1、目錄1課程設計說明12編程語言的選擇及理由13程序設計23.1主體流程圖23.2詳細流程圖3創建系統（create）流程圖3加載系統函數（load）流程圖3計算子函數（calculate）流程圖4改變短路節點（change）流程圖43.3數據及變量說明53.4程序代碼及注釋63.5測試算例64設計體會13參考文獻13附錄131 課程設計說明本課程設計根據電力系統分析課程中所講的基于節點方程的三相短路計算的原理和方法。采用c語言編程 。實現了三相短路計算的計算機實現。本程序輸入含有網絡拓撲信息和電器元件的參數，輸出三相短路的短路電流和短路后網絡各節點的電壓參數和各支路的電流參數。并以文件的形式保

2、存，方便用戶的讀取，打印。實現了設計的要求。三相短路在電力系統中雖然發生的概率很小，但一旦發生產生的影響非常嚴重，電力系統中設備的動穩定和熱穩定校驗都要以三相短路電流為依據，因此我選擇做是電力系統三相短路的計算程序，覺得更有意義。應用計算機進行電力系統計算，首先要建立電力系統相應的數學模型，如建立電力系統等效網絡和節點方程；其次是運用合理的計算方法計算結果，如三角分解法，LDU分解法等；第三則是選擇合適的計算機語言編制計算程序，實現程序的準確性，提高精確度。本設計利用節點方程來實現電力系統三相短路計算。首先，根據給定的電力系統運行方式制定系統的一相等值網絡，計算出各元器件的參數，其次根據網絡方

3、程利用變壓器和線路參數形成不含發電機和負荷的節點導納矩陣Y；然后，利用系統形成的節點導納矩陣求解系統阻抗矩陣Z；第三則是應用節點阻抗矩陣計算短路電流。電力系統短路電流的實際工程計算中，許多實際問題的解決并不需要十分精確的結果。因此采用近似計算法，在建立系統節點方程時，采用網絡模型和參數做簡化處理，等值電路的制定通常將發電機作為含源支路，表示為節點注入電流源和節點電抗的形式；系統中存在同步發電機時，按發電機支路處理；同時，忽略發電機、變壓器和輸電線路的電阻，不計線路的電容，略去變壓器的勵磁電流，負荷忽略不計；在標幺參數計算時，選取各級平均額定電壓作為基準電壓，忽略元件的額定電壓和平均電壓的差別，

4、認為變壓器變比的標幺值為1；此外，還假定所有的發電機的電勢具有相同的相位，所有的元件僅用電抗表示，避免復數運算。三相對稱短路為金屬性短路。本課程設計的關鍵部分是利用系統節點導納矩陣形成節點阻抗矩陣，本程序采用LDU分解法，然后利用節點導納矩陣和阻抗矩陣的乘積為單位矩陣列寫方程，節點導納矩陣經LDU分解后，回代求解系統阻抗矩陣。利用節點阻抗矩陣進行短路計算，首先利用故障前的節點注入電流和系統節點阻抗矩陣求取故障前系統的各節點電壓；然后，利用金屬短路時短路點殘壓為0,對地電阻為0，計算短路點電流；最后，利用故障前節點電壓、節點阻抗和短路點電流求得短路后各節點電壓和各支路電流。2 編程語言的選擇及理

5、由能夠實現程序編寫的語言有多種，本課程設計中采用C語言進行電力系統對稱短路計算程序的編寫。個人對c語言和metlab相對較熟悉。之所以選擇C語言編程，從主觀上說，是因為我學過C語言課程，相對于其他的編程語言而言，C語言的應用更為熟悉和了解。另外，從客觀上說，C語言是目前世界上最為流行、使用最為廣泛的高級程序設計語言。，C的效率MATLAB比高多了，MATLAB雖然語法簡單，但執行效率不高。MATLAB是用于特定的方面的，比如說矩陣運算方面、DSP就很有優勢，而C語言不同。很多軟件的底層都是C編寫的。MATLAB提供的是一種基于解釋的語言，雖然也是一種高級語言，但是還是很簡單的，它的目標在于用戶

