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课设报告
信息工程系
电力系统分析课程设计报告书
题目:
电力系统短路故障的计算机算法程序设计
专业：
电气工程及其自动化
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
钟健伟
2012年3月6日
信息工程学院课程设计任务书
学生姓名
学号
成绩
设计题目
电力系统短路故障的计算机算法程序设计
设
计
内
容
电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。
设
计
要
求
1．在对称短路计算、简单不对称短路计算中任选一种计算作为计算作业。
2．计算机语言自选。
3．设计、编制、调试出相关的通用计算程序。
4．输入／输出数据一律以文件格式形成。
（1）对称短路计算的输入／输出数据（供参考）
输入数据可考虑为以下两个部分：
数据1（可用变量表示）：
节点数、支路数、故障节点
数据2（可用二维数组表示）：
支路参数即
支路首端号、支路末端号、支路电抗值
输出数据（可用二维数组表示）为：
节点导纳矩阵或阻抗矩阵、故障节点、故障点电流、支路电流、各节点电压。
（2）简单不对称短路计算的输入／输出数据（供参考）
输入数据可考虑为以下两个部分：
数据1（可用变量表示）：
节点数、支路数、故障节点
数据2（可用二维数组表示）：
支路参数即
支路首端号、支路末端号、支路正序电抗值、负序电抗值、零序电抗值
输出数据（可用二维数组表示）为：
故障节点、故障点电流、各支路电流、各节点电压的序分量和相分量。
时
间
安
排
2月27—3月1号确认题目并找资料
3月2号—3月9号整理修改打印
参
考
资
料
何仰赞，电力系统分析（上），华中科技大学出版社，2001
1.课程设计目的及意义：
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。
2.课程设计内容
电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。
3.计算机计算的原理
我使用的是第四代计算机语言的MATLAB，
MATLAB求解下列方程，并求解矩阵A的特征值。
Ax=b,其中：
A=32134567
23798512
43235465
98347135
b=1
2
3
4
解为：
x=A\b;设A的特征值组成的向量e，e=eig（A）。
可见，MATLAB的程序极其简短。
更为难能可贵的是，MATLAB甚至具有一定的智能水平，比如上面的解方程，MATLAB会根据矩阵的特性选择方程的求解方法，所以用户根本不用怀疑MATLAB的准确性。
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MATLAB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,signlproceessingtoolbox,commumnicationtoolbox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。
4.短路电流的构成及求解
A.
（1）.周期分流电路求解：
（2）.非周期分量的求解：
B.电机的过渡过程理论及短路电流的求解
5．例题的求解：
例6-3的数据，线路的电阻和电容略去不计，电压器的标么变比等于
参数：
z12=J0.105,z45=J0.184,
z24=J0.08,z23=J0.065,z34=J0.05
Y11=-J16.1905,Y12=J905238,Y21=J905238,
Y22-J37.4084,Y23=J15.3846,
Y24=J12.500,Y32=J15.3846,Y33=-J35.3846,Y34=J20.000,Y42=J15.5000,Y43=-J37.9348,Y45=J5.4348,Y54=J5.4348,Y55=-J9.9802
（1）电路图：
（2）流程图：
输入数据
形成节点导纳矩阵
选择故障点If
输入数据计算节点阻抗矩阵If列元素
用公式（6-10）计算短路电流IfIf=1/（Zff+zf）z
电流If
用公式（6-11）计算各点电压Vi=1-Zif/（Zff+zf）
用公式（6-9）计算指定支路的电路Ipq=（Kvp-Vq）/zpq
输出结果
Y=
0-16.1905i0+9.5238i000
0+9.5238i0-37.4084i0+15.3846i0+12.5000i0
00+15.3846i0-35.3846i0+20.0000i0
00+12.5000i0+20.0000i0-37.9348i0+5.4348i
