电力系统分析课程设计.docx
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电力系统分析课程设计
2009-2010学年度下学期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
2010年6月1日
目 录
第1章课程设计目的.........................................................2
第2章课程设计内容........................................................2
第3章课程设计原理........................................................2
第4章选择语言理由........................................................3
第5章程序主框图及主要数据变量说明....................5
第6章程序及说明.............................................................9
第7章程序结果及分析....................................................12
第8章参考文献..................................................................17
第1章
课程设计目的
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。
第2章课程设计内容
电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。
第3章课程设计原理
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。
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。
第4章选择语言理由
我们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。
具有FORTRAN和C等高级语言知识的读者可能已经注意到，如果用FORTRAN或C语言去编写程序，尤其当涉及矩阵运算和画图时，编程会很麻烦。
例如，如果用户想求解一个线性代数方程，就得编写一个程序块读入数据，然后再使用一种求解线性方程的算法（例如追赶法）编写一个程序块来求解方程，最后再输出计算结果。
在求解过程中，最麻烦的要算第二部分。
解线性方程的麻烦在于要对矩阵的元素作循环，选择稳定的算法以及代码的调试动不容易。
即使有部分源代码，用户也会感到麻烦，且不能保证运算的稳定性。
解线性方程的程序用FORTRAN和C这样的高级语言编写，至少需要四百多行，调试这种几百行的计算程序可以说很困难。
以下用MATLAB编写以上两个小程序的具体过程。
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。
第5章程序主框图及主要数据变量说明
1.电力系统节点方程的建立—等值电路的制定
发电机：
电势源支路电流源支路（含同步调相机）
输电线路：
PI型等值电路，R、X、B
变压器：
一般负荷：
恒定阻抗，
电动机负荷：
电势源支路电流源支路（同步电动机、感应电动机、以电动机为主的综合负荷，起始次暂态电流计算）
2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流—基本原理
3．利用节点阻抗矩阵计算短路电流—近似计算方法
4．利用节点阻抗矩阵计算短路电流—计算流程图
用例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
电路图：
流程图：
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
第6章程序及说明．
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
第7章程序结果及分析
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
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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
第8章参考文献
何仰赞，电力系统分析（上），华中科技大学出版社，2001
李维波，Matlab在电力系统中的应用，中国电力出版社，2003
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