此文檔收集于網絡，如有侵權，請聯系網站刪除昆 明 理 工 大 學 電力系統計算機輔助分析 上機實驗（指導書）主 編 唐嵐電 力 工 程 學 院二七年一月精品文檔目錄前言II實驗一MATLAB軟件的基本操作1實驗二MATLAB 程序的基本結構2實驗三電力系統計算中常用的數值算法4實驗四電力網絡的數學模型5實驗五潮流計算6實驗六短路電流計算7實驗七靜態穩定和暫態穩定計算8附錄： 學生實驗報告表頭格式9前言電力系統計算機輔助分析是電氣工程及自動化專業的專業必修核心課程，是電力系統分析基礎的后續課程。其主要任務是：使學生深入學習電力系統潮流、短路、穩定計算的計算機算法，提高學生應用計算機對電力系統進行分析和計算的能力。電力系統計算機輔助分析課程教學的難點在于如何讓學生掌握將電力系統分析基礎中所學的各種電力系統元件的數學模型用網絡方程聯系起來并轉化為程序代碼的方法，進而用相應的數值算法求解之。這要求學生學好先修課程電力系統分析基礎、計算方法和程序設計基礎。但由于后兩門課程開設較早，學生掌握情況差異也很大，所以極不利于教學。因此，我們結合選用的電力系統分析教材，以MATLAB作為軟件工具來實現各種電力系統計算程序。這樣可以利用MATLAB軟件強大的數值計算能力和相對簡單的編程語言，以減少教學過程中的不利因素，在促進學生掌握電力系統計算機輔助分析核心內容的同時，也讓學生初步學習了MATLAB這個在科學和工程領域應用十分廣泛的軟件。作為電力系統計算機輔助分析課程的輔助教學材料，其內容從MATLAB軟件的基本操作，到電力系統三大基本計算，共由七個上機實驗組成。所有七個實驗均為課程教學過程中必做的基本實驗。下一步將考慮加入初步制訂電力系統運行方式的綜合實驗，可供課程設計時選做。每一個實驗中均附有相應的思考題，學生可通過其拓展思路，或圍繞思考題完成實驗報告。本材料系倉促中形成的初稿，難免存在錯誤和不妥之處。敬請各位使用該材料的老師和同學提出寶貴的意見和建議。編者實驗一MATLAB軟件的基本操作上機實驗目的1、 了解MATLAB軟件的基本構成；2、 熟悉集成界面菜單命令與各工作窗口；3、 掌握MATLAB的兩種運行方式；4、 掌握獲取聯機幫助的手段；5、 通過聯機幫助系統了解MATLAB的強大功能，學習程序編輯器的使用。預習要求 利用圖書館和互聯網資源，了解MATLAB軟件的基本信息。列舉出MATLAB軟件的主要特點和應用領域。上機實驗內容1、 啟動MATLAB軟件，識別出常用的四個窗口命令窗口（Command Window）、歷史命令窗口（Command History）、工作空間瀏覽器（Workspace Browser）。2、 在用戶盤上以自己的學號建立一個文件夾，并將該文件夾設置為當前工作路徑。在命令窗口中可以執行與Dos命令一樣的文件操作。3、 在命令窗口中執行“helpdesk”命令，仔細閱讀MATLAB的聯機幫助，了解該幫助系統的使用方法。從Demos中找到Basic Matrix Operations的m文件，將其復制到當前工作路徑下，并運行之。4、 從主界面中的start出發，打開程序編輯器（Editor），用該編輯器打開工作路徑下的m文件。在求A陣特征值的代碼行設置斷點，在調試狀態下運行該文件，并單步運行斷點后的代碼。運行結束后，清除斷點，將工作區中的變量存入數據文件，然后利用Array Editor讀出矩陣B的值。5、 閱讀幫助文檔中自己感興趣的部分，并嘗試運行Demos的相關代碼。 思考題及說明1、 MATLAB軟件是什么？有什么特點？