電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)---電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p>　　題目: 電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </

2、p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 3月 14日</p><p>　　信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　目錄</b></p><p&

3、gt;　　1.任務(wù)提出與方案論證1</p><p>　　1.1計(jì)算機(jī)計(jì)算的由來(lái)和要求1</p><p>　　1.2論證方案的可行性1</p><p><b>　　2.總體設(shè)計(jì)3</b></p><p>　　2.1程序語(yǔ)言及論述3</p><p>　　2.2輔助知識(shí)及參數(shù)4</p&

4、gt;<p><b>　　3.詳細(xì)設(shè)計(jì)5</b></p><p>　　3.1程序流程圖及習(xí)題5</p><p>　　3.2程序及解題7</p><p><b>　　4.總結(jié)12</b></p><p><b>　　參考資料13</b></p>

5、<p>　　1.任務(wù)提出與方案論證</p><p>　　1.1計(jì)算機(jī)計(jì)算的由來(lái)和要求</p><p>　　隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展與完善，運(yùn)算能力已日新月異，人工運(yùn)算的時(shí)代慢慢隱形化，</p><p>　　程序化計(jì)算設(shè)計(jì)必將成為主體。為此，運(yùn)用計(jì)算機(jī)計(jì)算短路電流已成為可能，也會(huì)帶來(lái)很大的方便。</p><p>　　依照所給的電力系統(tǒng)

6、，編制短路電流計(jì)算程序，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)試，最后完成一個(gè)切</p><p>　　實(shí)可行的電力系統(tǒng)計(jì)算應(yīng)用程序。通過自己設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)計(jì)算程序使同學(xué)對(duì)電力系統(tǒng)分析有</p><p>　　進(jìn)一步理解，同時(shí)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力的訓(xùn)練。</p><p>　　所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地之間的“短接”。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，除中性點(diǎn)外，相與相或相

7、與地之間是絕緣的。如果由于某種原因使其絕緣破壞而構(gòu)成了通路，我們就稱電力系統(tǒng)是發(fā)生了短路故障。在三相系統(tǒng)中，短路故障可分為兩大類：即對(duì)稱短路（三相短路）和不對(duì)稱短路（兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路）。其中三相短路雖然發(fā)生的機(jī)會(huì)較少，但情況嚴(yán)重，又是研究其它短路的基礎(chǔ)。所以我們先研究最簡(jiǎn)單的三相短路電流的暫態(tài)變化規(guī)律。</p><p>　　1.2論證方案的可行性</p><p>　　在

8、大量實(shí)際計(jì)算中，短路計(jì)算有著比較固定的方式，這就為計(jì)算機(jī)計(jì)算墊定了基礎(chǔ)，根據(jù)電力系統(tǒng)三相對(duì)稱短路的特點(diǎn)，建立了合理的三相短路的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上， 形成電力系統(tǒng)短路電流實(shí)用汁算方法；節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的支路追加法．編制了對(duì)任意一個(gè)電力系統(tǒng)在任意點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)三相短路電流及其分布的通用計(jì)算程序。 該辦法適用予各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)．從一個(gè)側(cè)面展示了計(jì)算機(jī)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的廣闊前景．</p><p><b>　

9、　其原理如下：</b></p><p>　　1.節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣計(jì)算電壓初始值的原理</p><p>　　在電力系統(tǒng)分析的第四章中學(xué)到了矩陣方程:YV=I,故由矩陣性質(zhì)得：V=ZI</p><p>　　2.節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流的原理</p><p>　　利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流如圖所示，假定系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)f經(jīng)過過渡阻抗發(fā)生短路。

10、對(duì)于正常狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)而言，發(fā)生短路相當(dāng)于在故障節(jié)點(diǎn)f增加了一個(gè)注入電流。因此，網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)i的電壓可表示為：</p><p><b>　　公式一 ：</b></p><p>　　由式可見，任一節(jié)點(diǎn)i的電壓都由兩項(xiàng)疊加而成。第一項(xiàng)是當(dāng)時(shí)由網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電源在節(jié)點(diǎn)i產(chǎn)生的電壓，也就是短路前瞬間正常運(yùn)行狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)電壓，記為 。第二項(xiàng)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有電流源都斷開，電勢(shì)源都

