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：口驗證綜合口設計口創(chuàng)新實驗日期：實驗成績：一、實驗項目名稱電力網數(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數(shù)學模型形成的計算機程序的編制與調試，獲得形成電力網數(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)已知的電力網的接線圖及各支路參數(shù)由計算程序運行形成該電力網的節(jié)點導納矩陣。通過實驗教學加深學生對電力網數(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題結合起來

2、。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,.：即為i節(jié)點對地導納，兩節(jié)點之間無直接相連的通路則/輸入為0，輸入為inf（即無窮大），也輸入為inf。以下語句用于計算無變

3、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);ifj=iY(i,j)=Y(i,i);elseY(i,j)=-1/z(i,j);endendend%其中，對角線元素):=.:.二+二;:=.:.二+工_:非對角線元素Yij=y(k1:kkzkz/(k-l)k*kz/(l-k)1:kkzkz/(k-l)k*kz/(l-k)當節(jié)點a，b間接有變壓器支路時（見圖i）,當然可以用n型等值電路，然后按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

4、，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（1-1）：圖1圖1變壓器支路的n型等值電路I-1)節(jié)點j的自導納改變量式I-1)節(jié)點j的自導納改變量式(1-2)：I-2)增加節(jié)點i,j間的互導納式(1-3)：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，貝応.=1,G-：=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,輸入人員將輸入為變壓器變比，而廠以1輸入。程序段中for(i=1:n)for(j=1:n)ifk(i,j)=1y(j,i)=(1-k(i,j)/(k(i,j)*k(i,j)*z(i,j)

5、;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k二】則對節(jié)點之間的導納和阻抗矩陣進行修改，得到新的汀和二源代碼如下：clcclearn=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)ifk(i,j)=1y(j,i)=(1-k(i,j)/(k(i,j)

6、*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);ifj=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=inf0.105iinfinfinf;0.105iinf0.024+0.065i0

7、.03+0.08iinf;inf0.024+0.065iinf0.018+0.05iinf;inf0.03+0.08i0.018+0.05iinf0.184i;infinfinf0.184iinfy=00000;000+0.0160i0+0.0200i0;00+0.0160i00+0.0130i0;00+0.0200i0+0.0130i00;00000k=1.00001.05001.00001.00001.0000;1.00001.00001.00001.00001.0000;1.00001.00001.00001.00001.0000;1.00001.00001.00001.00001.00

8、00;1.00001.00001.00000.96001.00004、對調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-j31.2151j17.7053-6.373900j10.958

9、9-4.1069j17.7053-6.373910.4835-j34.52830.0000+j5.66120000.0000+j5.66120.0000-j5.43482用matlab程序計算節(jié)點導納矩陣實驗結果：1234510.0000-9.5238i0.0000+9.0703i0.0000+O.OOOOi0.0000+O.OOOOi0.0000+O.OOOOi20.0000+9.0703i9.1.085-33.1001i-4.99&04-13.538Si-4.10964-10.9589i0.00004-O.OOOOi30.0000+O.OOOOi49990+1.3.53S8i11.3729

10、-31.2153-6.3739+17.7054i0.0000+O.OOOOi40.0000+O.OOOOi-4.1096+1.0.9589i-6.3739+17.7054i104835-34.5284i0.0000+5.6612i50.0000+O.OOOOi0.00004-O.OOOOi0.00004-O.OOOOi0.00004-5.6612i0.0000-5.434Bi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)

11、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去用手算計算節(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？網絡化簡的方法有哪些？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。網絡化簡方法：星網

12、變換法，高斯消去法。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y.在數(shù)值上等于聯(lián)接節(jié)點i、j的支路導納的負值；ij節(jié)點導納矩陣的修改（1）從網絡的原有節(jié)點i引出一條導納為.:亡的支路，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。新增的對角線元素込尸二上。新增的非對角線元素中，只有匚-：丄，其余的元素都為矩陣的原有部分，只有節(jié)點i的自導納應增加二二=在網絡的原有節(jié)點i、j之間增加一條導納為汀的支路。由于只增加

