电力系统分析实验指导书.docx

1、电力系统分析实验指导书郑州科技学院电气工程及其自动化教研室编目录实验一生成 节点导纳矩阵的 matlab 程序设计3实验二支路追加法生成节点阻抗矩阵的 matlab 程序设计7实验三牛顿-拉夫逊法电力系统潮流计算的 matlab 程序设计15实验四简化模型的静态稳定计算的 matlab 程序设计26实验五短路电流计算程序的实现33实验一生成 节点导纳矩阵的 matlab 程序设计一、实验目的：本实验通过对生成 节点导纳矩阵的编程与调试，获得复杂电力系统的节点导纳矩阵，为电力系统的潮流计算程序编制打下基础。通过实验教学加深学生对节点导纳矩阵计算方法的理解，掌握变压器为非标准变比时的修正方法，熟悉

2、 MATLAB 软件的使用方法，提高编制调试计算机程序的能力。二、实验器材：计算机、软件（已安装应用软件 MATLAB 等）、移动存储设备（学生自备，软盘、U 盘等）。三、实验内容：1. 节点导纳矩阵的形成节点导纳矩阵的对角元Yii (i = 1,2,.n) 称自导纳，自导纳Yii 是节点i 以外的所有节点都接地， 由节点i 向整个网络看到而得到的导纳。在节点i 加上单位大小的电压（U& i = 1的电压）时，由节点i 流向网络的电流就等于节点i 的自导纳39&I& Yii = i UiU& j =0, ji通过计算不难发现， Yii 就等于与节点i 连接的所有支路导纳的和。节点导纳矩阵的非对

3、角元Yij (i = 1,2,.n；j = 1,2,.n；i j) 称互导纳，即把节点 j 以外的节I&iU& j点全接地，而在节点 j 加以单位电压时，由节点i 流向 j 的电流加上负号的值。Yij =U& k =0,k j同样， Yij 其实就是连接节点 i 和节点 j 支路的导纳值再加上负号。显然， Yij = Yji 。而且，如节点 i，j 之间没有直接联系，也不计两支路之间，例如两相邻电力线路之间的互感时，Yij = Yji = 0 。互导纳的这些性质决定了节点导纳矩阵是一个对称的稀疏矩阵。而且，由于每个节点所连接的支路数总有一定限度，随着网络中节点数的增加，非零元素数相对愈来愈少，

4、节点导纳矩阵的稀疏度，即零元素数与总元素数的比值也就愈来愈高。导纳矩阵的计算归结如下：(1) 导纳矩阵的阶数等于电力系统网络的节点数。(2) 导纳矩阵各行非对角元素中非零元素的个数等于对应节点所连的不接地支路数。(3) 导纳矩阵的对角元素，即各节点的自导纳等于相应节点所连支路的导纳之和。Yii = yijji式中， yij 为节点 i 与节点 j 间支路阻抗 Zij 倒数，符号 j i 表示 j 属于i 或与i 连接的 j ，即S 内只包括与节点 i 直接相连的节点 j。当节点 i 有接地支路时，还应包括 j = 0 的情况。(4) 导纳矩阵非对角元素Yij 等于节点 i 与节点 j 之间的导

5、纳的负数Yij= - 1zij= - yij当 i、j 之间有多条并联支路时，求Yij 时应求所有并联支路导纳的代数和的负数LYij= - y( s)ijs =1式中，L 表示 i、j 之间并联支路数的条数。按照以上计算式，对于实际网络均可根据给定的支路参数和连接情况，直观而简单地求出导纳矩阵。可以看出，用以上计算公式求得的导纳矩阵与根据定义得到的导纳矩阵是完全一致的。2. 变压器为非标准变比时的修正无论采用有名制或标么制，凡涉及多电压级网络的计算，在精确计算时都必须将网络中所有参数和变量按实际变比归算到同一电压等级。实际上，在电力系统计算中总是有些变压器的实际变比不等于变压器两侧所选电压基准

6、值之比，也就是不等于标准变比，而且变压器的变比在运行中是可以改变的。这将使每改变一次变比都要重新计算元件参数，很不方便。下面将介绍另一种可等值地体现变压器电压变换功能的模型。等值变压器模型ZII 1ZT1 : K I 2ZC1U 12U 2图 1 非标准变比时的修正电路I1KZTI212U1KZTK - 1 T 1 - KK 2 ZU2图 2 以变压器阻抗表示增加非零非对角元素为Y =Y= - YTij节点 i 的自导纳，增加一个改变量为jiKY = K - 1 Y+ 1 Y = YiiKTK TT节点 j 的自导纳，也增加一个改变量为Y = 1 Y+ 1 - K Y= 1 Y3. 程序代码及

7、说明n=input(请输入节点数:n=);jjK TK 2TK 2 Tnl=input(请输入支路数:nl=);%isb=input(请输入平衡母线节点号:isb=);%pr=input(请输入误差精度:pr=);B1=input(请输入由各支路参数形成的矩阵:B1=);%B2=input(请输入各节点参数形成的矩阵:B2=);X=input(请输入由节点号和接地支路参数形成的矩阵:X=);Y=zeros(n); e=zeros(1,n);f=zeros(1,n);V=zeros(1,n); O=zeros(1,n);S1=zeros(nl);% zeros(m,n)产生 mn 的零矩阵，ze

