电力系统课程设计.docx

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电力系统课程设计

电力系统短路故障的计算机

算法程序设计

指导教师

姓名

学号060301021123

班级电气二班

一、设计目的

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们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。

二、设计内容

电力系统故障的计算程序设计

三、设计原理

3.1计算机计算原理

应用计算机进行电力系统计算，首先要掌握电力系统相应计算的数学模型；其次是运用合理的计算方法；第三则是选择合适的计算机语言编制计算程序。

建立电力系统计算的相关数学模型，就是建立用于描述电力系统相应计算的有关参数间的相互关系的数学方程式。

该数学模型的建立往往要突出问题的主要方面，即考虑影响问题的主要因素，而忽略一些次要因素，使数学模型既能正确地反映实际问题，又使计算不过于复杂。

运用合理的计算方法，就是要求所选用的计算方法能快速准确地得出正确结果，同时还应要求在解算过程中占用内存少，以利提高计算机的解题规模。

选择合适的语言编写程序，就是首先确定用什么计算机语言来编制程序；其次是作出计算的流程图；第三根据流程图用选择的语言编写计算程序。

然后上机调试，直到语法上无错误。

所编制的程序难免存在逻辑错误，因此先用一个已知结果的系统作为例题进行计算。

用程序计算的结果和已知结果相比较，如果结果相差甚远就要逐步分析程序的计算步骤，查出问题的出处；如果结果比较接近，则逐步分析误差来源；直到结果正确为止。

最后将所编制出的正确计算程序，用于电力系统的实际计算。

3.2电力系统短路计算计算机算法

一般在电力系统短路计算中，多数情况下只要计算短路电流、电压的周期分量起始值。

因此，电力系统短路电流计算的数学模型，可归结为求解短路故障初始状态下的等值电路稳态解的问题。

对于三相对称短路，可建立一相等值电路的计算模型，对于不对称短路，则可应用对称分量法建立系统的正、负、零序网络，从而建立故障计算的序网模型。

（1）对称短路计算

有关数学模型和原理框图以及已知结果的例题，参见《电力系统分析》第六章。

常用的计算方法为节点导纳矩阵法或节点阻抗矩阵法，其形成方法分别参见《电力系统分析》第四章。

（2）简单不对称短路计算

有关数学模型、原理框图以及已知结果的例题参见《电力系统分析》第八章8-4节。

四、MatLAB应用背景简介：

在科学研究和工程应用中，往往要进行大量的数学计算，其中包括矩阵运算。

这些运算一般来说难以用手工精确和快捷地进行，而要借助计算机编制相应的程序做近似计算。

目前流行用Basic、Fortran和c语言编制计算程序,既需要对有关算法有深刻的了解，还需要熟练地掌握所用语言的语法及编程技巧。

对多数科学工作者而言，同时具备这两方面技能有一定困难。

通常，编制程序也是繁杂的，不仅消耗人力与物力,而且影响工作进程和效率。

为克服上述困难，美国Mathwork公司于1967年推出了“MatrixLaboratory”（缩写为Matlab）软件包，并不断更新和扩充。

目前最新的5.x版本（windows环境）是一种功能强、效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包。

其中包括：

一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。

在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。

不过，Matlab作为一种新的计算机语言，要想运用自如，充分发挥它的威力，也需先系统地学习它。

但由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不象学习其它高级语言--如Basic、Fortran和C等那样难于掌握。

实践证明，你可在几十分钟的时间内学会Matlab的基础知识，在短短几个小时的使用中就能初步掌握它.从而使你能够进行高效率和富有创造性的计算。

Matlab大大降低了对使用者的数学基础和计算机语言知识的要求，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝，所以它的确为一高效的科研助手。

自推出后即风行美国，流传世界。

综上所述，Matlab语言有如下特点：

1、编程效率高

它是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，且比Basic、Fortran和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式，用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。

因此，Matlab语言也可通俗地称为演算纸式科学算法语言由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。

2、用户使用方便

Matlab语言是一种解释执行的语言（在没被专门的工具编译之前），它灵活、方便，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。

人们用任何一种语言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤：

编辑、编译、连接以及执行和调试。

各个步骤之间是顺序关系，编程的过程就是在它们之间作瀑布型的循环。

Matlab语言与其它语言相比，较好地解决了上述问题，把编辑、编译、连接和执行融为一体。

它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言。

具体地说，Matlab运行时，如直接在命令行输入Mailab语句（命令），包括调用M文件的语句，每输入一条语句，就立即对其进行处理，完成绩译、连接和运行的全过程。

又如，将Matlab源程序编辑为M文件，由于Mat1ab磁盘文件也是M文件，所以编辑后的源文件就可直接运行，而不需进行编译和连接。

在运行M文件时，如果有错，计算机屏幕上会给出详细的出锗信息，用户经修改后再执行，直到正确为止。

所以可以说，Mat1ab语言不仅是一种语言，广义上讲是一种该语言开发系统，即语言调试系统。

3、扩充能力强

高版本的Matlab语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且Matlab的库函数同用户文件在形成上一样，所以用户文件也可作为Matlab的库函数来调用。