11、短接時(shí)，僅僅由短路電流 在節(jié)點(diǎn)i產(chǎn)生的電壓。這兩個(gè)分量的疊加，就等于發(fā)生短路后節(jié)點(diǎn)i的實(shí)際電壓，即</p><p>　　公式二也適用于故障節(jié)點(diǎn)f，于是有：</p><p>　　是故障節(jié)點(diǎn)f的自阻抗，也稱輸入阻抗。 根據(jù)故障的邊界條件：</p><p>　　由以上兩個(gè)方程式解出：</p><p><b>　　2.總體

12、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1程序語(yǔ)言及論述</p><p>　　MATLAB是一門用途廣泛的語(yǔ)言，它提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。</p><p>　　MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來(lái)解決問題要比用C,FORTRAN等語(yǔ)言方便的多。在新的

13、版本中也加入了對(duì)C,FORTRAN,c++ ,JAVA的支持，可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用。</p><p>　　MATLAB的程序極其簡(jiǎn)短且可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語(yǔ)句和if語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴５^之高級(jí)語(yǔ)言，由于其程序不

14、用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，而是邊解釋邊執(zhí)行，所以速度較慢。</p><p>　　綜合起來(lái)看，MATLAB是一個(gè)高度集成的系統(tǒng)，集科學(xué)計(jì)算、圖象處理、聲音處理于一體，具有極高的編程效率。近年來(lái)，MATLAB已經(jīng)從最初的“矩陣實(shí)驗(yàn)室”，滲透到科學(xué)與工程計(jì)算的多個(gè)領(lǐng)域，在自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析等多個(gè)方向，都有著廣泛的應(yīng)用。因此，我選擇的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是MATLAB。</p>

15、<p>　　2.2輔助知識(shí)及參數(shù)</p><p>　　計(jì)算時(shí)選定一個(gè)基準(zhǔn)容量(Sjz)和基準(zhǔn)電壓(Ujz).將短路計(jì)算中各個(gè)參數(shù)都轉(zhuǎn)化為和該參數(shù)的基準(zhǔn)量的比值(相對(duì)于基準(zhǔn)量的比值),稱為標(biāo)么值(這是短路電流計(jì)算最特別的地方,目的是要簡(jiǎn)化計(jì)算). </p><p><b>　　(1)基準(zhǔn) </b></p><p>　　基準(zhǔn)容量 Sjz

16、 =100 MVA </p><p>　　基準(zhǔn)電壓 UJZ規(guī)定為8級(jí). 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV </p><p>　　有了以上兩項(xiàng),各級(jí)電壓的基準(zhǔn)電流即可計(jì)算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4 </p><p>　　因?yàn)?S=1.73*U*I 所以 IJZ (KA)1.565.59.16

17、144 </p><p><b>　　(2)標(biāo)么值計(jì)算 </b></p><p>　　容量標(biāo)么值 S* =S/SJZ.例如:當(dāng)10KV母線上短路容量為200 MVA時(shí),其標(biāo)么值容量 </p><p>　　S* = 200/100=2. </p><p>　　電壓標(biāo)么值 U*= U/UJZ ; 電流標(biāo)么值 I* =I/IJ

18、Z </p><p>　　有了標(biāo)幺值的概念后，短路電流計(jì)算的過程就大大減少了，簡(jiǎn)化了運(yùn)算。</p><p><b>　　2.3 等值電路</b></p><p>　　計(jì)算前先要做出等值電路，并計(jì)算等值參數(shù)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)中會(huì)將習(xí)題6-10及習(xí)題6-11的等值電路及參數(shù)列寫出來(lái)，這里只做簡(jiǎn)單說(shuō)明：Sd三相短路容量 (MVA)簡(jiǎn)稱短路容量校核開關(guān)分?jǐn)嗳?/p>

19、量 Id三相短路電流周期分量有效值(KA)簡(jiǎn)稱短路電流校核開關(guān)分?jǐn)嚯娏?和熱穩(wěn)定 IC三相短路第一周期全電流有效值(KA) 簡(jiǎn)稱沖擊電流有效值校核動(dòng)穩(wěn)定 ic三相短路第一周期全電流峰值(KA) 簡(jiǎn)稱沖擊電流峰值校核動(dòng)穩(wěn)定 x電抗(Ω) 其中系統(tǒng)短路容量Sd和計(jì)算點(diǎn)電抗x 是關(guān)鍵。</p><p><b>　　3.詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1程序流程圖及

