交變磁鏈，用以抵消轉子主磁場對定子各相繞組產(chǎn)生的交變磁鏈；直流：對各繞組產(chǎn)生的不變、，來維持定子繞組的磁鏈初值不變；倍頻電流：定