1、2015-2016學年第二學期課程設計電力系統短路故障的計算機算法程序設計姓 名 學 號 班 級 指導教師 目錄一、課程設計說明3二、選擇所用計算機語言的理由3三、程序主框圖、子框圖及主要數據變量說明4四、關鍵程序及程序注釋7五、算例的接線圖和輸入參數以及輸出計算結果與分析9六、設計體會12七、參考資料12八、附錄（主程序及其注釋）13電分課設報告一、課程設計說明根據所給的電力系統，設計并開發一個電力系統短路電流計算程序，并用算例驗證其正確性。通過本課程設計，深刻理解電力系統短路計算的基本原理和方法鞏固店里系統分析課程知識，培養綜合應用應用專業知識和計算機的能力。所謂短路，是指電力系統正常運行

2、情況以外的相與相之間或相與地之間的“短接”。在電力系統正常運行時，除中性點外，相與相或相與地之間是絕緣的。如果由于某種原因使其絕緣破壞而構成了通路，我們就稱電力系統是發生了短路故障。在三相系統中，短路故障可分為兩大類：即對稱短路（三相短路）和不對稱短路（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生的機會較少，但情況嚴重，又是研究其它短路的基礎。所以我們先研究最簡單的三相短路電流的暫態變化規律。二、選擇所用計算機語言的理由我使用的是第四代計算機語言的MATLAB，利用其豐富的函數資源，它的優點如下： 1） 語言簡潔緊湊，語法限制不嚴，程序設計自由度大，可移植性好。Matlab是一

3、個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數、數據結構、輸入輸出和面向對象編程特點。Matlab以矩陣為基礎，不需要預先定義變量和矩陣(包括數組)的維數，可以方便地進行矩陣的算術運算、關系運算和邏輯運算等。而且Matlab有特殊矩陣專門的庫函數，可以高效地求解諸如信號處理、圖像處理、控制等問題。2） 運算符、庫函數豐富Matlab的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統和一組稱之為工具箱的特殊應用子程序，每一個工具箱都是為某一類學科專業和應用而定制的。3） MATLAB既具有結構化的控制語句（如for循環，while循環，break語句和if語句），又有面向對象編程的特性。4） 程序的可移植性很

4、好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統上運行。5） 圖形功能強大Matlab 具有非常強大的以圖形化顯示矩陣和數組的能力，同時它能給這些圖形增加注釋并且可以對圖形進行標注和打印。6） 界面友好、編程效率高Matlab程序書寫形式自由，被稱為“草稿式”語言，這是因為其函數名和表達更接近我們書寫計算公式的思維表達方式，編寫Matlab程序猶如在草稿紙上排列公式與求解問題，因此可以快速地驗證工程技術人員的算法。7） 源程序的開放性。開放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點。除內部函數以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己

5、的文件構成新的工具箱。三、程序主框圖、子框圖及主要數據變量說明算法說明：利用節點阻抗矩陣計算短路電流如圖所示，假定系統中的節點f經過過渡阻抗發生短路。對于正常狀態的網絡而言，發生短路相當于在故障節點f增加了一個注入電流 。因此，網絡中任一節點i的電壓可表示為： 由式可見，任一節點電壓i的電壓都由兩項疊加而成。第一項是當 時由網絡內所有電源在節點i產生的電壓，也就是短路前瞬間正常運行狀態下的節點電壓，記為 。第二項是當網絡中所有電流源都斷開，電勢源都短接時，僅僅由短路電流 在節點i產生的電壓。這兩個分量的疊加，就等于發生短路后節點i的實際電壓，即公式二公式二也適用于故障節點f，于是有是故障節點f

6、的自阻抗，也稱輸入阻抗。方程式含有兩個未知量 ，根據故障的邊界條件：由以上兩個方程式解出：而各節點初始電壓 求出后，節點i電壓為了得到精確計算結果，本程序計算過程中，使用精確算法。 任一支路的電流 對于非變壓器支路，令k=1即可。程序主框圖：其中計算模塊包含一個子流程圖：主要數據變量說明：程序中：n 節點數f 短路節點序號z 任意節點間阻抗矩陣g_z 發電機電抗矩陣g s 發電廠額定容量矩陣byqy 雙繞組變壓器參數矩陣byqy3 三繞組變壓器參數矩陣sz 系統參數矩陣Z 網絡節點阻抗矩陣Y 網絡節點導納矩陣If 短路點電流V 網絡節點電壓矩陣I 網絡支路電流矩陣四、關鍵程序及程序注釋for

7、i=1:n %以下生成節點導納矩陣 for j=1:n if z(i,j)=0 Y(i,i)=Y(i,i)+1/z(i,j); end endend %考慮發電機參數影響for pp=1:p i=gz(pp,1); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/gz(pp,2);end%考慮系統參數影響for ss=1:s i=sz(ss,1); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/sz(ss,2);end for i=1:n %計算非對角線元素 for j=i+1:n if z(i,j)=0 Y(i,j)=0; else Y(i,j)=-1/z(i,j); end Y(j,

