电力系统分析课程设计报告书2

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1、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 姓名学口成绩号设计 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 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 41.

2、2论证方案的可行性 1.2.总体设计 62.1 程序语言及论述 6.2.2 辅助知识及参数 7.3.详细设计 83.1 程序流程图及习题 8.3.2 程序及解题 1.0.4.总结 1.5.参考资料 1.6.1.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

3、 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

4、，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=ZI2. 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

5、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 :7 八 Zj I厂Zif I：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ViVi(0)Z if If公式二也适用于故障节点f,于是有： Vf二Vf(0) 一 Z ff I fZff是故障节点f的自阻抗，也称输入阻抗。VfJf根据故障的边界条件:由

6、以上两个方程式解出:Vf(0)Zff Zf2.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勺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解决问题要比用C,FORTRA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MATLABS数库中方便自己以后调用。MATLAB勺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。MATLABS具

7、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 MATLAB2.2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

8、 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）.基准基准容量Sjz =100 MVA基准电压 UJZ 规定为 8 级.230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4,0.23 KV有了以上两项，各级电压的基准电流即可计算出，例：UJZ因为 S=1.73*U*I 所以 （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200 MVA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

9、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（Q）其中系统短路容量Sd和计算点电抗x是关键。3.1程序流程图及习题流程图3.详细设计用公式（6-11）计算各点电压Vi=1-Zif/（ Zff+zf）

10、用公式（6-9）计算指定支路的电路 lpq=（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=0.105 X20=0.28 X24=0.21 X43=0.43554 X35=0.29036 X45=0.25406信息工程学院课程设计Y340=Y430=j0.01852 Y350=Y530=j0.01234 Y450=Y540=j0.01080故节点导纳为：Y11=-j13.8716Y13=Y31=j9.5238Y22=-j8.33343Y24=Y42=j4.7619Y33=-j15.2329Y34

11、=Y43=j2.2960 Y35=Y53=j3.4440 Y44=-j10.9646 Y45=Y54=j3.9360Y55=-j7.35692习题6-11 (题目见书)等值网络及参数：2 lnMT-jDJEj-1,05jlX节点导纳为:Y33=-j17.6667Y1 仁-j10 Y12=Y21=j5 Y22=-j14.5 Y23=Y32=j103.2程序及解题程序如下：1通用程序为：fun ctiondl63text63;Z=in v(Y)m=size(Z,1)I=IV=Z*Ii=input(请输入节点i=)li=1/Z(i,i) for k=1:mkVk=V(k,1)-Z(k,i)*Ii e

12、nd for p=1:m for q=(1+p):m if (Y(p,q)=0)p,qVp=V(p,1)-Z(p,i)*Ii;Vq=V(q,1)-Z(q,i)*Ii;Ipq=-(Vp-Vq)*Y(p,q) end end end1 习题 6-10 解： 输入数据为：Y=-13.8716j 00 -8.3333j9.5238j 0 00 4.7619j 09.5238j 00 4.7619j-15.2329j 2.2960j 3.4440j2.2960j -10.9646j 3.9360j3.9360j -7.3569j0 0 3.4440jI=4.5652j 3.75j 0 0 0 m=5程序

13、为：function dl610text610;Z=inv(Y)I=I淀义一个函数名为dl610的函数% %调用函数名为 text610 的函数% %求节点阻抗矩阵 %求I的转置矩阵%V=Z*ISB=120;VB=115;IB=SB/(VB*sqrt(3)%求各节点的初始电压 %选定基准功率为 120MV.A%选定基准电压为 115KV% %求基准电流 %i=input( ? e ?e ? i ? ?。卩0%俞入短路节点 i%Ii=V(i,1)/Z(i,i);%求短路节点电流 %Ii1=Ii*IB for p=1:mfor q=(1+p):m if (Y(p,q)=0)Vp=V(p,1)-Z(

14、p,i)*Ii;Vq=V(q,1)-Z(q,i)*Ii; Ipq=-(Vp-Vq)*Y(p,q);Ipq1=Ipq*IB;if (p=3&q=5)pqIpqIpq1 endif (p=4&q=5) p q Ipq Ipq1 end end end end%如果 p,q 节点间的导纳不为 % %分别求 p,q 的节点电压 %求p,q节点间的支路电流%求短路电流的实际值 %求支路L-2的短路电流%求支路 L-3 的短路电流 %输出结果为：Y =0 -13.8716i 00 + 9.5238i0 - 8.3333i 04.7619i 00 + 9.5238i 00 -15.2329i 0 +2.29

15、60i0 + 3.4440i0 + 4.7619i0 + 2.2960i-10.9646i0 + 3.9360i03.9360iI =00 - 7.3569i0 + 3.4440i 0 +0 + 4.5652i0 + 3.7500iZ =0 + 0.1819i0 + 0.0616i0.1079i0 + 0.1326i0 + 0.0616i0 + 0.2078i0 + 0.1600i0 + 0.0898i0.1536i 0 + 0.1242i0 + 0.2330i0 + 0.1571i0 + 0.1932i0 + 0.1600i0 + 0.0898i0.1571i 0 + 0.1932i0 +

16、0.1079i0 + 0.1536i0.2689i 0 + 0.2174i0 + 0.1326i0 + 0.1242i0.2174i 0 + 0.3427iI =0 - 4.5652i0 - 3.7500i000V =1.06171.06071.06711.06861.0713IB =0.6025 请输入短路节点 i=5 i =5Ii1 =0 - 1.8835i p =3q =5Ipq =0 - 1.5954iIpq1 =0 - 0.9611i q =5Ipq =0 - 1.5310iIpq1 =0 - 0.9223i 2 习题 6-11 解：输入数据：Y=-10.0j 5.0j 0.0 5.

17、0j -14.5j 10.0j 0.0 10.0j -17.667jI=5.25j 0 7j程序为：function dl611text611;Z=inv(Y)I=IV=Z*Ii=input( 请输入节点 i= )Ii=V(i,1)/Z(i,i)淀义一个函数名为dl610的函数%调用函数名为 text610 的函数% %求节点导纳矩阵 %求 I的转置矩阵%求节点电压的初始值 % %输入短路节点 %计算短路电流 %输出结果为：Y =0 -10.0000i0 + 5.0000i0I =0 + 5.2500iZ =0 + 0.1394i0 + 0.0789i0 + 0.0446iI =0 - 5.2

18、500i00 - 7.0000i0 + 5.0000i0 -14.5000i0 +10.0000i00 + 0.0789i0 + 0.1577i0 + 0.0893i00 +10.0000i0 -17.6670i0 + 7.0000i0 + 0.0446i0 + 0.0893i0 + 0.1071i1.04451.03900.9843 请输入短路节点 i=3 i =3Ii =0 - 9.1875i4.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

19、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