20、習(xí)題</p><p><b>　　一 流程圖</b></p><p><b>　　二 習(xí)題</b></p><p>　　1習(xí)題6-10 （題目見書）</p><p><b>　　等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)：</b></p><p>　　選SB=120MV.A,VB=

21、Vav,各元件標(biāo)幺值參數(shù)如下：</p><p>　　X10=0.105 X20=0.28 X24=0.21 X43=0.43554 X35=0.29036 X45=0.25406</p><p>　　Y340=Y430=j0.01852 Y350=Y530=j0.01234 Y450=Y540=j0.01080</p><p><b>　

22、　故節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納為：</b></p><p>　　Y11=-j13.8716 Y13=Y31=j9.5238 Y22=-j8.33343 Y24=Y42=j4.7619 Y33=-j15.2329 </p><p>　　Y34=Y43=j2.2960 Y35=Y53=j3.4440 Y44=-j10.9646 Y45=Y54=j3.9360 Y55=-j7

23、.3569</p><p>　　2習(xí)題6-11（題目見書）</p><p><b>　　等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納為：</b></p><p>　　Y11=-j10 Y12=Y21=j5 Y22=-j14.5 Y23=Y32=j10 Y33=-j17

24、.6667</p><p><b>　　3.2程序及解題</b></p><p><b>　　程序如下：</b></p><p><b>　　1.通用程序?yàn)椋?lt;/b></p><p>　　function dl63</p><p><b>　

25、　text63;</b></p><p><b>　　Z=inv(Y)</b></p><p>　　m=size(Z,1)</p><p>　　I=I' </p><p><b>　　V=Z*I </b></p><

26、p>　　i=input(‘請(qǐng)輸入節(jié)點(diǎn)i=')</p><p>　　Ii=1/Z(i,i)</p><p><b>　　for k=1:m</b></p><p><b>　　k</b></p><p>　　Vk=V(k,1)-Z(k,i)*Ii</p><p>

27、<b>　　end</b></p><p><b>　　for p=1:m</b></p><p>　　for q=(1+p):m</p><p>　　if(Y(p,q)~=0)</p><p><b>　　p,q</b></p><p>　　Vp=V(

28、p,1)-Z(p,i)*Ii;</p><p>　　Vq=V(q,1)-Z(q,i)*Ii;</p><p>　　Ipq=-(Vp-Vq)*Y(p,q)</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end </b></p><p><b>

29、;　　end</b></p><p>　　1習(xí)題6-10 解：</p><p><b>　　輸入數(shù)據(jù)為：</b></p><p>　　Y=[-13.8716j 0 9.5238j 0 0 </p><p>　　0 -8.3333j

30、 0 4.7619j 0</p><p>　　9.5238j 0 -15.2329j 2.2960j 3.4440j</p><p>　　0 4.7619j 2.2960j -10.9646j 3.9360j</p><p>　　0 0

31、3.4440j 3.9360j -7.3569j]</p><p>　　I=[4.5652j 3.75j 0 0 0]</p><p><b>　　m=5</b></p><p><b>　　程序?yàn)椋?lt;/b></p><p>　　function dl610

32、 %定義一個(gè)函數(shù)名為dl610的函數(shù)%</p><p>　　text610; %調(diào)用函數(shù)名為text610的函數(shù)%</p><p>　　Z=inv(Y) %求節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣%</p><p>　　I=I'

33、 %求I的轉(zhuǎn)置矩陣%</p><p>　　V=Z*I %求各節(jié)點(diǎn)的初始電壓%</p><p>　　SB=120; %選定基準(zhǔn)功率為120MV.A%</p><p>　　VB=115; %選定基準(zhǔn)電壓為115KV%&l

34、t;/p><p>　　IB=SB/(VB*sqrt(3)) %求基準(zhǔn)電流%</p><p>　　i=input('ÇëÊäÈë¶Ì·½Úµãi=') %輸入短路節(jié)點(diǎn)i%</p><p>　　I