6、方便，開發簡單。而實際上這些方便也是有代價的，編譯器承受了這些代價，程序執行效率方面也有損失。另一方面MATLAB這么做也是基于其專用于科學計算的目的來考慮的，無法應用于通用的程序設計。c語言這么做保持了其編譯的速度，便于大型程序設計，執行效率也很高，因此我選擇用c語言編寫程序 。3 程序設計3.1 主體流程圖開始歡迎使用用戶選擇操作，按鍵123進入創建系統子函數（create）進入加載系統子函數（load）進入退出子函數進入計算子函數（calculate）改短路點子函數（change）是否改路點？結束是圖3-1 主體流程圖3.2 詳細流程圖3.2.1 創建系統（create）流程圖輸入文件名

7、輸入電抗支路參數結束輸入節點數、支路數、故障節點輸入發電機支路參數輸入電容支路參數圖3-2 create函數流程圖3.2.2 加載系統函數（load）流程圖輸入系統文件名輸出查看系統參數選擇進入下一個子函數圖3-3 節點導納矩陣形成流程圖3.2.3 計算子函數（calculate）流程圖 文件讀入電路參數求取LDU分解的因子表矩陣下三角求取DUZj向量求解完畢？否是結束求取節點阻抗矩陣列向量根據支路參數建立節點導納矩陣求取短路點電流求取節點電壓求取支路電流建立文件存儲計算結果結束圖3-4 計算子函數流程圖3.2.4 改變短路節點（change）流程圖輸入短路點從新讀取文件中的參數選擇進入下一個

8、子函數計算圖3-5 change函數流程圖3.3 數據及變量說明本程序中將電路的支路分為三類：電抗支路、電流支路、發電機直流，數據輸入時分開輸入格式如下：電抗支路：支路數、節點首端好、節點末端好，支路電抗值。發電機支路：發電機臺數、發電機接入點，發電機電勢、發電機之路電抗。電容支路：支路數、電容節點號，電容支路電抗值。程序中的變量定義如下： FILE *fp; /文件指針 float If; /短路電流 float V010; /節點電壓初值 float In10; /注入電流 float V10; /節點電壓 float I10; /支路電流int count210; /數組用于儲存支路號f

9、loat z1010; /儲存支路電抗值float yjs1010; /存放計算導納矩陣中的中間值float ye10; /儲存發電機支路導納float Y1010; /節點導納矩陣float Z1010; /阻抗矩陣float dk; /電抗值int e110;float yc10; /節點對地電抗float ycjs10;int e10; /發電機接入點float E10; float Ig10;float Emid10;float ze10; /儲存發電機支路導納int m,n,a,f,i=0,j=0,sd,md,butn,times,timesc;/*n是節點數，a是支路數，f是短路點

10、，i為行標，j為列標*/1、文件讀入程序如下： printf("請輸入系統的節點數，支路數，故障節點n"); scanf("%d%d%d",&n,&a,&f); fp=fopen(name,"w+"); fprintf(fp,"系統參數如下所示:nn"); fprintf(fp,"1.系統的節點數為%dn2.系統的支路數為%dn3.系統的短路點為%dnn",n,a,f); fprintf(fp,"支路電抗參數如下n");2、計算主程序如下： （1）、

11、If=V0f-1/Zf-1f-1;（短路電流計算） for(i=0;i<n;i+) Vi=V0i-Zif-1*If; （2）、for(i=0;i<n;i+)（導納矩陣計算） for(j=0;j<n;j+) Yii=Yii-yjsij; Yii=Yii-yei-ycjsi; for(i=0;i<n;i+) for(j=i+1;j<n;j+) Yij=yjsij; Yji=yjsij; 3.4 程序代碼及注釋 具體源程序代碼及其注釋見附錄。3.5 測試算例【例6-3】在如圖3-5所示的電力系統中分別在節點1和節點5接入發電機支路，其標幺值參數為：。在節點3發生三相短路

