matlab正文Word下载.docx
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4仿真实例17
5仿真结果分析23
5.1f1点短路分析23
5.2f2点短路分析23
总结25
致谢26
参考文献27
1引言
电能作为洁净的二次能源，在当代社会的能源比重原来越发挥着它不可替代的作用。
电力行业是国民经济的支柱产业，优质可靠的电力供应是现代化社会持续稳定发展的重要保证。
因此，保证电力系统运行的安全性，可靠性，快速性等至关重要。
而输电线路负担着传送电能的重要任务，是电力系统的经济命脉，其故障直接威胁到电力系统的安全运行，同时也是电力系统中发生故障最多的地方。
电力系统输电线路上经常发生各种短路故障，在故障点有些故障比较明显，容易辨别，有些故障则难以发觉，如在中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于接地电流小，所以在故障点造成的损害小，当保护切除这一故障后，故障点有时很难查找，但这一故障点由于绝缘已经发生变化，相对整个线路来讲比较薄弱，很可能就是下次故障的发生地，因此，仍然需要尽快找到其位置。
其次，输电线路穿越的地形复杂，气候恶劣，特别是远距离输电线路，难免要穿越山区，沙漠这些人迹罕至的偏僻地带，交通十分不便。
再者，多数故障往往发生在风雪，雷雨等较为恶劣的天气中发生。
另外，我国电力系统的巡线装备简陋，使得故障测距的准确度，对故障巡线工作起了关键性的作用。
电力系统的故障一般分为简单故障和各种复杂故障。
简单故障是指电力系统正常运行时某一处发生短路或断线故障的情况，其又可分为短路故障（横向故障）和断线故障（纵向故障），而复杂故障则是指两个或两个以上简单故障的组合。
由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。
它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。
由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。
因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。
据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。
建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。
电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重要组成部分。
电力系统的出现，使用高效、无污染、使用方便、易于控制的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。
电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。
电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。
电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能；
电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。
它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户连接。
电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。
它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。
为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。
它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。
系统的运行指组成系统的所有环节都处于执行其功能的状态。
系统运行中，由于电力负荷的随机变化以及外界的各种干扰（如雷击等）会影响电力系统的稳定，导致系统电压与频率的波动，从而影响系统电能的质量，严重时会造成电压崩溃或频率崩溃。
系统运行分为正常运行状态与异常运行状态。
其中，正常状态又分为安全状态和警戒状态；
异常状态又分为紧急状态和恢复状态。
电力系统运行包括了所有这些状态及其相互间的转移。
各种运行状态之间的转移需通过不同控制手段来实现。
电力系统在保证电能质量、实现安全可靠供电的前提下，还应实现经济运行，即努力调整负荷曲线，提高设备利用率，合理利用各种动力资源，降低燃料消耗、厂用电和电力网络的损耗，以取得最佳经济效益。
电力系统的发展是研究开发与生产实践相互推动、密切结合的过程，是电工理论、电工技术以及有关科学技术和材料、工艺、制造等共同进步的集中反映。
电力系统的研究与开发，还在不同程度上直接或间接地对于信息、控制和系统理论以及计算技术起了推动作用。
反过来，这些科学技术的进步又推动着电力系统现代化水平的日益提高。
从19世纪末到20世纪20、30年代，交流电路的理论、三相交流输电理论、分析三相交流系统的不平衡运行状态的对称分量法、电力系统潮流计算、短路电流计算、同步电机振荡过程和电力系统稳定性分析、流动波理论和电力系统过电压分析等均已成熟，形成了电力系统分析的理论基础。
随着系统规模的增大，人工计算已经远远不能适应要求，从而促进了专用模拟计算工具的研制。
20世纪20年代，美国麻省理工学院电机系首次研制成功机械式模拟计算机──微分仪，后来改进成为电子管、继电器式模拟计算机，以后又研制成直流计算台和网络分析仪,成为电力系统研究的有力工具。
50年代以来,电子计算机技术的发展和应用，使大规模电力系统的精确、快速计算得以实现，从而使电力系统分析的理论和方法进入一个崭新的阶段。
在电力系统的主体结构方面，燃料、动力、发电、输变电、负荷等各个环节的研究开发，大大提高了电力系统的整体功能。
高电压技术的进步，各种超高压输变电设备的研制成功，电晕放电与长间隙放电特性的研究等，为实现超高压输电奠定了基础。
新型超高压、大容量断路器以及气体绝缘全封闭式组合电器，其额定切断电流已达100千安，全开断时间由早期的数十个工频周波缩短到1～2个周波，大大提高了对电网的控制能力,并且降低了过电压水平。
依靠电力电子技术的进步实现了超高压直流输电。
由电力电子器件组成的各种动力负荷，为节约用电提供了新的技术装备。
超导电技术的成就展示了电力系统的新前景。
30万千瓦超导发电机已经投入试运行，并且还继续研制容量为百万千瓦级的超导发电机。
超导材料性能的改进会使超导输电成为可能。
利用超导线圈可研制超导储能装置。
动力蓄电池和燃料电池等新型电源设备均已有千瓦级的产品处于试运行阶段，并正逐步进入工业应用,这些研究课题有可能实现电能储存和建立分散、独立的电源，从而引起电力系统的重大变革。
在各工业部门中，电力系统是规模最大、层次很复杂、实时性要求严格的实体系统。
无论是系统规划和基本建设，还是系统运行和经营管理，都为系统工程、信息与控制的理论和技术的应用开拓了广阔的园地，并促进了这些理论、技术的发展。
针对电力系统的特点，60年代以来在电力系统运行的安全分析与管理中，在电力系统规划和设计中，都广泛引入了系统工程方法，包括可靠性分析及各种优化方法。
电子技术、计算机技术和信息技术的进步，使电力系统监控与调度自动化发展到一个新的阶段，并在理论上和技术上继续提出新的研究课题。
2软件介绍
2.1MATLAB
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB是matrix&
laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。
是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
2.2功能特性
表2-1主要功能
数值分析
数值和符号计算
工程与科学绘图
控制系统的设计与仿真
数字图像处理
数字信号处理
通讯系统设计与仿真
财务与金融工程
2.2.1MATLAB产品系列重要功能
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。
Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。
1、在MATLAB命令窗口中输入simulink
结果是在桌面上出现一个称为SimulinkLibraryBrowser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。
当然用户也可以通过MATLAB主窗口的快捷按钮来打开SimulinkLibraryBrowser窗口。
2、在MATLAB命令窗口中输入simulink3
结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library:
simulink3的Simulink模块库窗口。
两种模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据各人喜好进行选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者，但使用时会打开太多的子窗口。
·
MATLAB®
:
MATLAB语言的单元测试框架
·
TradingToolbox™:
一款用于访问价格并将订单发送到交易系统的新产品
FinancialInstrumentsToolbox™:
赫尔-怀特、线性高斯和LIBOR市场模型的校准MonteCarlo仿真
·