0000+5.4348i0-9.9802i
采用4-3节的方法
Z=
0+0.1181i0+0.0958i0+0.0902i0+0.0858i0+0.0467i
0+0.0958i0+0.1629i0+0.1533i0+0.1459i0+0.0794i
0+0.0902i0+0.1533i0+0.1860i0+0.1611i0+0.0877i
0+0.0858i0+0.1459i0+0.1611i0+0.1729i0+0.0941i
0+0.0467i0+0.0794i0+0.0877i0+0.0941i0+0.1515i
计算电流及网络中的电流分布
If=Viˊ/Zii=1/ZiiV1ˊ=V2ˊ=V3ˊ=V4ˊ=V5ˊ=1
（注意：
Vi=0）
V1=V1ˊ-Z1i*If
V2=V2ˊ-Z2i*If
V3=V3ˊ-Z3i*If
V4=V4ˊ-Z4i*If
V5=V5ˊ-Z5i*If
I54=（V5-V4）/z45
I43=（V4-V3）/z43
I23=（V2-V3）/z23
I12=（V1-V2）/z12
I24=（V2-V4）/z42
6．程序及说明
程序如下：
jd=input（'pleaseinputjd='）;
ifjd==1
Y=[-16.1905j,9.5238j,0,0,0;
9.5238j,37.4084j,15.3846j,12.5000j,0;
0,15.3846j,-35.3846j,20.000j,0;
0,12.5000j,20.000j,-37.9348j,5.4348j;
0,0,0,5.4348j,-9.9802j]
inv（Y）
I=1/0.1181i
V1=0
V2=1-0.0958i*I
V3=1-0.0902i*I
V4=1-0.0858i*I
V5=1-0.0467i*I
I54=（V5-V4）/0.184i
I43=（V4-V3）/0.05i
I23=（V2-V3）/0.065i
I12=（V1-V2）/0.105i
I24=（V2-V4）/0.08i
elseifjd==2
Y=[-16.1905j,9.5238j,0,0,0;
9.5238j,37.4084j,15.3846j,12.5000j,0;
0,15.3846j,-35.3846j,20.000j,0;
0,12.5000j,20.000j,-37.9348j,5.4348j;
0,0,0,5.4348j,-9.9802j]
inv（Y）
I=1/0.1629i
V1=1-0.0958i*I
V2=0
V3=1-0.1533i*I
V4=1-0.1459i*I
V5=1-0.0794i*I
I54=（V5-V4）/0.184i
I43=（V4-V3）/0.05i
I23=（V2-V3）/0.065i
I12=（V1-V2）/0.105i
I24=（V2-V4）/0.08i
elseifjd==3
Y=[-16.1905j,9.5238j,0,0,0;
9.5238j,37.4084j,15.3846j,12.5000j,0;
0,15.3846j,-35.3846j,20.000j,0;
0,12.5000j,20.000j,-37.9348j,5.4348j;
0,0,0,5.4348j,-9.9802j]
inv（Y）
I=1/0.1860i
V1=1-0.0902i*I
V2=1-0.1533i*I
V3=0
V4=1-0.1611i*I
V5=1-0.0877i*I
I54=（V5-V4）/0.184i
I43=（V4-V3）/0.05i
I23=（V2-V3）/0.065i
I12=（V1-V2）/0.105i
I24=（V2-V4）/0.08i
elseifjd==4
Y=[-16.1905j,9.5238j,0,0,0;
9.5238j,37.4084j,15.3846j,12.5000j,0;
0,15.3846j,-35.3846j,20.000j,0;
0,12.5000j,20.000j,-37.9348j,5.4348j;
0,0,0,5.4348j,-9.9802j]
inv（Y）
I=1/0.1729i
V1=1-0.0858i*I
V2=1-0.1459i*I
V3=1-0.1611i*I
V4=0
V5=1-0.0941i*I
I54=（V5-V4）/0.184i
I43=（V4-V3）/0.05i
I23=（V2-V3）/0.065i
I12=（V1-V2）/0.105i
I24=（V2-V4）/0.08i
elseifjd==5
Y=[-16.1905j,9.5238j,0,0,0;
9.5238j,37.4084j,15.3846j,12.5000j,0;