12、，計算短路電流及網絡中的電流分布。線路的電阻和電容略去不計，變壓器的標幺變比等于1。各元件參數的標幺值如下：圖3-6 電力系統等值網絡圖圖3-7 三相短路時的等值網絡圖由以上網絡圖可得計算過程如下：（1）、形成輸入文件：系統參數如下所示:1.系統的節點數為52.系統的支路數為53.系統的短路點為3支路電抗參數如下z12=0.1050z23=0.0650z24=0.0800z43=0.0500z54=0.1840發電機接入點及其電抗如下：共2臺發電機進入系統z1=0.1500z5=0.2200e1=1.0000e5=1.0000共0個節點有接地電容（2）、計算后得到的輸出文件：計算結果如下：1、

13、節點導納矩陣:-16.1905 9.5238 9.5238 -37.4084 15.3846 12.5000 15.3846 -35.3846 20.0000 12.5000 20.0000 -37.9348 5.4348 5.4348 -9.9802 2、節點阻抗矩陣: 0.1181 0.0958 0.0902 0.0858 0.0467 0.0958 0.1629 0.1533 0.1459 0.0794 0.0902 0.1533 0.1860 0.1611 0.0877 0.0858 0.1459 0.1611 0.1729 0.0941 0.0467 0.0794 0.0877 0.

14、0941 0.1515 3、短路節點是:34、短路電流:If=5.37675、各節點電壓:V1=0.5152V2=0.1758V3=0V4=0.1336V5=0.52826、發電機支路電流如下:Ig10=-3.2321Ig50=-2.14457、各支路電流:I12=-3.2321I23=-2.7046I24=-0.5275I43=-2.6720I54=-2.1445圖3-8 對稱短路計算結果圖3-8 改變短路點后計算結果【習題6-10】如圖3-9所示網絡，略去負荷，試用節點阻抗矩陣法求節點5發生三相短路時，短路點的短路電流及線路L-2、L-3的電流。已知各元件參數如下：發電機G-1: SN =

15、 120 MVA, x”d = 0.23; G-2: SN = 60 MVA, x”d = 0.14變壓器T-1: SN = 120 MVA, Vs = 10.5%; T-2: SN = 60 MVA, Vs = 10.5%線路參數 x1 = 0.4/km, b1 = 2.8×10-6 S/km線路長度 L-1: 120 km, L-2: 80 km, L-3: 70 km取SB = 120 MVA, VB = VavGGG-1G-2T-1T-2L-1L-2L-312345圖3-9 電力系統網絡圖圖3-10 三相短路時的等值網絡圖（1）、形成輸入文件：系統參數如下所示:1.系統的節點

16、數為：52.系統的支路數為：53.系統的短路點為：5支路電抗參數如下：z3 5=0.29036 z4 5=0.25406 z3 4=0.43554z1 3=0.1050z2 4=0.2100發電機接入點及其電抗如下：共2臺發電機進入系統：z1=0.2300z2=0.2800e1=1.0500e2=1.0500共3個節點有接地電容：Y3=-32.372299Y4=-34.077000Y5=-43.185200（2）、得到的輸出文件：計算結果如下：1、節點導納矩陣:-13.8716 9.5238 -8.3333 4.7619 9.5238 -15.2329 2.2960 3.4440 4.7619

17、 2.2960 -10.9646 3.9361 3.4440 3.9361 -7.3569 2、節點阻抗矩陣: 0.1819 0.0616 0.1600 0.1079 0.1326 0.0616 0.2078 0.0898 0.1536 0.1242 0.1600 0.0898 0.2330 0.1571 0.1932 0.1079 0.1536 0.1571 0.2689 0.2174 0.1326 0.1242 0.1932 0.2174 0.3427 3、短路節點是:54、短路電流：If=3.12635、各節點電壓:V1=0.6471V2=0.6723V3=0.4632V4=0.3890

18、V5=06、發電機支路電流如下:Ig10=-1.7516Ig20=-1.34917、各支路電流:I35=-1.5954I45=-1.5310I34=-0.1705I13=-1.7516I24=-1.3491圖3-11 對稱短路計算結果【習題6-11】電力系統等值電路如圖3-13所示，支路阻抗的標幺值已注明圖中。（1）形成節點導納矩陣（或節點阻抗矩陣），并用以計算節點3的三相短路電流。（2）另選一種方法計算短路電流，并用以驗證（1）的計算結果。圖3-12 電力系統等值電路圖圖3-13 經Norton變換后的等值電路圖圖3-13 最終計算等值電路圖由以上網絡可得輸入文件如下：系統參數如下所示:1.

