南昌大学电力系统分析实验报告.docx
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南昌大学电力系统分析实验报告
南昌大学实验报告
实验类型：
□验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验项目名称
电力网数学模型模拟实验
二、实验目的与要求：
本实验通过对电力网数学模型形成的运算机程序的编制与调试，取得形成电力网数学模型：
节点导纳矩阵的运算机程序，使数学模型能够由运算机自行形成，即依照已知的电力网的接线图及各支路参数由计算程序运行形成该电力网的节点导纳矩阵。
通过实验教学加深学生对电力网数学模型概念的明白得，学会运用数学知识成立电力系统的数学模型，把握数学模型的形成进程及其特点，熟悉各类经常使用应用软件，熟悉硬件设备的利用方式，增强编制调试运算机程序的能力，提高工程计算的能力，学习如何将理论知识和实际工程问题结合起来。
三、要紧仪器设备及耗材
运算机、软件（已安装，包括各类编程软件C语言、C++、VB、VC等、应用软件MATLAB等）、移动存储设备（学生自备，软盘、U盘等）
四、实验步骤
1、将事前编制好的形成电力网数学模型的计算程序原代码由自备移动存储设备导入运算机。
（1）编程思想
I无变压器支路的节点导纳矩阵计算方式。
以下语句用于输入题目已知节点之间的导纳和阻抗值：
z=input（'请输入由节点号对应的阻抗形成的矩阵：
z='）;
y=input（'请输入由节点号对应导纳形成的矩阵：
y='）;
%其中，
即为i节点对地导纳
，两节点之间无直接相连的通路那么
输入为0，
输入为inf（即无穷大），
也输入为inf。
以下语句用于计算无变压器支路的节点导纳矩阵：
for（i=1:
n）
for（j=1:
n）
Y（i,i）=sum（y（i,:
）,2）+sum（1./z（i,:
）,2）;
ifj==i
Y（i,j）=Y（i,i）;
else
Y（i,j）=-1/z（i,j）;
end
end
end
%其中，对角线元素
=
+
=
+
非对角线元素
II变压器支路的等值电路
1:
k
当节点a，b间接有变压器支路时（见图1），固然能够用∏型等值电路，然后依照上述原那么形成导纳矩阵。
但在实际应用程序中，往往直接计算变压器支路对导纳矩阵的阻碍。
依照图1-5-1能够写出节点a，b的自导纳和节点间的互导纳增量别离如下：
节点a的自导纳改变量式（I-1）：
（I-1）
节点j的自导纳改变量式（I-2）：
（I-2）
增加节点i，j间的互导纳式（I-3）：
（I-3）
注意：
在输入电路已知参数时，将k以矩阵形式输入，假设i、j两节点之间无变压器，那么
=1,（
=1），假设i、j之间有变压器那么将靠近变压器的一端记为节点j，靠近阻抗的一端记为节点i，输入人员将
输入为变压器变比，而
以1输入。
程序段中
for（i=1:
n）
for（j=1:
n）
ifk（i,j）~=1
y（j,i）=（1-k（i,j））/（k（i,j）*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）;
end
end
end
%判定两个节点之间是不是有变压器，若是k
那么对节点之间的导纳和阻抗矩阵进行修改，取得新的
和
（2）源代码如下：
clc
clear
n=input（'请输入节点数：
n='）;
z=input（'请输入由节点号对应的阻抗形成的矩阵：
z='）;
y=input（'请输入由节点号对应导纳形成的矩阵：
y='）;
k=input（'请输入变比：
k='）;
Y=zeros（n）;
for（i=1:
n）
for（j=1:
n）
ifk（i,j）~=1
y（j,i）=（1-k（i,j））/（k（i,j）*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）;
end
end
end
