电力系统分析课程设计报告书2.docx
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电力系统分析课程设计报告书2
信息工程学院
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：
钟建伟
2013年3月14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．在对称短路中计算短路电流作为计算最终目标。
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。
时
间
安
排
参
考
资
料
目录
1.任务提出与方案论证4
1.1计算机计算的由来和要求4
1.2论证方案的可行性4
2.总体设计6
2.1程序语言及论述6
2.2辅助知识及参数7
3.详细设计8
3.1程序流程图及习题8
3.2程序及解题10
4.总结15
参考资料16
1.任务提出与方案论证
1.1计算机计算的由来和要求
随着电子计算机的发展与完善，运算能力已日新月异，人工运算的时代慢慢隐形化，
程序化计算设计必将成为主体。
为此，运用计算机计算短路电流已成为可能，也会带来很大的方便。
依照所给的电力系统，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。
1.2论证方案的可行性
在大量实际计算中，短路计算有着比较固定的方式，这就为计算机计算垫定了基础，根据电力系统三相对称短路的特点，建立了合理的三相短路的数学模型，在此基础上，形成电力系统短路电流实用汁算方法；节点阻抗矩阵的支路追加法．编制了对任意一个电力系统在任意点发生短路故障时三相短路电流及其分布的通用计算程序。
该办法适用予各种复杂结构的电力系统．从一个侧面展示了计算机应用于电力系统的广阔前景．
其原理如下：
1.节点导纳矩阵计算电压初始值的原理
在电力系统分析的第四章中学到了矩阵方程:
YV=I,故由矩阵性质得：
V=ZI
2.节点阻抗矩阵计算短路电流的原理
利用节点阻抗矩阵计算短路电流如图所示，假定系统中的节点f经过过渡阻抗
发生短路。
对于正常状态的网络而言，发生短路相当于在故障节点f增加了一个注入电流。
因此，网络中任一节点i的电压可表示为：
公式一：
由式可见，任一节点i的电压都由两项叠加而成。
第一项是当时由网络内所有电源在节点i产生的电压，也就是短路前瞬间正常运行状态下的节点电压，记为。
第二项是当网络中所有电流源都断开，电势源都短接时，仅仅由短路电流在节点i产生的电压。
这两个分量的叠加，就等于发生短路后节点i的实际电压，即
公式二也适用于故障节点f，于是有：
是故障节点f的自阻抗，也称输入阻抗。
根据故障的边界条件：
由以上两个方程式解出：
2.总体设计
2.1程序语言及论述
MATLAB是一门用途广泛的语言，它提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。
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来解决问题要比用C,FORTRAN等语言方便的多。
在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,c++,JAVA的支持，可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用。
MATLAB的程序极其简短且可移植性很好，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。
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。
但较之高级语言，由于其程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，而是边解释边执行，所以速度较慢。
综合起来看，MATLAB是一个高度集成的系统，集科学计算、图象处理、声音处理于一体，具有极高的编程效率。
近年来，MATLAB已经从最初的“矩阵实验室”，渗透到科学与工程计算的多个领域，在自动控制、信号处理、神经网络、模糊逻辑、小波分析等多个方向，都有着广泛的应用。
因此，我选择的计算机语言是MATLAB。
2.2辅助知识及参数
计算时选定一个基准容量（Sjz）和基准电压（Ujz）.将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值（相对于基准量的比值）,称为标么值（这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算）.
（1）基准
基准容量Sjz=100MVA
基准电压UJZ规定为8级.230,115,37,10.5,6.3,3.15,0.4,0.23KV
有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例:
UJZ（KV）3710.56.30.4
因为S=1.73*U*I所以IJZ（KA）1.565.59.16144
（2）标么值计算
容量标么值S*=S/SJZ.例如:
当10KV母线上短路容量为200MVA时,其标么值容量
S*=200/100=2.
电压标么值U*=U/UJZ;电流标么值I*=I/IJZ
有了标幺值的概念后，短路电流计算的过程就大大减少了，简化了运算。
2.3等值电路
计算前先要做出等值电路，并计算等值参数。
在详细设计中会将习题6-10及习题6-11的等值电路及参数列写出来，这里只做简单说明：
Sd三相短路容量（MVA）简称短路容量校核开关分断容量Id三相短路电流周期分量有效值（KA）简称短路电流校核开关分断电流和热稳定IC三相短路第一周期全电流有效值（KA）简称冲击电流有效值校核动稳定ic三相短路第一周期全电流峰值（KA）简称冲击电流峰值校核动稳定x电抗（Ω）其中系统短路容量Sd和计算点电抗x是关键。
3.详细设计
3.1程序流程图及习题
一流程图
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
二习题
1习题6-10（题目见书）
等值网络及参数：
选SB=120MV.A,VB=Vav,各元件标幺值参数如下：
X10=0.105X20=0.28X24=0.21X43=0.43554X35=0.29036X45=0.25406
Y340=Y430=j0.01852Y350=Y530=j0.01234Y450=Y540=j0.01080