19、系統的節點數為：32.系統的支路數為：23.系統的短路點為：3支路電抗參數如下：z1 2=0.2000z2 3=0.1000發電機接入點及其電抗如下：共2臺發電機進入系統：z1=0.2000z3=0.130435e1=1.0500e3=0.913043共1個節點有接地電容：Y2=-2.000000（2）、得到的輸出文件：計算結果如下：1、節點導納矩陣:-10.0000 5.0000 5.0000 -14.5000 10.0000 10.0000 -17.6667 2、節點阻抗矩陣: 0.1394 0.0789 0.0446 0.0789 0.1577 0.0893 0.0446 0.0893

20、0.1071 3、短路節點是:34、短路電流：If=9.18755、各節點電壓:V1=0.6344V2=0.2188V3=06、發電機支路電流如下:Ig10=-2.0781Ig30=-7.00007、各支路電流:I12=-2.0781I23=-2.1875圖3-15 對稱短路計算結果通過計算結果與算例答案的對比，計算結果與算例 標準答案一樣，說明了程序計算方法和思路的準確性。說明本次課程設計基本達到了設計的要求。4 設計體會通過本次課程設計讓自己學到了很多東西，包括電力系統分析、和c語言的很知識。通過做課程設計自己又仔細的將兩門課程相關章節看了一遍，特別是c語言，幾乎把整個課本都看了一遍，并自

21、學了很多相關的知識，重新看書的時候才發現，雖然以前學過，但幾年不用已經忘得差不多啦！當然，重新看書也發現了許多新的知識，學到不少的東西。本次做課程設計老師給我們留了充足的時間，讓我們耐心去學習知識，而不像以前一樣趕任務。通過這次課程設計，我更好的掌握了電力系統短路計算的方法。我想作為一個學電氣的人這是非常關鍵的。在剛接到題目時，我感覺很迷茫，覺得很難，當我仔細準備的時候發現這也不是想象中的難，最終通過自己的努力和通過學的幫助完成了課程設計。這次設計給我最大的收獲并不僅僅是相關的專業知識，這是我第一次做這種要幾門課結合的課程設計，我覺得這使自己應用知識的能力得到了鍛煉，本次課程設計用c語言編程序

22、實現了電力系統的三相短路計算。雖然程序能夠計算，但我也知道還有很多的問題。還需要努力。第一次不自己學的知識結合在一起，覺得很有用，自己沒白學。在答辯的過程老師對程序提出了修改意見，是自己的程序更加實用，在這里感謝老師的指導，讓我受益匪淺。同時在做的過程中我也和很多的同學交流、討論，大家交流自己的想法，覺得是很開心的一件事。參考文獻1 何仰贊，溫增銀電力系統分析(上冊)(第三版)武漢：華中科技大學出版社，20022 何仰贊，溫增銀電力系統分析題解(上、下)(第三版)武漢：華中科技大學出版社，20023 鄭平安，曾大亮編程序設計基礎(C語言)第二版北京：清華大學出版社，2006附錄主程序及注釋（這

23、里只給出主要計算程序）：#include <stdio.h>#include <conio.h>#include <windows.h>聲明外部函數 extern void create(); extern void load(); extern void quit();extern void change(char name20); extern void calculate(char name20) FILE *fp; /文件指針 float If; /短路電流 float V010; /節點電壓初值 float In10; /注入電流 float V1

24、0; /節點電壓 float I10; /支路電流int count210; /數組用于儲存支路號float z1010; /儲存支路電抗值float yjs1010; /存放計算導納矩陣中的中間值float ye10; /儲存發電機支路導納float Y1010; /節點導納矩陣float Z1010; /阻抗矩陣float dk; /電抗值int e110;float yc10; /節點對地電抗float ycjs10;int e10; /發電機接入點float E10; float Ig10;float Emid10;float ze10; /儲存發電機支路導納int m,n,a,f,g