8、i)=Y(i,j); endend %考慮雙繞組變壓器參數影響for qq=1:q2 i=byqy(qq,1); j=byqy(qq,2); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(i,j)=Y(i,j)-1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(j,i)=Y(i,j);end%考慮三繞組變壓器參數影響for qq3=1:q3 i=byqy3(qq3,1); j=byqy3(qq3,2); p=byqy3(qq3,3); q=byqy3(qq3,4); Y(i,i)=Y(i,

9、i)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,8); Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,9); Y(p,p)=Y(p,p)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,10); Y(q,q)=Y(q,q)+(1/byqy3(qq3,8)+1/byqy3(qq3,9)+1/byqy3(qq3,10)/1i; Y(i,q)=Y(i,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,8); Y(j,q)=Y(j,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,9); Y(p,q)=Y(p,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,10); Y(q,i)=Y(i

10、,q); Y(q,j)=Y(j,q); Y(q,p)=Y(p,q);endZ=inv(Y); %計算短路點電流If=1/Z(f,f); %計算各節點電壓for i=1:n V(i)=1-If*Z(i,f);endfor i=1:n %計算各支路電流 for j=1:n I(i,j)=(V(i)-V(j)/z(i,j); endend五、輸入參數，以及輸出計算結果與分析算例接線圖1輸入節點總數n=10短路點序號f=4發電機臺數p=4雙繞組變壓器數q2=2系統數s=1三繞組變壓器數q3=1線路數x=5具體參數輸入 2輸出數據及分析短路電流大?。篒f= -6.412600Y矩陣如下32.619048

11、 -33.333333 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -33.333333 28.797508 2.666667 1.869159 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 2.666667 -2.666667 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.869159 0.000000 -8.79

12、0706 6.921547 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.921547 -20.112996 6.736451 6.454998 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.736451 -98.981476 82.245025 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.454998 82.245025 -

13、95.298337 6.598314 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 6.598314 -10.234677 1.818182 1.818182 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.818182 -2.651515 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.818182 0.000000

14、 -2.651515Zif如下0.516426 0.535359 0.535359 0.197708 0.106525 0.057251 0.060176 0.051292 0.035171 0.035171各節點電壓為：U 1 = 0.316899U 2 = 0.331537U 3 = 0.331537U 4 = 0.070494U 5 = 0.000000U 6 = 0.462564U 7 = 0.435105U 8 = 0.518503U 9 = 0.669831U 10 = 0.669831各支路電流I為0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000

15、000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -0.487930 0.000000 0.000000 0.00000

16、0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.487930 0.000000 3.116039 2.808605 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -3.116039 0.000000 -2.258322 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -2.808605 2.258322 0.000000 0.550282 0.000000 0.000000 0.00000

17、0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -0.550282 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000實驗的結果比較理想，與實際所算出的結果只有微小的誤差，已經足以忽略不計了。

18、六、設計體會通過對這次電力系統分析課程設計，我對電力系統分析有進一步理解，同時加強計算機實際應用能力的訓練。剛開始進行的時候，感覺到根本無從下手，難度有點偏大，但是經過老師和同學的指導，我從圖書館借來相關的參考書來進行學習。Matlab雖然之前做電機課設的時候接觸過，但是那次我用的是仿真功能，而這次用的是編程功能，在經過看書和實踐操作后，我從人機界面的設計，到手動輸入，到Y陣的生成，在到保存文件為TXT格式，每一步都要新的學習，每一步都是新的嘗試。在后期的調試，將各個部分組成一個系統的程序，兼顧各個部分的兼容性，可以說實在一次次的嘗試與失敗中走過來的。在最后終于成功的那一刻，感覺之前的付出都是

19、值得的。能夠完成這次課程設計離不開老師和同學的幫助，我也會在以后的學習生活中更加努力。七、參考文獻 【1】電力系統分析（上冊） 何仰贊 溫增銀 ，華中科技大學出版社，2002【2】MATLAB GUI設計學習手冊 羅華飛 ，北京航空航天大學, 2011【3】MATLAB 7.6從入門到精通 張琨 畢靖 叢濱 ，電子工業出版社, 2009【4】精通MATLAB 葛哲學 ，電子工業出版社, 2008八、附錄（主程序及其注釋）Sb=100;Vb=115;n=str2num(get(handles.jiedian,'String');f=str2num(get(handles.duan

20、ludian,'String');p=str2num(get(handles.fdj,'String');q2=str2num(get(handles.byq2,'String');s=str2num(get(handles.xt,'String');q3=str2num(get(handles.byq3,'String');x=str2num(get(handles.xl,'String');%手動輸入F=zeros(10,10);F=str2num(get(handles.jdz,'St

21、ring');G=zeros(10,10);G=str2num(get(handles.fdjz,'String');H=zeros(10,10);H=str2num(get(handles.fdjs,'String');% I=zeros(10,10);% I=str2num(get(handles.fdjv,'String');J=zeros(10,10);J=str2num(get(handles.byq2z,'String');K=zeros(10,10);K=str2num(get(handles.byqz3,&