2、 怎樣在命令窗口中進行簡單的計算？3、 如何獲得命令或函數的幫助文檔？4、 MATLAB軟件可能給自己的學習帶來哪些幫助？5、與實驗二合并提交上機報告。實驗二MATLAB 程序的基本結構上機實驗目的1、 掌握常用數據類型與運算符；2、 掌握m文件的兩種格式：腳本與函數；3、 掌握順序結構、循環結構、分枝結構和程序流程控制語句；4、 掌握用M文件編輯器進行簡單調試的方法。5、 掌握用MATLAB繪制二維圖形的基本方法。預習要求1、閱讀MATLAB程序設計語言的相關書籍，與學習過的高級語言進行類比；2、列出實現三種結構的和程序流程控制的關鍵字和語法規則；3、學習MATLAB函數的編寫方法。上機實驗內容1、 上機求解下面的電路問題，的腳本文件已經給出。已知某個電路的端電壓的表達式為：區間時，試繪制電壓的波型。提示：在MATLAB的M文件編輯器中鍵入以下命令語句，并保存為ex2_1.m：Clear,clc,closet=0:0.5:10;u=6*exp(-2*t);plot(t,u);title(RC電路的電壓響應曲線);xlabel(時間/s);ylabel(電壓/v)grid%然后，再在MATLAB的命令窗口中鍵入：ex2_1。注意工作路徑的設置。2、 已知電路如圖2.1所示，編寫用網孔法求回路電流的MATLAB腳本文件，命名為ex2_2.m，并上機驗證之。I1I3I2101530305010V圖2.13、編寫求解一元二次方程的MATLAB程序。要求：在腳本文件中循環提示輸入構成不同方程的系數組合，然后調用求解函數得出結果。程序根據用戶的輸入情況判斷是否中止計算。思考題1、腳本與函數有何異同？2、MATLAB的數據類型與其它高級語言相比有何特點？3、什么時候用for循環、什么時候用while循環？4、MATLAB函數必須遵循的規則有哪些？報告要求及其它說明1、按實驗報告格式進行提交；2、對驗證的程序，報告必須包括應用過程和結果；3、對自行編制的程序，報告必須包括文件清單、流程圖、源碼、計算實例及結果。4、結合思考題完成實驗報告。鼓勵在報告的討論部分提出對例程的修改方案。實驗三電力系統計算中常用的數值算法上機實驗目的1、掌握高斯消去法、因子表法求解線性方程組的基本原理；2、掌握牛頓拉夫遜法求解非線性方程組的基本原理；3、了解歐拉法及改進歐拉法求解微分方程的基本原理；4、讀懂課本中相應算法的實現例程；5、掌握MATLAB針對上述算法提供的函數。預習要求1、回顧計算方法中的基本理論，準備上述算法的計算流程圖；2、閱讀課本中的相應程序，將各算法改編為獨立的函數文件。上機實驗內容1、用高斯消去法求解實驗二中的電路方程；2、將圖2.1中的電壓源分別改為2V、4V、6V、8V時，用因子表進行求解，體會該算法帶來的益處；3、用牛頓拉夫遜法求解如下非線性方程組，注意保留迭代過程中的中間值。 思考題1、高斯消去法與因子表法有何異同？2、什么是雅可比矩陣？3、MATLAB提供的計算函數如何使用？有何特點？報告要求及其它說明1、按實驗報告格式進行提交；2、提交各個自行封裝的算法函數的文件清單、源碼和調用規則；3、結合思考題完成實驗報告。鼓勵在報告的討論部分提出對例程的修改方案。實驗四電力網絡的數學模型上機實驗目的1、掌握節點導納矩陣和節點阻抗矩陣的生成算法；2、掌握電力系統計算所需原始數據的準備過程；3、了解節點優化編號的基本原理和算法。預習要求1、讀懂課本中的算法實現代碼，將其改編為獨立的函數文件；2、整理課本例17.6的原始數據，設計成獨立的數據文件；3、查閱資料了解某一商用或開源電力系統仿真軟件對原始數據文件的要求。