25、,i=0,j=0,sd,md,butn,times,timesc;/*n是節點數，a是支路數，f是短路點，i為行標，j為列標for(i=0;i<10;i+)yci=0; ycjsi=0; Ei=0; Emidi=0;for(i=0;i<10;i+) /初始賦 V0i=0; for(j=0;j<10;j+) zij=0; Yij=0; /*讀取系統參數*/ fp=fopen(name,"r"); fscanf(fp,"系統參數如下所示:nn"); fscanf(fp,"1.系統的節點數為%dn2.系統的支路數為%dn3.系統的短

26、路點為%dnn",&n,&a,&f); /*讀電抗*/ fscanf(fp,"支路電抗參數如下n"); for(m=0;m<a;m+) fscanf(fp,"z%d %d=%ft",&sd,&md,&dk); i=sd-1; j=md-1; count0m=sd; count1m=md; zij=dk; zji=dk; printf("系統支路電抗如下：n"); for(m=0;m<a;m+) i=count0m-1; j=count1m-1; printf(&qu

27、ot;z%d%d = %.4fn",count0m,count1m,zij); fscanf(fp,"nn發電機接入點及其電抗如下："); fscanf(fp,"共%d臺發電機進入系統n",&times); for(m=0;m<times;m+) fscanf(fp,"z%d=%ft",&em,&zem); fscanf(fp,"n"); for(m=0;m<times;m+) fscanf(fp,"e%d=%ft",&em,&Em)

28、; printf("輸入的發電機支路電抗為n"); for(m=0;m<times;m+) printf("z%d=%ft",em,zem); for(m=0;m<times;m+) for(m=0;m<times;m+) printf("e%d=%ft",em,Em); for(m=0;m<times;m+) printf("%d",em); /*讀取節點對地電容*/ fscanf(fp,"n共%d個節點有接地電容n",&timesc); if(timesc&g

29、t;0) for(m=0;m<timesc;m+) fscanf(fp,"Y%d=%ft",&e1m,&ycm); printf("n系統有%d個節點電容n",timesc); for(m=0;m<timesc;m+) printf("z%d0=%f ",e1m,ycm); fclose(fp);/*計算節點阻抗矩陣*/ for(m=0;m<10;m+) yem=0; for(m=0;m<times;m+) for(j=0;j<n;j+) if(j=(em-1) yej=1/zem; Em

30、idj=Em; for(m=0;m<timesc;m+) for(j=0;j<n;j+) if(j=(e1m-1) ycjsj=1/ycm; /*系統支路導納*/ for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<n;j+) if(zij=0) yjsij=0; else yjsij=1/zij; /*導納矩陣*/ for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<n;j+) Yii=Yii-yjsij; Yii=Yii-yei-ycjsi; for(i=0;i<n;i+) for(j=i+1;j<n;j+) Yij=yjsij; Yji=y

31、jsij; printf("nn節點導納矩陣為"); for(i=0;i<n;i+) printf("n"); for(j=0;j<n;j+) if(Yij=0) printf(" "); else printf("%8.4f ",Yij); float l1010; float d1010; float u1010; int kk; float sum; for(i=0;i<10;i+) for(j=0;j<10;j+) lij=0; dij=0; uij=0; for(i=0;i<

32、10;i+) lii=1; uii=1; /*迭代法求解*/ for(i=0;i<n;i+) sum=0; if(i<1) dii=Yii; else for(kk=0;kk<i;kk+) sum=sum+ukki*ukki*dkkkk; dii=Yii-sum; for(j=i+1;j<n;j+) sum=0; if(i<1) uij=Yij/dii; else for(kk=0;kk<i;kk+) sum=sum+ukki*ukkj*dkkkk; uij=(Yij-sum)/dii; /*LDU屏幕顯示*/ printf("nD矩陣如下所示&q

33、uot;); for(i=0;i<n;i+) printf("n"); for(j=0;j<n;j+) if(dij=0) printf(" "); else printf("%8.4f ",dij); printf("nU矩陣如下所示"); for(i=0;i<n;i+) printf("n"); for(j=0;j<n;j+) if(uij=0) printf(" "); else printf("%8.4f",uij); pr