13、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：二:=二匚=：.,，二.=二：=-：其余元素都不用修改。在網絡的原有節(jié)點i、j之間切除一條導納為汀的支路，這種情況可以當做是在i、j節(jié)點間增加一條導納為-.：,的支路來處理，因此,導納矩陣中有關元素的修正增量為二:=二=一，二=二；=舉例：如將例4-1中節(jié)點4、5間變壓器變比由k=0.96改為k=0.98后作節(jié)點5454導納矩陣的修改：變比修改后，相當于先切除變比為k的變壓器，再接入變比為k的變壓器。與5454之相關的4、5節(jié)點的導納值要發(fā)生變化，而網絡的其他元素不發(fā)生變化。利用例4-1中結果，

14、與節(jié)點4、5有關的導納矩陣元素的修正增量應為AY55=0,AY4410.982xj0.18410.962xj0.184=j0.2382AY=AY544510.98xj0.18410.96xj0.184=-j0.1155則變比變化后Y=10.4835-j34.5283+j0.2382=10.4835-j34.290144=Y=j5.6612-j0.1155=j5.5457=-j5.4348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=:=.當k=i時，上述公式說明，當網絡中除節(jié)點i以外，所有節(jié)點都接地時，從節(jié)點i注入網絡的電流

15、同施加于節(jié)點i的電壓之比，即等于節(jié)點i的自導納二。換句話說，自導納二是節(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k=i時，公式說明，當網絡中除節(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之間的互導納匚.。在這種情況下，節(jié)點i的電流實際上是自網絡流出并流入地中的電流，所以應等于節(jié)點k、i之間的支路導納的負值。七、參考資料電力系統(tǒng)分析何仰贊華中科技大學出版社電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析陳珩中國電力出版社電力系統(tǒng)暫態(tài)分析李光琦中國電力出版社電力系統(tǒng)計算水利電力出版社一、實驗項目名稱電力網數(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數(shù)學模型形成的計算

16、機程序的編制與調試，獲得形成電力網數(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)已知的電力網的接線圖及各支路參數(shù)由計算程序運行形成該電力網的節(jié)點導納矩陣。通過實驗教學加深學生對電力網數(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

17、步驟6、將事先編制好的形成電力網數(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試。8、應用計算例題驗證程序的計算效果。9、對調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：clearclc;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

18、的阻抗）y=0,0.01528i,0,0.01920j;0.01528i,0,0,0.01413j;各支路的導納）0,0,0,0;各支路的導納）0.01920i,0.01413i,0,0;Y=zeros(4,4);for(i=1:4),for(j=1:4),ifi=jY(i,j)=Y(i,j)elseY(i,j)=-1.0/z(i,j)endendendfor(i=1:4),for(j=1:4),Y(i,i)=Y(i,i)+y(i,j)+1.0/z(i,j)endendY(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)=

19、Y(1,3)*1.1Y(3,1)=Y(3,1)*1.1運行結果，實驗結果導納截圖：1.0421-8.2429i-0.5882+2.3529io+:3.666Ti-0.4539+1.8911i-0.5882+2.3529i1.0690-4.T2T4i0-0.4808+2.4038i0+3.6667i0o-:3.3333i0-0.4539+1.8911i-0.4808+2.4038i00.9346-4.2616irestart手工計算結果：Yyyzzz11=140+120+1/12+1/14+1.1*1.1/13=j0.01920+j0.01528+1/(0.10+j0.40)+1/(0.12+j

20、0.50)+1.1*1.1/j0.3=1.0241-j8.2429YY12=21=-1/z12=1/(0.10+j0.40)=-0.5882+j2.3529YYz13=31=-1.1/13=-1.1/j0.3=j3.667YYz14=41=-1/14=1/(0.12+j0.50)=-0.4539+j1.8911Yyyzz22=210+240+1/21+1/24=j0.01528+j0.01413+1/(0.10+j0.40)+1/(0.08+j0.40)=1.069-j4.7274YYz24=42=-1/24=-1/(0.08+j0.40)=-0.4808+j2.4038Yz33=1/13=1