上機實驗內容1、上機驗證課本例17.617.8的計算結果；2、設計系統變更時修改導納矩陣的函數（參考課本P.323），并調試通過。思考題1、節點導納陣與節點阻抗陣之間有何關系，二者之間如何轉換？2、網絡矩陣的修改函數對電力系統計算有何作用？報告要求及其它說明1、按實驗報告格式進行提交；2、說明原始數據文件的輸入要求；3、對驗證的程序，報告必須包括應用過程和結果；4、給出導納矩陣修正函數的調用規則及其實現代碼；5、結合思考題完成實驗報告。鼓勵在報告的討論部分提出對例程的修改方案。實驗五潮流計算上機實驗目的1、 掌握用N-L法計算潮流的基本原理和程序設計要點；2、 掌握用PQ分解法計算潮流的基本原理和程序設計要點。預習要求1、 準備潮流計算前各種已知參數表格；2、 找出課本中兩個潮流例程中實現相同功能的代碼，設計合理的函數將其封裝起來。上機實驗內容1、 上機驗證課本例19.1和例19.2的計算結果；2、 將兩種算法的程序計算程序進行合并，要求共用輸入、輸出部分，網絡方程形成函數和線性方程組求解函數，并實現算法的人工選擇；3、 根據實際的進度（可選擇）進一步豐富潮流計算程序的功能，如網絡修改、節點電壓越限提示、支路過載提示等功能。思考題1、 兩種算法的收斂過程圖中出現差異的原因是什么？2、 PQ分解法是如何利用電力系統特征的？3、 為什么PQ分解法在經過很大的簡化后卻不會降低計算結果的精度？4、 潮流計算中的平衡節點起什么作用？5、 為什么在用計算機對某網絡初次進行潮流計算時往往是要調潮流，而并非任何情況下只一次送入初始值算出結果就行呢？要考慮什么條件？各變量是如何劃分的？哪些可調？哪些不可調？報告要求及其它說明1、按實驗報告格式進行提交；2、提供合并后計算程序的流程圖與源代碼；3、撰寫合并后計算程序的使用說明；4、結合思考題完成實驗報告。鼓勵在報告的討論部分說明進一步豐富該計算程序的設想。實驗六短路電流計算上機實驗目的1、 掌握電力系統短路計算的基本原理及算法；2、 掌握計算機求取轉移電抗的算法；3、 靈活掌握阻抗矩陣在短路計算中的應用。預習要求1、 看懂課本的例程，將其劃分為相對獨立的模塊；2、 設計一個新的計算流程，合并課本第18章例程的計算功能；3、 整理故障計算必需的已知條件。上機實驗內容1、 合并合并課本第18章例程。即要求實現計算指定節點各種故障條件下，各支路的故障電流分布情況。其中對于實用算法，可只提供計算電抗。提示：盡量使用先前實驗中已封裝好的函數。2、 用新程序驗證第18章的各例題。思考題1、 計算短路電流的目的是什么？2、 在計算短路電流時，是否用到了節點阻抗陣中的所有元素？據此，可以如何簡化短路計算程序？3、 如果要以某一潮流分布情況作為短路計算的初值，如何考將潮流計算程序與短路計算程序聯系起來？報告要求及其它說明參見實驗五實驗七靜態穩定和暫態穩定計算上機實驗目的1、 掌握簡單電力系統穩定計算的基本原理；2、 掌握分段計算法的實現過程；3、 部分了解MATLAB矩陣分析、數值積分算法應用。預習要求1、 看懂課本的例程；2、 用手工推導例20.1與例20.2的計算過程。上機實驗內容1、 上機驗證例20.1與例20.2的計算結果；2、 用MATLAB數值工具箱中的函數（解微分方程、求特征值）替代例程中的相應部分，重復驗證過程。思考題1、 簡單電力系統的穩定性計算方法可能應用于什么樣的實際系統中？2、 MATLAB提供的算法有何特點？報告要求及其它說明1、按實驗報告