34、intf("n節點阻抗矩陣如下所示"); float fi10; float h10; for(j=0;j<10;j+) fij=0; hj=0; for(j=0;j<n;j+) for(i=0;i<n;i+) if(i-j)<0) fii=0; else if(i-j)=0) fii=1; else sum=0; for(kk=0;kk<i;kk+) sum=sum-ukki*fikk; fii=sum; for(i=0;i<n;i+) if(i<j) hi=0; else hi=fii/dii; for(i=n-1;i>=

35、0;i-) if(i=(n-1) Zij=hi; else sum=0; for(kk=i+1;kk<n;kk+) sum=sum-uikk*Zkkj; Zij=hi+sum ; for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<n;j+) Zij=-Zij; for(i=0;i<n;i+) printf("n"); for(j=0;j<n;j+) printf("%.4f ",Zij); getch(); system("cls");/*計算短路電壓電流網絡中電流分布*/ /*注入電流計算*/ pri

36、ntf("tttt短路計算結果如下nn"); for(i=0;i<n;i+) Ini=(Emidi)*(yei);/*注入節點電壓初值*/ for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<n;j+) V0i=V0i+Inj*Zji; /*節點電壓初值*/ If=V0f-1/Zf-1f-1; for(i=0;i<n;i+) Vi=V0i-Zif-1*If; printf("1、短路電流：nIf=%.4fn*n2、各節點電壓為n",If); for(i=0;i<n;i+) if(i<f-1)|(i>f-1) pr

37、intf("V%d=%.4fn",i+1,Vi); else printf("V%d=0.0000n",i+1,Vi); printf("*n"); printf("3、發電機支路電流如下:n"); for(m=0;m<times;m+) for(i=0;i<n;i+) if(i+1=em)Igem=-(Em-Vi)/zem;printf("Ig%d0=%.4fn",em,Igem); printf("*n4、各支路電流為n"); for(m=0;m<a;m

38、+) i=count0m-1; j=count1m-1; Ii=(Vj-Vi)/zij; printf("I%d%d=%.4fn",count1m,count0m,Ii); /*儲存文件*/ printf("是否保存文件，保存請按，不保存按");scanf("%d",&g);switch(g) case 1: char outputname20; printf("5、你輸入一個文件名用以保存數據n"); scanf("%s",outputname); fp=fopen(outputnam

39、e,"w+"); fprintf(fp,"計算結果如下：n1、節點導納矩陣:"); for(i=0;i<n;i+) fprintf(fp,"n"); for(j=0;j<n;j+) if(Yij=0) fprintf(fp," "); else fprintf(fp,"%8.4f ",Yij); fprintf(fp,"n2、節點阻抗矩陣:");for(i=0;i<n;i+) fprintf(fp,"n"); for(j=0;j<n

40、;j+) fprintf(fp,"%7.4f ",Zij); fprintf(fp,"n3、短路節點是:%d",f); fprintf(fp,"n4、短路電流:If=%.4f",If);fprintf(fp,"n5、各節點電壓:n"); for(i=0;i<n;i+) if(i<f-1)|(i>f-1) fprintf(fp,"V%d=%.4ft",i+1,Vi); else fprintf(fp,"V%d=0t",i+1,Vi); fprintf(fp,&

41、quot;n6、發電機支路電流如下:n"); for(m=0;m<times;m+) for(i=0;i<n;i+) if(i+1=em)Igem=-(Em-Vi)/zem;fprintf(fp,"Ig%d0=%.4fn",em,Igem); fprintf(fp,"n6、各支路電流:n"); for(m=0;m<a;m+) i=count0m-1; j=count1m-1; if(Vi>Vj) Ii=(Vj-Vi)/zij; fprintf(fp,"I%d%d=%.4ft",count0m,count1m,Ii); else Ii=(Vi-Vj)/zij; fprintf(fp,"I%d%d=%.4ft",count1m,count0m,Ii); fclose(fp);break; /*短路計算完成，選擇操作*/ printf("*n"); printf("