for（i=1:
n）
for（j=1:
n）
Y（i,i）=sum（y（i,:
）,2）+sum（1./z（i,:
）,2）;
ifj==i
Y（i,j）=Y（i,i）;
else
Y（i,j）=-1/z（i,j）;
end
end
end
2、在相应的编程环境下对程序进行组织调试。
3、应用计算例题验证程序的计算成效。
将例题中的已知条件如下依次输入:
n=5
z=[infinfinfinf;inf++inf;inf+inf+inf;inf++inf;infinfinfinf]
y=[00000;000+0+0;00+00+0;00+0+00;00000]
k=[;;;;]
4、对调试正确的计算程序进行存储、打印。
5、完本钱次实验的实验报告。
五、实验数据及处置结果
运行自行设计的程序，把结果与手工计算结果相较较，验证所采纳方式及所编制程序运行的正确性。
1手算节点导纳矩阵：
详细计算进程见讲义P73例4-1
其结果为：
用matlab程序计算节点导纳矩阵实验结果：
对照可知通过比较，发感觉到的节点导纳矩阵中大部份的数据是相同的，只是少部份的结果有微小误差。
这也就说明了手算能取得一样的结果，但咱们发觉用一样手算计算节点导纳矩阵比用运算机编程计算节点导纳矩阵繁琐了很多，而一个系统的节点数不可能是几个，而是由许多的节点组成的，假设在现在用一样手算计算节点导纳矩阵，这就显得超级复杂，在实际操作进程当中也没有那么多的时刻去让咱们去用手算计算节点导纳矩阵。
因此在电力系统中咱们往往都是采纳运算机编程计算节点导纳矩阵，如此大大提高了工作效率。
六、试探讨论题或体会或对改良实验的建议
1．什么是输入阻抗？
什么是转移阻抗？
网络化简的方式有哪些？
答：
输入阻抗：
在节点i单独注入电流而所有其他节点的注入电流都等于0时，在节点i产生的电压同注入电流之比，即等于节点i的自阻抗，即输入阻抗。
转移阻抗：
节点i单独施加Ei时，该电势与其在节点j产生的短路电流Ij之比即等于节点i、j之间的转移阻抗。
网络化简方式：
星网变换法，高斯消去法。
2.简述节点导纳矩阵的形成的进程，节点导纳矩阵的阶数与系统的节点数有什么关系？
节点导纳矩阵的互导纳yij在数值上等于什么？
举例说明当网络结构发生转变时，如何修改？
答：
节点导纳矩阵阶数等于系统的节点数；
节点导纳矩阵的互导纳yij在数值上等于联接节点i、j的支路导纳的负值；
节点导纳矩阵的修改
（1）从网络的原有节点i引出一条导纳为
的支路，同时增加一个节点k，由于节点数加1，导纳矩阵将增加一行一列。
新增的对角线元素
=
。
新增的非对角线元素中，只有
=
=
，其余的元素都为矩阵的原有部份，只有节点i的自导纳应增加
。
（2）在网络的原有节点i、j之间增加一条导纳为
的支路。
由于只增加支路，不增加节点，故导纳矩阵的阶次不变。
因此只要对与节点i、j有关的元素别离增添以下的修改增量即可：
，
其余元素都不用修改。
（3）在网络的原有节点i、j之间切除一条导纳为
的支路，这种情形能够当做是在i、j节点间增加一条导纳为
的支路来处置，因此，导纳矩阵中有关元素的修正增量为
，
举例：
如将例4-1中节点4、5间变压器变比由
=改成
=后作节点导纳矩阵的修改：
变比修改后，相当于先切除变比为
的变压器，再接入变比为
的变压器。
与之相关的4、5节点的导纳值要发生转变，而网络的其他元素不发生转变。
利用例4-1中结果，与节点4、5有关的导纳矩阵元素的修正增量应为
3.节点电压方程的求解方式有哪些？
答：
直接求解法和高斯消去法
4.简述节点阻抗矩阵元素的物理意义及其形成。
答：
节点导纳矩阵中，
=
当k=i时，上述公式说明，当网络中除节点i之外，所有节点都接地时，从节点i注入网络的电流同施加于节点i的电压之比，即等于节点i的自导纳
。
换句话说，自导纳
是节点i之外所有节点都接地时节点i对地的总导纳。
当k
i时，公式说明，当网络中除节点k之外所有接地都接地时，从节点i流入网络的电流同施加于节点k的电压之比，即等于节点k、i之间的互导纳