故节点导纳为：
Y11=-j13.8716Y13=Y31=j9.5238Y22=-j8.33343Y24=Y42=j4.7619Y33=-j15.2329
Y34=Y43=j2.2960Y35=Y53=j3.4440Y44=-j10.9646Y45=Y54=j3.9360Y55=-j7.3569
2习题6-11（题目见书）
等值网络及参数：
节点导纳为：
Y11=-j10Y12=Y21=j5Y22=-j14.5Y23=Y32=j10Y33=-j17.6667
3.2程序及解题
程序如下：
1.通用程序为：
functiondl63
text63;
Z=inv（Y）
m=size（Z,1）
I=I'
V=Z*I
i=input（‘请输入节点i='）
Ii=1/Z（i,i）
fork=1:
m
k
Vk=V（k,1）-Z（k,i）*Ii
end
forp=1:
m
forq=（1+p）:
m
if（Y（p,q）~=0）
p,q
Vp=V（p,1）-Z（p,i）*Ii;
Vq=V（q,1）-Z（q,i）*Ii;
Ipq=-（Vp-Vq）*Y（p,q）
end
end
end
1习题6-10解：
输入数据为：
Y=[-13.8716j09.5238j00
0-8.3333j04.7619j0
9.5238j0-15.2329j2.2960j3.4440j
04.7619j2.2960j-10.9646j3.9360j
003.4440j3.9360j-7.3569j]
I=[4.5652j3.75j000]
m=5
程序为：
functiondl610%定义一个函数名为dl610的函数%
text610;%调用函数名为text610的函数%
Z=inv（Y）%求节点阻抗矩阵%
I=I'%求I的转置矩阵%
V=Z*I%求各节点的初始电压%
SB=120;%选定基准功率为120MV.A%
VB=115;%选定基准电压为115KV%
IB=SB/（VB*sqrt（3））%求基准电流%
i=input（'ÇëÊäÈë¶Ì·½Úµãi='）%输入短路节点i%
Ii=V（i,1）/Z（i,i）;%求短路节点电流%
Ii1=Ii*IB
forp=1:
m
forq=（1+p）:
m
if（Y（p,q）~=0）%如果p,q节点间的导纳不为%
Vp=V（p,1）-Z（p,i）*Ii;%分别求p,q的节点电压%
Vq=V（q,1）-Z（q,i）*Ii;
Ipq=-（Vp-Vq）*Y（p,q）;%求p,q节点间的支路电流%
Ipq1=Ipq*IB;%求短路电流的实际值%
if（p==3&&q==5）%求支路L-2的短路电流%
p
q
Ipq
Ipq1
end
if（p==4&&q==5）%求支路L-3的短路电流%
p
q
Ipq
Ipq1
end
end
end
end
输出结果为：
Y=
0-13.8716i00+9.5238i00
00-8.3333i00+4.7619i0
0+9.5238i00-15.2329i0+2.2960i0+3.4440i
00+4.7619i0+2.2960i0-10.9646i0+3.9360i
000+3.4440i0+3.9360i0-7.3569i
I=
0+4.5652i0+3.7500i000
m=
5
Z=
0+0.1819i0+0.0616i0+0.1600i0+0.1079i0+0.1326i
0+0.0616i0+0.2078i0+0.0898i0+0.1536i0+0.1242i
0+0.1600i0+0.0898i0+0.2330i0+0.1571i0+0.1932i
0+0.1079i0+0.1536i0+0.1571i0+0.2689i0+0.2174i
0+0.1326i0+0.1242i0+0.1932i0+0.2174i0+0.3427i
I=
0-4.5652i
0-3.7500i
0
0
0
V=
1.0617
1.0607
1.0671
1.0686
1.0713
IB=
0.6025
请输入短路节点i=5
i=
5
Ii1=
0-1.8835i
p=
3
q=
5
Ipq=
0-1.5954i
Ipq1=
0-0.9611i
p=
4
q=
5
Ipq=
0-1.5310i
Ipq1=
0-0.9223i
2习题6-11解：
输入数据：
Y=[-10.0j5.0j0.0
5.0j-14.5j10.0j
0.010.0j-17.667j]
I=[5.25j07j]
程序为：
functiondl611%定义一个函数名为dl610的函数%
text611;%调用函数名为text610的函数%
Z=inv（Y）%求节点导纳矩阵%
I=I'%求I的转置矩阵%
V=Z*I%求节点电压的初始值%
i=input（请输入节点i='）%输入短路节点%
Ii=V（i,1）/Z（i,i）%计算短路电流%
输出结果为：
Y=
0-10.0000i0+5.0000i0
0+5.0000i0-14.5000i0+10.0000i
00+10.0000i0-17.6670i
I=
0+5.2500i00+7.0000i
Z=
0+0.1394i0+0.0789i0+0.0446i
0+0.0789i0+0.1577i0+0.0893i
0+0.0446i0+0.0893i0+0.1071i
I=
0-5.2500i
0
0-7.0000i
V=
1.0445
1.0390
0.9843
请输入短路节点i=3
i=
3
Ii=
0-9.1875i
4.总结
在这次课程设计当中，在学到一定东西知识的同时，也暴露了更多以前不曾注意的问题。
例如这次做短路故障分析，看书觉得都懂了，等到真正开始做的时候才发现很多学的都不是很透彻，这也算是一次查漏补缺的机会，把以前学过的知识再巩固一遍。
这次编程选用MATLAB语言，因为之前只是了解，掌握和运用的并不是很好，所以再做的时候出现了很多问题，现在还有很多疑问不清楚，深深的理解到要学会一种软件是很必要的，我也在继续努力，虽然本课程设计已告于此，但是对MATLAB的学习还只是个开始，我还要进一步去学习，做到真正的学会学活。
总之，再这次课程设计中，我清楚的意识到理论与实践有很大的差别，理论只有与实践相结合才能更好的发挥理论的作用，只有在实践中才能找到实用的东西，仅有理论是远远不够的。
参考资料
1.电力系统分析（上、下）何仰赞华中科技大学出版社
2.MATLAB电子仿真与应用教程王华国防工业出版社
3.孙丽华电力工程基础机械工业出版社
4.傅知兰电力系统电气设备选择与实用计算中国电力出版社
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