35、i=V(i,1)/Z(i,i); %求短路節(jié)點(diǎn)電流%</p><p>　　Ii1=Ii*IB </p><p><b>　　for p=1:m</b></p><p>　　for q=(1+p):m</p><p>　　if(Y(p,q)~=0)

36、 %如果p,q節(jié)點(diǎn)間的導(dǎo)納不為%</p><p>　　Vp=V(p,1)-Z(p,i)*Ii; %分別求p,q的節(jié)點(diǎn)電壓%</p><p>　　Vq=V(q,1)-Z(q,i)*Ii;</p><p>　　Ipq=-(Vp-Vq)*Y(p,q); %求p,q節(jié)點(diǎn)間的支路電流%</p><p>　　Ipq1=

37、Ipq*IB; %求短路電流的實(shí)際值 %</p><p>　　if(p==3&&q==5) %求支路L-2的短路電流%</p><p><b>　　p</b></p><p><b>　　q</b></p><p><b>　

38、　Ipq</b></p><p><b>　　Ipq1</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　if(p==4&&q==5) %求支路L-3的短路電流%</p><p><b>　　p</b></p&g

39、t;<p><b>　　q</b></p><p><b>　　Ipq</b></p><p><b>　　Ipq1</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b><

40、/p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　輸出結(jié)果為：</b></p><p><b>　　Y =</b></p><p>　　0 -13.8716i

41、0 0 + 9.5238i 0 0 </p><p>　　0 0 - 8.3333i 0 0 + 4.7619i 0 </p><p>　　0 + 9.5238i 0

42、 0 -15.2329i 0 + 2.2960i 0 + 3.4440i</p><p>　　0 0 + 4.7619i 0 + 2.2960i 0 -10.9646i 0 + 3.9360i</p><p>　　0 0

43、 0 + 3.4440i 0 + 3.9360i 0 - 7.3569i</p><p><b>　　I =</b></p><p>　　0 + 4.5652i 0 + 3.7500i 0 0 0 </p>

44、;<p><b>　　m =</b></p><p><b>　　5</b></p><p><b>　　Z =</b></p><p>　　0 + 0.1819i 0 + 0.0616i 0 + 0.1600i 0 + 0.1079i

45、 0 + 0.1326i</p><p>　　0 + 0.0616i 0 + 0.2078i 0 + 0.0898i 0 + 0.1536i 0 + 0.1242i</p><p>　　0 + 0.1600i 0 + 0.0898i 0 + 0.2330i 0 + 0.1571i

46、 0 + 0.1932i</p><p>　　0 + 0.1079i 0 + 0.1536i 0 + 0.1571i 0 + 0.2689i 0 + 0.2174i</p><p>　　0 + 0.1326i 0 + 0.1242i 0 + 0.1932i 0 + 0.2174i

47、 0 + 0.3427i</p><p><b>　　I =</b></p><p>　　0 - 4.5652i</p><p>　　0 - 3.7500i</p><p>　　0 </p><p>　　0 </p><p>　　0

48、 </p><p><b>　　V =</b></p><p><b>　　1.0617</b></p><p><b>　　1.0607</b></p><p><b>　　1.0671</b></p><p>&

49、lt;b>　　1.0686</b></p><p><b>　　1.0713</b></p><p><b>　　IB =</b></p><p><b>　　0.6025</b></p><p>　　請(qǐng)輸入短路節(jié)點(diǎn)i=5</p><p&g

50、t;<b>　　i =</b></p><p><b>　　5</b></p><p><b>　　Ii1 =</b></p><p>　　0 - 1.8835i</p><p><b>　　p =</b></p><p><

51、b>　　3</b></p><p><b>　　q =</b></p><p><b>　　5</b></p><p><b>　　Ipq =</b></p><p>　　0 - 1.5954i</p><p><b>　　I

52、pq1 =</b></p><p>　　0 - 0.9611i</p><p><b>　　p =</b></p><p><b>　　4</b></p><p><b>　　q =</b></p><p><b>　　5</

53、b></p><p><b>　　Ipq =</b></p><p>　　0 - 1.5310i</p><p><b>　　Ipq1 =</b></p><p>　　0 - 0.9223i</p><p><b>　　2習(xí)題6-11解：</b>&