。
在这种情形下，节点i的电流事实上是自网络流出并流入地中的电流，因此
应等于节点k、i之间的支路导纳的负值。
七、参考资料
1.《电力系统分析》何仰赞华中科技大学出版社
2.《电力系统稳态分析》陈珩中国电力出版社
3.《电力系统暂态分析》李光琦中国电力出版社
4.《电力系统计算》水利电力出版社
南昌大学实验报告
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
□验证□综合■设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验项目名称
电力网数学模型模拟实验
二、实验目的与要求：
本实验通过对电力网数学模型形成的运算机程序的编制与调试，取得形成电力网数学模型：
节点导纳矩阵的运算机程序，使数学模型能够由运算机自行形成，即依照已知的电力网的接线图及各支路参数由计算程序运行形成该电力网的节点导纳矩阵。
通过实验教学加深学生对电力网数学模型概念的明白得，学会运用数学知识成立电力系统的数学模型，把握数学模型的形成进程及其特点，熟悉各类经常使用应用软件，熟悉硬件设备的利用方式，增强编制调试运算机程序的能力，提高工程计算的能力，学习如何将理论知识和实际工程问题结合起来。
三、要紧仪器设备及耗材
运算机、软件（已安装，包括各类编程软件C语言、C++、VB、VC等、应用软件MATLAB等）、移动存储设备（学生自备，软盘、U盘等）
四、实验步骤
6、将事前编制好的形成电力网数学模型的计算程序原代码由自备移动存储设备导入运算机。
7、在相应的编程环境下对程序进行组织调试。
8、应用计算例题验证程序的计算成效。
9、对调试正确的计算程序进行存储、打印。
10、完本钱次实验的实验报告。
五、实验数据及处置结果
运行自行设计的程序，把结果与手工计算结果相较较，验证所采纳方式及所编制程序运行的正确性。
实验程序：
clearclc;
z=[inf,+,,+;
+,inf,inf,+;
inf,inf,inf;
+,+,inf,inf];（各支路的阻抗）
y=[0,,0,;
0,0,;
0,0,0,0;
,0,0];（各支路的导纳）
Y=zeros（4,4）;
for（i=1:
4）,
for（j=1:
4）,
ifi==j
Y（i,j）=Y（i,j）
else
Y（i,j）=z（i,j）
end
end
end
for（i=1:
4）,
for（j=1:
4）,
Y（i,i）=Y（i,i）+y（i,j）+z（i,j）
end
end
Y（1,1）=Y（1,1）z（3,1）+*z（3,1）（对变压器支路的两个节点进行修正）
Y（1,3）=Y（1,3）*
Y（3,1）=Y（3,1）*
运行结果，实验结果导纳截图：
手工计算结果：
Y11=y140+y120+1/z12+1/z14+*z13=++1/++1/++*=六、试探讨论题或体会或对改良实验的建议
1．什么是输入阻抗？
什么是转移阻抗？
网络化简的方式有哪些？
答:
输入阻抗确实是指节点的自阻抗
即节点i单独注入电流
时，在节点i产生电压
与电流
之比；转移阻抗
确实是指节点i单独注入电势，与在短路点j产生的电流之比；
网络化简方式有高斯消去法：
也确实是带有节点电流移置的星网变换；
2.简述节点导纳矩阵的形成的进程，节点导纳矩阵的阶数与系统的节点数有什么关系？
节点导纳矩阵的互导纳yij在数值上等于什么？
举例说明当网络结构发生转变时，如何修改？
答：
（1）节点导纳矩阵的形成进程：
列写节点电压方程：
以零电位点为计算节点电压参考点，依照基尔霍夫电流定律，写出各独立节点电流平稳方程，经整理后形成矩阵方程：
。
矩阵Y确实是所求节点导纳矩阵。
（2）节点导纳矩阵阶数等于系统的节点数（注：
不包括接地址）。
（3）节点导纳矩阵的互导纳
数值上等于节点i、j间支路导纳的负值，即
。
（4）关于网络结构发生的转变要紧有这几种形式：