8、ros(n)产生 nn 的全 0 方阵。for i=1:n%节点数if X(i,2)=0; %matlab 关系符号：（大于），=（大于等于），（小于），=（小于等于），=（等于）=（不等于） p=X(i,1);Y(p,p)=1./X(i,2);%接地支路, “./”点除代表矩阵对应元素相除endendfor i=1:nl%支路数if B1(i,6)=0%折算到哪一侧的标志,0 非标准变比在 q 侧,1 非标准变比在在 p 侧p=B1(i,1);q=B1(i,2);% B1(i,1), B1(i,2)为支路编号elsep=B1(i,2);q=B1(i,1);endY(p,q)=Y(p,q)-1

9、./(B1(i,3)*B1(i,5);%计算节点 p 和 q 间的互导纳,B1(i,3)为支路阻抗,B1(i,5)为变压器支路变比 k, B1(i,5)=1 时不是变压器支路Y(q,p)=Y(p,q); Y(q,q)=Y(q,q)+1./(B1(i,3)*B1(i,5)2)+B1(i,4)./2;%对角元, 节点 q 的自导纳, B1(i,4)为支路对地容抗Y(p,p)=Y(p,p)+1./B1(i,3)+B1(i,4)./2; %对角元,节点 p 的自导纳end%输出导纳矩阵disp(导纳矩阵 Y=); disp(Y);四、实验数据：电力系统接线图如图 3 所示，根据图中数据可得 B1 和

10、X 矩阵：P5=5j0.0151:1.050.8+j0.30 1.05:1j0.03U5=1.052+j1j0.25j0.250.04+j0.253.7+j1.3U1=1.051=0j0.250.1+j0.35j0.251.6+j0.8图 3 电力系统接线图B1=1 2 0.03i 0 1.05 0;2 3 0.08+0.3i 0.5i 1 0;2 4 0.1+0.35i 0 1 0;3 40.04+0.25i 0.5i 1 0;3 5 0.015i 0 1.05 1;X=1 0;2 0;3 0;4 0;5 0;五、实验过程1. 手算图 3 所示网络的导纳矩阵。2. 认真阅读源程序，建立 ma

11、tlab 的 M 程序，输入节点导纳矩阵计算程序。3. 输入实验数据,用 B1 和 X 矩阵代替 B1 和 X 输入语句并调试程序。B1 矩阵B1(i,1)为支路始端编号 p；B1(i,2)为支路末端编号 q，且 pq；B1(i,3)为支路阻抗；B1(i,4)为支路对地容抗，无填 0；B1(i,5)为变压器支路变比，非变压器支路填 1；B1(i,6)为变压器变比折算到哪一侧的标志,0 非标准变比在 q 侧,1 非标准变比在在 p 侧，非变压器支路填 0；X 矩阵X(i,1)为节点编号；X(i,2)为该节点的接地支路阻抗，如果节点没有接地支路填”0”；4. 正确输入节点数和支路数进行计算，将计算

12、结果与手算结果进行比较。六、要求认真书写实验报告并上交实验数据实验二支路追加法生成节点阻抗矩阵的 matlab 程序设计一、实验目的：本实验通过对生成 节点阻抗矩阵的编程与调试，获得复杂电力系统的节点阻抗矩阵，为采用阻抗法的电力系统的短路电流计算程序编制打下基础。通过实验教学加深学生对节点阻抗矩阵计算方法的理解，掌握支路追加法生成节点阻抗矩阵的方法，熟悉 MATLAB 软件的使用方法，提高编制调试计算机程序的能力。二、实验器材：计算机、软件（已安装应用软件 MATLAB 等）、移动存储设备（学生自备，软盘、U 盘等）。三、实验内容：1. 节点阻抗矩阵的形成目前求节点阻抗矩阵的方法，归纳起来主要

13、有两种：一种是导纳矩阵求逆，间接求出阻抗矩阵；另一种是用支路追加法，直接形成节点阻抗矩阵。支路追加法形成节点阻抗矩阵可以从网络的接线图中直接形成，它从某一个与地相连的支路开始，以后每次追加一条支路，直至形成整个网络的节点阻抗矩阵。该方法矩阵形成的规律性很 强，易于理解和记忆。用支路追加法形成节点阻抗矩阵时，所追加的支路可以分成 4 类，即追加接地树支，追加树支，追加接地连支，追加连支。现以图 1 所示的含有 3 个独立节点的网络为例， 别就上述 4 种情况阐述节点阻抗的形成。先将节点的电压、电流关系表示如下：U&1 Z11Z12Z13 I& 1 U& 2 = Z 21Z 22Z 23 I&2 U & ZZZ & 3 313233 I 3 图 1 原始网络(1)追加接地支路（0，4）如图 2 所示，由于网络增加了一个节点 4，所以原网络矩阵增加一阶，但是由于新增节点 4 与原网络矩阵增加一阶，但由于新增节点 4 与原网络 3 个节点 1、2、3 无电气直接联系，所以原来3 各方程不收影响，只是新增一个方程U& 4 = zI&4 ,其中 z 是新增支路的阻抗。这样节点方程修改为式（1），即节点阻抗矩阵原有的各元素均不变，新增的行、列元素均为零，只有新增的对角元素为 z。图 2 追加接地树支U&1 Z11Z12Z130I& 1 U&2 = Z21Z22Z230I&