22、#39;String');L=ones(10,10);L=str2num(get(handles.xtz,'String');global imagz;global z;global gz;global gs;global byqy;global byqy3;global sz;imagz=zeros(n,n);z=zeros(n,n);gz=zeros(p,2);gs=zeros(p,1);byqy=zeros(q2,4);byqy3=zeros(q3,10);sz=zeros(s,2);%標幺化線路阻抗for nn=1:x i=F(nn,1); j=F(nn,2);

23、 imagz(i,j)=F(nn,3)*F(nn,4)*Sb/Vb2; imagz(j,i)=imagz(i,j);endz=sqrt(-1)*imagz;%標幺化發電機參數for pp=1:p gz(pp,1)=G(pp,1); gz(pp,2)=G(pp,2)/H(pp,1)*Sb;end%標幺化變壓器參數for qq=1:q2 byqy(qq,1)=J(qq,1); byqy(qq,2)=J(qq,2); byqy(qq,4)=J(qq,4)/100*Sb/J(qq,3);end%標幺化三繞組變壓器參數for qq3=1:q3 byqy3(qq3,1)=K(qq3,1); byqy3(q

24、q3,2)=K(qq3,2); byqy3(qq3,3)=K(qq3,3); byqy3(qq3,4)=K(qq3,4); byqy3(qq3,8)=1/2*(K(qq3,8)+K(qq3,9)-K(qq3,10)/100*Sb/K(qq3,5); byqy3(qq3,9)=1/2*(K(qq3,8)+K(qq3,10)-K(qq3,9)/100*Sb/K(qq3,6); byqy3(qq3,10)=1/2*(K(qq3,10)+K(qq3,9)-K(qq3,8)/100*Sb/K(qq3,7);end%標幺化系統阻抗for ss=1:s sz(ss,1)=L(ss,1); sz(ss,2)=

25、Sb/L(ss,2);end Y=zeros(n,n); %節點導納矩陣V=zeros(n,1); %節點電壓矩陣I=zeros(n,n); %支路電流矩陣for i=1:n %以下生成節點導納矩陣 for j=1:n if z(i,j)=0 Y(i,i)=Y(i,i)+1/z(i,j); end endend %考慮發電機參數影響for pp=1:p i=gz(pp,1); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/gz(pp,2);end%考慮系統參數影響for ss=1:s i=sz(ss,1); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/sz(ss,2);end for

26、 i=1:n %計算非對角線元素 for j=i+1:n if z(i,j)=0 Y(i,j)=0; else Y(i,j)=-1/z(i,j); end Y(j,i)=Y(i,j); endend %考慮雙繞組變壓器參數影響for qq=1:q2 i=byqy(qq,1); j=byqy(qq,2); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(i,j)=Y(i,j)-1/sqrt(-1)/byqy(qq,4); Y(j,i)=Y(i,j);end%考慮三繞組變壓器參數影響for qq

27、3=1:q3 i=byqy3(qq3,1); j=byqy3(qq3,2); p=byqy3(qq3,3); q=byqy3(qq3,4); Y(i,i)=Y(i,i)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,8); Y(j,j)=Y(j,j)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,9); Y(p,p)=Y(p,p)+1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,10); Y(q,q)=Y(q,q)+(1/byqy3(qq3,8)+1/byqy3(qq3,9)+1/byqy3(qq3,10)/1i; Y(i,q)=Y(i,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,8); Y(j,q)=

28、Y(j,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,9); Y(p,q)=Y(p,q)-1/sqrt(-1)/byqy3(qq3,10); Y(q,i)=Y(i,q); Y(q,j)=Y(j,q); Y(q,p)=Y(p,q);endZ=inv(Y); %計算短路點電流If=1/Z(f,f); %計算各節點電壓for i=1:n V(i)=1-If*Z(i,f);endfor i=1:n %計算各支路電流 for j=1:n I(i,j)=(V(i)-V(j)/z(i,j); endend%全部求模，便于顯示Y=imag(Y); Z=imag(Z);If=imag(If);I=imag(I

29、);%顯示電流、電壓等結果set(handles.If,'String',num2str(If); set(handles.dianliu,'Data',I);set(handles.dianya,'Data',V);set(handles.y,'Data',Y);set(handles.z,'Data',Z);n=str2num(get(handles.jiedian,'String');f=str2num(get(handles.duanludian,'String');p=st

30、r2num(get(handles.fdj,'String');q=str2num(get(handles.byq2,'String');s=str2num(get(handles.xt,'String');q3=str2num(get(handles.byq3,'String');global imagz;global z;global gz;global gs;global gv;global byqy;global byqy3;global sz;ge=gz gs gv;If=str2num(get(handles.If,'String'); I=get(handles.dianliu,'Data');V=get(handles.dianya,'Data');Y=get(handles.y,'Data');Z=get(handles.z,'Data');filename, pa