从网络的原有节点i引出一条支路；在网络的原有节点ij之间增加一条支路；在网络的原有节点之间切除一条支路。
下面
如将例中节点一、3间变压器变比由K13=改成K=1后作节点导纳矩阵的修改：
变比修改后，相当于先切除变比为的变压器，再接入变比为1的变压器。
与之相关的一、3节点的导纳值Y33、Y11、Y31、Y13要发生转变，而网络的其他元素不发生转变。
利用上述的计算结果
Y11=*+1/z13=Y33==1/=
Y13==Y31=-1/z13=
3.节点电压方程的求解方式有哪些？
答;节点电压方程的求解方式有：
直接求解法和高斯消去法
4.简述节点阻抗矩阵元素的物理意义及其形成。
答：
节点阻抗矩阵元素的物理意义：
在节点k单独注入电流，在节点k产生的电压同注入电流之比，即等于节点k的自阻抗
;在节点i产生的电压同节点k注入电流之比，即等于节点k和节点i之间的互阻抗
。
节点阻抗矩阵的形成：
将节点电压方程：
改写成
式中
确实是阻抗矩阵
七、实验体会
通过本次实验，对节点导纳矩阵的求解有了更深的熟悉，专门是怎么求解一个网络的支路节点导纳和有变压器的支路的导纳有了更深的了解。
为以后在求解类似的问题中有了必然的基础。
通过实验呢更是加深了对求解的进程，应先如何办，再怎么做有了了解。
还有在本次实验中关于MATLAB的利用有了必然的基础，尽管时刻很短，但在实验以后关于用MATLAB软件来求解电力系统中问题老是有必然的方便性熟悉更深。
八、参考资料
5.《电力系统分析》何仰赞华中科技大学出版社
6.《电力系统稳态分析》陈珩中国电力出版社
7.《电力系统暂态分析》李光琦中国电力出版社
8.《电力系统计算》水利电力出版社
实验素材：
南昌大学实验报告
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
□验证□综合■设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验项目名称
电力系统短路计算实验
二、实验目的与要求：
目的：
通过实验教学加深学生的大体概念，把握电力系统的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对系统进行电力系统计算和仿真实验，以达到理论联系实际的成效。
通过电子运算机对电力系统短路等计算的数学模拟，分析电力系统的故障计算方式、实现工程计算的功能。
提高处置电力系统工程计算问题的实际能力，和实现对电力系统仿真的进程分析。
要求：
l、使学生把握对电力系统进行计算、仿真实验的方式，了解实验对电力系统分析研究的必要性和意义。
二、使学生把握利用实验设备运算机和相关计算软件、编程语言。
3、应用电子运算机完成电力系统的短路计算。
4、应用电子运算机及相关软件对电力系统进行仿真。
三、要紧仪器设备及耗材
1.每组运算机1台、相关计算软件1套
四、实验步骤
1.将事前编制好的形成电力网数学模型的计算程序原代码由自备移动存储设备导入运算机。
2.在相应的编程环境下对程序进行组织调试。
3.应用计算例题验证程序的计算成效。
4.对调试正确的计算程序进行存储、打印。
5.完本钱次实验的实验报告。
五、实验数据及处置结果
运行自行设计的程序，把结果与例题的计算结果相较较，验证所采纳的短路电流计算方式及程序运行的正确性。
若是采纳的是近似计算方式，还需分析由于近似所产生的误差是不是在运行范围内。
实验程序：
clearclc;
z=[,inf,,inf;
inf,4i,,inf;
,inf,;
inf,inf,,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==j
Y（i,j）=Y（i,j）
else
Y（i,j）=z（i,j）
end
end
end
for（i=1:
4）,
for（j=1:
4）,
Y（i,i）=Y（i,i）+y（i,j）+z（i,j）
end
end
Z=inv（Y）;
If=1/Z（f,f）;
实验结果：