ImageProcessingToolbox™:
使用有效轮廓进行图像分割、对10个函数实现C代码生成，对11个函数使用GPU加速
·
ImageAcquisitionToolbox™:
提供了用于采集图像、深度图和框架数据的Kinect®
forWindows®
传感器支持
StatisticsToolbox™:
用于二进制分类的支持向量机（SVM）、用于缺失数据的PCA算法和Anderson-Darling拟合优度检验
2.2.2Simulink产品系列重要功能
Simulink®
SimulationPerformanceAdvisor，链接库模块的封装，以及通过逻辑表达式控制有效变量
Simulink:
除LEGO®
MINDSTORMS®
NXT、Arduino®
、Pandaboard和Beagleboard外，还为RaspberryPi™和Gumstix®
Overo®
硬件提供了内置支持
SimRF™:
针对快速仿真和模型加载时间的电路包络求解器
SimMechanics™:
发布了用于从CAD和其他系统导入模型的XML架构
SimulinkDesignVerifier™:
数组超出边界检查
MATLAB和Simulink的系统工具箱
CommunicationsSystemToolboSphere解码器和Constellation框图系统对象
ComputerVisionSystemToolbox™:
相机标定，立体视觉，Viola-Jones对象检测培训，FREAK特征提取和其他新函数
DSPSystemToolbox™:
频谱分析仪和逻辑分析示波器，以及时域示波器的触发
PhasedArraySystemToolbox™:
极化支持、数组锥化以及针对传感器数组分析、波形分析和雷达方程计算的应用程序代码生成和实现
SimulinkCoder™:
减少了从Stateflow®
调用的Simulink函数的数据副本
Fixed-PointDesigner™:
一款结合了Fixed-PointToolbox™和SimulinkFixedPoint™功能的新产品
HDLVerifier™:
从MATLAB生成HDL测试工作台
2.3优势特点
2.3.1MATLAB特点
（1）高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；
（2）具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；
（3）友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；
（4）功能丰富的应用工具箱（如信号处理工具箱、通信工具箱等），为用户提供了大量方便实用的处理工具。
编程环境
MATLAB由一系列工具组成。
这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。
包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。
随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。
而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。
简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。
简单易用
Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。
用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。
新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。
使之更利于非计算机专业的科技人员使用。
而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
强处理能力
MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。
其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。
函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而且经过了各种优化和容错处理。
在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。
在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。
MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。
函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。
图形处理
MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。
高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。
可用于科学计算和工程绘图。
新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。
同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。
另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。
MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。
一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。
领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。
程序接口
新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。
允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。
另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。
MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。
工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。
应用软件开发
在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；
在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；
在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；
在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。
2.3.2SIMULINK特点
（1）丰富的可扩充的预定义模块库
（2）交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图
（3）以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理
（4）通过ModelExplorer导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码
（5）提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成
（6）使用EmbeddedMATLAB™模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法
（7）使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式（Normal,Accelerator,RapidAccelerator）来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型
（8）图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为
（8）可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据
（9）模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误
2.4系统结构
MATLAB系统由MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口（API）五大部分构成。
2.4.1开发环境
MATLAB开发环境是一套方便用户使用的MATLAB函数和文件工具集，其中许多工具是图形化用户接口。
它是一个集成的用户工作空间，允许用户输入输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档。
2.4.2数学函数库
MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法。
从基本算法如加法、正弦，到复杂算法如矩阵求逆、快速傅里叶变换等。
2.4.3语言
MATLAB语言是一种高级的基于矩阵/数组的语
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