54、lt;/p><p><b>　　輸入數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　Y=[-10.0j 5.0j 0.0</p><p>　　5.0j -14.5j 10.0j</p><p>　　0.0 10.0j -17.667j]</p><p>　　I=[5.25j 0

55、 7j]</p><p><b>　　程序?yàn)椋?lt;/b></p><p>　　function dl611 %定義一個(gè)函數(shù)名為dl610的函數(shù)%</p><p>　　text611; %調(diào)用函數(shù)名為text610的函數(shù)%</p><p>　　Z=

56、inv(Y) %求節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣%</p><p>　　I=I' %求I的轉(zhuǎn)置矩陣%</p><p>　　V=Z*I %求節(jié)點(diǎn)電壓的初始值%</p><p>　　i=input(請(qǐng)輸入節(jié)點(diǎn)i=')

57、 %輸入短路節(jié)點(diǎn)%</p><p>　　Ii=V(i,1)/Z(i,i) %計(jì)算短路電流%</p><p><b>　　輸出結(jié)果為：</b></p><p><b>　　Y =</b></p><p>　　0 -10.0000i 0 + 5.0000i

58、 0 </p><p>　　0 + 5.0000i 0 -14.5000i 0 +10.0000i</p><p>　　0 0 +10.0000i 0 -17.6670i</p><p><b>　　I =</b></p>&

59、lt;p>　　0 + 5.2500i 0 0 + 7.0000i</p><p><b>　　Z =</b></p><p>　　0 + 0.1394i 0 + 0.0789i 0 + 0.0446i</p><p>　　0 + 0.0789i 0

60、+ 0.1577i 0 + 0.0893i</p><p>　　0 + 0.0446i 0 + 0.0893i 0 + 0.1071i</p><p><b>　　I =</b></p><p>　　0 - 5.2500i</p><p>　　0 </p&

61、gt;<p>　　0 - 7.0000i</p><p><b>　　V =</b></p><p><b>　　1.0445</b></p><p><b>　　1.0390</b></p><p><b>　　0.9843</b><

62、/p><p>　　請(qǐng)輸入短路節(jié)點(diǎn)i=3</p><p><b>　　i =</b></p><p><b>　　3</b></p><p><b>　　Ii =</b></p><p>　　0 - 9.1875i</p><p>&l

63、t;b>　　4.總結(jié)</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，在學(xué)到一定東西知識(shí)的同時(shí)，也暴露了更多以前不曾注意的問題。例如這次做短路故障分析，看書覺得都懂了，等到真正開始做的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)很多學(xué)的都不是很透徹，這也算是一次查漏補(bǔ)缺的機(jī)會(huì)，把以前學(xué)過的知識(shí)再鞏固一遍。</p><p>　　這次編程選用MATLAB語(yǔ)言，因?yàn)橹爸皇橇私?，掌握和運(yùn)用的并不是很好，所以再做

64、的時(shí)候出現(xiàn)了很多問題，現(xiàn)在還有很多疑問不清楚，深深的理解到要學(xué)會(huì)一種軟件是很必要的，我也在繼續(xù)努力，雖然本課程設(shè)計(jì)已告于此，但是對(duì)MATLAB的學(xué)習(xí)還只是個(gè)開始，我還要進(jìn)一步去學(xué)習(xí)，做到真正的學(xué)會(huì)學(xué)活?？傊?，再這次課程設(shè)計(jì)中，我清楚的意識(shí)到理論與實(shí)踐有很大的差別，理論只有與實(shí)踐相結(jié)合才能更好的發(fā)揮理論的作用，只有在實(shí)踐中才能找到實(shí)用的東西，僅有理論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。</p><p><b>　　參考資料

65、 </b></p><p>　　1.電力系統(tǒng)分析（上、下） 何仰贊 華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　2.MATLAB電子仿真與應(yīng)用教程 王華 國(guó)防工業(yè)出版社</p><p>　　3.孫麗華 電力工程基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　4.傅知蘭 電力系統(tǒng)電氣設(shè)備選擇與實(shí)用計(jì)算 中國(guó)電力出版