0,15.3846j,-35.3846j,20.000j,0;
0,12.5000j,20.000j,-37.9348j,5.4348j;
0,0,0,5.4348j,-9.9802j]
inv（Y）
I=1/0.1515i
V1=1-0.0467i*I
V2=1-0.0794i*I
V3=1-0.0877i*I
V4=1-0.0941i*I
V5=0
I54=（V5-V4）/0.184i
I43=（V4-V3）/0.05i
I23=（V2-V3）/0.065i
I12=（V1-V2）/0.105i
I24=（V2-V4）/0.08i
else
c=error
End
7.程序结果及分析
节点1：
pleaseinputjd=1
y11=0-16.1905i
y12=0+9.5238i
y13=0
y14=0
y15=0
y21=0+9.5238i
y22=0-37.4084i
y23=0+15.3846i
y24=0+12.5000i
y25=0
y31=0
y32=0+15.3846i
y33=0-35.3846i
y34=0+20.0000i
y35=0
y41=0
y42=0+12.5000i
y43=0+20.0000i
y44=0-37.9348i
y45=0+5.4348i
y51=0
y52=0
y53=0
y54=0+5.4348i
y55=0-9.9802i
y0=
Columns1through5
0-16.1905i0+9.5238i000
0+9.5238i0-37.4084i0+15.3846i0+12.5000i0
00+15.3846i0-35.3846i0+20.0000i0
00+12.5000i0+20.0000i0-37.9348i0+5.4348i
0000+5.4348i0-9.9802i
ans=
Columns1through4
0+0.1181i0+0.0958i0+0.0902i0+0.0858i
0+0.0958i0+0.1629i0+0.1533i0+0.1459i
0+0.0902i0+0.1533i0+0.1860i0+0.1611i
0+0.0858i0+0.1459i0+0.1611i0+0.1729i
0+0.0467i0+0.0794i0+0.0877i0+0.0941i
Column5
0+0.0467i
0+0.0794i
0+0.0877i
0+0.0941i
0+0.1515i
i=0-8.4674i
v1=0
v2=0.1888
v3=0.2362
v4=0.2735
v5=0.6046
i54=0-1.7993i
i43=0-0.7451i
i23=0+0.7295i
i12=0+1.7983i
i24=0+1.0584i
节点2：
pleaseinputjd=2
i=0-6.1387i
v1=0.4119
v2=0
v3=0.0589
v4=0.1044
v5=0.5126
i54=0-2.2186i
i43=0-0.9085i
i23=0+0.9066i
i12=0-3.9229i
i24=0+1.3045i
节点3：
pleaseinputjd=3
i=
0-5.3763i
v1=0.5151
v2=0.1758
v3=0
v4=0.1339
v5=0.5285
i54=0-2.1447i
i43=0-2.6774i
i23=0-2.7047i
i12=0-3.2309i
i24=0-0.5242i
节点4：
pleaseinputjd=4
i=0-5.7837i
v1=0.5038
v2=0.1562
v3=0.0682
v4=0
v5=0.4558
i54=0-2.4769i
i43=0+1.3650i
i23=0-1.3525i
i12=0-3.3105i
i24=0-1.9520i
节点5：
pleaseinputjd=5
i=0-6.6007i
v1=0.6917
v2=0.4759
v3=0.4211
v4=0.3789
v5=0
i54=0+2.0591i
i43=0+0.8449i
i23=0-0.8429i
i12=0-2.0556i
i24=0-1.2129i
8.设计感悟：
在这次电力系统分析课程设计（电力系统短路故障的计算机算法程序设计）
中我学到了很多。
明白短路是电力系统中危害最严重的一种故障，短路计算是一项基础而又重要的工作。
更进一步的熟悉了MATLAB的操作与使用，结合课本和图书馆查阅资料，对于电力系统短路故障的计算有了清晰的认识，无论是公式还是一些算法，在程序编写中都发挥的淋漓尽致，节点之间短路电流，节点电压，过渡电阻，自电阻等有了了解。
感谢所有对我有过帮助的老师和同学！
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