因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高Matlab使用效率和扩充它的功能。

另外，为了充分利用Fortran、C等语言的资源，包括用户已编好的Fortran，C语言程序，通过建立Me调文件的形式，混合编程，方便地调用有关的Fortran，C语言的子程序。

4、语句简单，内涵丰富

Mat1ab语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为「a，6，c……]=fun（d，e，f，……），输入变量d，e，f,……和输出变量a，b，c……组成，同一函数名F，不同数目的输入变量及不同数目的输出变量，代表着不同的含义（有点像面向对象中的多态性。

这不仅使Matlab的库函数功能更丰富，而大大减少了需要的磁盘空间，使得Matlab编写的M文件简单、短小而高效。

5、高效方便的矩阵和数组运算

Matlab语言象Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算，有些如算术运算符只要增加“·”就可用于数组间的运算，另外，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。

在此基础上，高版本的Matlab已逐步扩展到科学及工程计算的其它领域。

因此，不久的将来，它一定能名符其实地成为“万能演算纸式的”科学算法语言。

6、方便的绘图功能

Matlab的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数（命令），例如线性坐标、对数坐标，半对数坐标及极坐标，均只需调用不同的绘图函数（命令），在图上标出图题、XY轴标注，格（栅）绘制也只需调用相应的命令，简单易行。

另外，在调用绘图函数时调整自变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。

这种为科学研究着想的设计是通用的编程语言所不及的。

总之，Matlab语言的设计思想可以说代表了当前计算机高级语言的发展方向。

我们相信，在不断使用中，读者会发现它的巨大潜力。

五、课题说明：

Z12=j0.105;z45=j0184;z24=0.03+j0.08;z23=0.024+j0.065;z34=0.018+j0.05;

六、计算原理

Y11=-j16.1905,Y12=Y21=j9.5238

Y22=1/j0.065+1/j0.08+1/z0.105=-j37.4084

Y23=Y32=-1/j0.065=j15.3846

Y24=Y42=-1/j0.08=j12.5

Y33=1/j0.065+1/j0.05=-j35.3846

Y34=Y43=-1/j0.05=j20

Y44=1/j0.08+1/j0.05+1/j0.184=-j37.9348

Y45=Y54=-1/j0.184=j5.4348

Y55=-j9.9802

If=v3（0）/z33=1/j0.1860=-j5.3766

V1=V1（0）-Z13If=1-j0.1533*（-j5.3766）=0.1758

V2=V2（0）-Z23If=1-j0.1533*（-j5.3766）=0.1758

V4=V4（0）-Z43If=1-j0.1611*（-j5.3766）=0.1336

V3=V3（0）-Z53If=1-j0.0877*（-j5.3766）=0.5282

I54=（V5-V4）/z45=（0.5282-0.1336）/j0.184=-j2.1445

I43=（V4-V3）/z34=（0.1336-0）/j0.05=-j2.6720

I23=（V2-V3）/z23=（0.1758-0）/j0.065=-j2.7046

I12=（V1-V2）/z12=（0.5152-0.1758）/j0.105=-j3.2321

I24=（V2-V4）/z24=（0.1758-0.1336）/j0.08=-j0.5275

七、程序说明

n=input（'请输入短路节点:

n='）

Y=[

-16.1905j9.5238j000;

9.5238j-37.4084j15.3846j12.5000j0;

015.3846j-35.3846j20.0000j0;

012.5000j20.0000j-37.9348j5.4348j;

0005.4348j-9.9802j];%导纳矩阵

Z=inv（Y）%对Y求逆

i=n;

If=1/Z（i,i）%计算短路点电流

forj=1:

5%1~5循环计算

ifj==I

V（j）=0%当为电路点时，此点电压为零

elseV（j）=1-Z（j,i）*If%带入计算公式

end

end

V1=V（1,1）

V2=V（1,2）

V3=V（1,3）

V4=V（1,4）

V5=V（1,5）

I54=（V5-V4）/0.184j

I43=（V2-V3）/0.05j

I23=（V2-V3）/0.065j

I12=（V1-V2）/0.105j

I24=（V2-V4）/0.08j

请输入短路节点:

n=2

n=2

Z=

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

If=0-6.1380i

V=0.41180.47550.42070.37850

V=0.411800.42070.37850

V=0.411800.05910.37850

V=0.411800.05910.10460

V=0.411800.05910.10460.5124

V1=0.4118

V2=0

V3=0.0591

V4=0.1046

V5=0.5124

I54=0-2.2164i

I43=0+1.1821i

I23=0+0.9093i

I12=0-3.9216i

I24=0+1.3071i

八、心得体会

通过这次实验我掌握一些用MATLAB解决实际问题的方法,继去年使用MATLAB做自动控制理论的课程设计后,使我对MATLAB软件有了进一步的了解。

同时也深刻得让我体会到在学习理论知识的同时,要多学习一些软件,学会用软件解决、计算一些简单的实际问题,为将来的走向工作岗位打下基础。

很感谢学校和潭老师给我们这一次的实践学习的机会,我用我的能力尽力做好最后一次课设,给我大学四年上交一份满意的答卷。

九、参考资料

（1）何仰赞，电力系统分析（上下册），华中科技大学出版社，2001

（2）李维波，Matlab在电力系统中的应用，中国电力出版社，2003