21、/(j0.3)=-j3.333Yyyzz44=410+420+1/14+1/42=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？網絡化簡的方法有哪些？答：輸入阻抗就是指節(jié)點的自阻抗Z即節(jié)點i單獨注入電流I時，在節(jié)點i產生iii電壓V與電流I之比；轉移阻抗Z就是指節(jié)點i單獨注入電勢，與在短路點jiiji產生的電流之比；網絡化簡方法有高斯消去法：也就是帶有節(jié)點電流移置的星網變換；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

22、？節(jié)點導納矩陣的互導納yij在數(shù)值上等于什么？舉例說明當網絡結構發(fā)生變化時，如何修改？答：(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，經整理后形成矩陣方程：YV二I。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)。節(jié)點導納矩陣的互導納Y數(shù)值上等于節(jié)點i、間支路導納的負值，即-y。ijij對于網絡結構發(fā)生的變化主要有這幾種形式：從網絡的原有節(jié)點i引出一條支路；在網絡的原有節(jié)點ij之間增加一條支路；在網絡的原有節(jié)點之間切除一條支路。下面如將例中節(jié)點1、間變壓器變比由K13=

23、l.l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1的變壓器。與之相關的1、3節(jié)點的導納值Y33、丫弘Yi3要發(fā)生變化，而網絡的其他元素不發(fā)生變化。利用上述的計算結果11=Yz11=Y11-1.1*1.1/+1/13=1.0241-j8.2429-1.1*1.1/j0.3+1/j0.3=1.0241-j7.5429Y33=33=1/(j0.3)=-j3.333Yz13=31=-1/13=-j3.333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

24、意義：在節(jié)點k單獨注入電流，在節(jié)點k產生的電壓同注入電流之比，即等于節(jié)點k的自阻抗Z;在節(jié)點i產生的電壓同節(jié)點k注kk入電流之比，即等于節(jié)點k和節(jié)點i之間的互阻抗Z。ik節(jié)點阻抗矩陣的形成：將節(jié)點電壓方程：YV二I改寫成ZI二V,式中Z二Y-1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

25、求解電力系統(tǒng)中問題總是有一定的方便性認識更深。八、參考資料電力系統(tǒng)分析何仰贊華中科技大學出版社電力系統(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：口驗證綜合設計口創(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

26、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)對電力系統(tǒng)仿真的過程分析。要求：1、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每組計算機1臺、相關計算軟件1套四、實驗步驟將事先編制好的形成電力網數(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。在相應的編程環(huán)境下對程序進行組織調試。應用計算例題驗證程序的計算效果。對調試正確的計算程序進行存儲、打印。完成本次實驗的實

27、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生的誤差是否在運行范圍內。實驗程序：clearclc;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),ifi=jY(i,j)=Y(i,j)elseY(i,j)=-1.0/z

28、(i,j)endendendfor(i=1:4),for(j=1:4),Y(i,i)=Y(i,i)+y(i,j)+1.0/z(i,j)endendZ=inv(Y);If=1/Z(f,f);實驗結果：If=0-0.48902i實驗結果：If=0-0.48902i0-6.9608iD+1.9603i0-6.9608iD+1.9603i0-0.0-I.S449i0*1.6949i0*IJSOBi0+rem0-3550i0+0上劉3i0t0.6993i0-Q刪i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，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

29、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生的交變磁鏈，用以抵消轉子主磁場對定子各相繞組產生的交變磁鏈；直流i：對各繞組產生的不變屮、屮、屮，來apa0b0c0維持定子繞組的磁鏈初值不變;倍頻電流i:定子各相直流產生的恒定磁勢，20當轉子旋轉時，因轉子縱橫軸磁阻不同，轉子每轉過1800，磁阻經歷一個變化周期，為適應磁阻的變化，產生倍頻電流與直流共同作用，才能維持定子側磁鏈初值不變。轉子側產生：附加直流分量Ai:為抵消定子電流對轉子產生的強烈電樞反應fa影響，維持磁鏈不變，該附加直流與原直流同向，加強了勵磁繞組的磁場，而且Ai產生磁通的一部分也要穿過定子繞組，故激起定子基頻電流大大超過穩(wěn)態(tài)短fa路電流轉子基頻交流：為抵消定子的直流和倍頻電流產