华中科技大学电气级电力系统分析课程设计

1（仅供参考学习之用，请勿抄袭）此为 16 开的纸张，打印的时候直接缩放到 A4 规格，不需要重新排版。2011-2012 第二学期课程设计电力系统短路故障的计算机算法程序设计姓 名 学 号 班 级 电气 09xx 班指导教师 王丹老师 2目录一、课程设计说明3二、选择所用计算机语言的理由3三、程序主框图、子框图及主要数据变量说明4四、三道计算题及网络图8五、设计体会15六、参考文献16七、附录（主程序及其注释）173电分课设报告一、课程设计说明根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个切实可行的电力系统计算应用程序。通过自己设计电力系统计算程序使同学对电力系统分析有进一步理解，同时加强计算机实际应用能力的训练。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的“短接” 。在电力系统正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，我们就称电力系统是发生了短路故障。在三相系统中，短路故障可分为两大类：即对称短路（三相短路）和不对称短路（两相短路、两相接地短路、单相接地短路） 。其中三相短路虽然发生的机会较少，但情况严重，又是研究其它短路的基础。所以我们先研究最简单的三相短路电流的暂态变化规律。二、选择所用计算机语言的理由我使用的是第四代计算机语言的 MATLAB，利用其丰富的函数资源，它的优点如下： 1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB 程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用 MATLAB 进行科技开发是站在专家的肩膀上。2）运算符丰富。由于 MATLAB 是用 C 语言编写的，MATLAB 提供了和 C 语言几乎一样多的运算符，灵活使用 MATLAB 的运算符将使程序变得极为简短。3）MATLAB 既具有结构化的控制语句（如 for 循环，while 循环，break 语句和if 语句） ，又有面向对象编程的特性。4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在 MATLAB 里，用户无需对矩阵预定义就可使用。5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。6）MATLAB 的图形功能强大。在 FORTRAN 和 C 语言里，绘图都很不容易，但在4MATLAB 里，数据的可视化非常简单。MATLAB 还具有较强的编辑图形界面的能力。7）MATLAB 的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB 的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。8）功能强大的工具箱是 MATLAB 的另一特色。MATLAB 包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox 等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究。9）源程序的开放性。开放性也许是 MATLAB 最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。三、程序主框图、子框图及主要数据变量说明算法说明：利用节点阻抗矩阵计算短路电流如图所示，假定系统中的节点 f 经过过渡阻抗发生短路。对于正常状态的网络而言，发生短路相当于在故障节点 f 增加了一个注入电流 。因此，网络中任一节点 i 的电压可表示为： 由式可见，任一节点电压 i 的电压都由两项叠加而成。第一项是当 时由网络内所有电源在节点 i 产生的电压，也就是短路前瞬间正常运行状态下的节点电压，记为 。第二项是当网络中所有电流源都断开，电势源都短接时，仅仅由短路电流 在节点 i 产生的电压。这两个分量的叠加，就等于发生短路后节点 i 的实际电压，即公式二Gj fifjii IZIV)0(ifI fifii IZV)0(fI5公式二也适用于故障节点 f，于是有是故障节点 f 的自阻抗，也称输入阻抗。方程式含有两个未知量 ，根据故障的边界条件：由以上两个方程式解出：而各节点初始电压 Gjjijiji zEZIV)0(求出 后，节点 i 电压fI )0()0()0( fffififiii VzZVIZV为了得到精确计算结果，本程序计算过程中，使用精确算法。任一支路的电流pqpqzVkI对于非变压器支路，令 k=1 即可。fz f fI fz f 有 源 网 络 ZN fI fV (0)fV fZ ffff IZV)0(fZf,ffIffffI)0(6程序主框图：7其中计算模块包含一个子流程图：主要数据变量说明：程序中：n 节点数f 短路节点序号z 任意节点间阻抗矩阵g_z 发电厂阻抗矩阵g_v 发电厂电压矩阵louy 网络漏抗导纳矩阵Z 网络节点阻抗矩阵Y 网络节点导纳矩阵If 短路点电流V 网络节点电压矩阵I 网络支路电流矩阵A 文件导入时存入的矩阵名称p 发电机阻抗矩阵存放在 A 中的行序号，所以 p-1 就是发电机台数Q 漏抗导纳矩阵存放在 A 中的行序号，所以 q-1 就是漏抗数8四、三道计算题及网络图例题 6-3其中 3 号节点发生三相短路。输入数据及说明：节点总数 n=5短路节点序号 f=3输入节点间阻抗矩阵z= j*发电机阻抗矩阵（第一列是发电厂节点序号，第二列是发电厂阻抗，第三列为发电厂电压）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输出数据及说明：短路点电流 -5.3767fI各支路电流矩阵I= j*各节点电压矩阵V=节点导纳矩阵Y= j*节点阻抗矩阵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