If=
实验例题所给结果短路电流：
If=-，与程序运行结果在误差许诺范围之内，故验证了该程序的正确性。
六、试探讨论题或体会或对改良实验的建议
1.明白得讲义上讲述的同步电机突然三相短路的物理分析。
答：
同步电机稳态对称运行（包括稳态对称短路）时，电枢磁势大小不随时刻转变，而在空间以同步速旋转，同转子没有相对运动，故可不能在转子绕组中感应电流。
突然短路时，定子电流发生急剧的转变，电枢反映磁通也随着转变，定转子间电流会彼此阻碍，这是同步电机突然短路暂态进程区别于稳态短路的显著特点。
咱们在进行磁感分析时，关于每一个绕组都遵守磁链守恒原那么。
关于无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，短路后定子侧将显现：
①基频电流，由三相对称绕组的基频电流产生的交变磁链，用以抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链；②直流
：
对各绕组产生的不变
、
、
，来维持定子绕组的磁链初值不变；③倍频电流
：
定子各相直流产生的恒定磁势
，当转子旋转时，因转子纵横轴磁阻不同，转子每转过
，磁阻经历一个转变周期，为适应磁阻的转变，产生倍频电流与直流一起作用，才能维持定子侧磁链初值不变。
转子侧产生：
①附加直流分量
：
为抵消定子电流对转子产生的强烈电枢反映阻碍，维持磁链不变，该附加直流与原直流同向，增强了励磁绕组的磁场，而且
产生磁通的一部份也要穿过定子绕组，故激起定子基频电流大大超过稳态短路电流
②转子基频交流：
为抵消定子的直流和倍频电流产生的电枢反映，该基频电流在转子产生脉振磁场，分解为正反两方向磁场，又来阻碍定子侧的
和在定子侧产生两倍频的交变磁链，定子侧的
确实是为了抵消该磁链而产生的。
2.简述无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，短路电流所含各类分量和各自由电流衰减时刻常数的确信，有阻尼绕组同步电机突然三相短路时有什么不同的地方？
答：
（1）无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，定子侧短路电流有：
①基频电流
：
抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链；②直流
：
维持定子绕组的磁链初值不变。
③倍频电流
：
为适应磁阻的转变，倍频电流与直流一起作用，才能维持定子侧磁链初值不变。
转子侧短路电流有：
①附加直流分量
：
为抵消定子电流对转子产生的强烈电枢反映阻碍，维持磁链不变；②转子基频交流
：
为抵消定子的直流和倍频电流产生的电枢反映。
（2）在有效计算中，各自由电流衰减常数确信，常采纳以下的简化原那么：
①为维持磁链守恒而在短路刹时显现的自由电流，假设它产生的磁通关于本绕组相对静止，那该电流将按本绕组时刻常数衰减，一切同改自由电流发生依存关系的均按同一时刻常数衰减；②某绕组时刻常数是该绕组电感同电阻之比,而忽略其他绕组电阻的阻碍。
（3）有阻尼绕组同步电机突然三相短路时的不同：
有阻尼绕组电机，在转子纵轴向有励磁绕组和阻尼绕组，横轴向也有阻尼绕组。
突然短路时，定子基频电流突然增大，电枢反映磁通也突然增加，励磁绕组、阻尼绕组为维持磁链守恒，都会感应出自由直流，由此来抵消电枢反映磁通的增加。
转子各绕组自由直流产生磁通一部份又进入定子侧，由此定子侧会有基频电流自由分量。
注意，转子纵轴向的励磁绕组和阻尼绕组间存在互感关系，突然短路刹时它们当中任一绕组的磁链守恒都是靠两绕组的自有电流一起维持的。
电力网数学模型模拟实验用matlab程序计算节点导纳矩阵Y实验结果：
电力系统短路计算实验用matlab程序计算节点导纳矩阵Y,节点阻抗矩阵Z和节点4处发生三相短路的短路电流If实验结果
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