电力系统分析课程设计 - 潮流计算和短路计算的程序实现

电力系统的潮流计算和短路故障的计算机

算法程序设计

学生姓名 学 号 成 绩 设计题目 电力系统的潮流计算和短路故障的计算机算法程序设计 1.选择合适的计算机编程语言，在此选用matlab的m语言； 2.理解牛顿拉夫逊算法计算方法和具体计算流程，并在计算机上编程和调试，和教材上的结果进行比较，最终得到正确结果； 3.建立电力系统计算的相关数学模型，就是考虑影响问题的主要因素，而忽略一些次要因素，使数学模型既能正确地反映实际问题，又使计算不过于复杂，就是建立用于描述电力系统相应计算的有关参数间的相互关系的数学方程式； 4.会做出三相对称短路的等效电路图以及不对称短路的正序，负序，零序等效图； 5.理解正序定则，并且会用正序定则进行各种短路故障的计算； 6.用simulink搭建出短路故障的模型，利用仿真结果与编程计算的结果进行比较，并验证编程计算结果的正确性。 设 计 内 容 潮流计算： 设 计 要 求 1.在读懂程序的基础上画出潮流计算基本流程图； 2.通过输入数据，对电力系统分析教材上的例11-5进行潮流计算并输出结果； 3.会用Auto CAD和multisim等软件画电力系统图和等效电路图。 短路计算： 1．在对称短路计算、简单不对称短路计算中都进行计算； 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／输出数据一律以文件格式形成； 5．要求计算的题目：采用所编制的程序进行《电力系统分析上册》 例6-3题，例8-1题。 1

时 间 安 排 2013年3月10日--3月12日 查阅电力系统短路故障相关资料； 2013年3月13日--3月15日 网上查询电力系统的潮流计算和短路故障的计算机算法资料； 2013年3月16--3月19日 对相应的题目分析详细的解法，确定编程语言，学习matlab编程和simulink建模； 2013年3月20--3月30日 掌握matlab编写的算法，并上机调试； 2013年4月6日--4月14日 完成设计论文，并检查上交。 [1]《电力系统分析》 华中科技大学出版社 何仰赞，温增银； [2]《电路原理》 清华大学出版社 汪建； [3]《Matlab/Simulink电力系统建模与仿真》 机械工业出版社 于群，曹娜； [4]《电力系统分析学习指导书》 中国电力出版社 王葵； [5]《matlab从入门到精通》 人民邮电出版社 胡晓东，董辰辉； [6]《电力系统故障的计算机辅助分析》 重庆大学出版社 米麟书等 参 考 资 料

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目录

一．潮流计算 ................................................................................................................................... 4

1 电力系统图及初步分析 ....................................................................................................... 4

1.1 电力系统图及设计任务 ........................................................................................... 4 1.2 初步分析 ................................................................................................................... 4 2 牛顿-拉夫逊法简介 ............................................................................................................. 5

2.1概述 ............................................................................................................................ 5 2.2 一般概念 ................................................................................................................... 5 2.3 潮流计算的修正方程 ............................................................................................... 6 2.4 直角坐标表示的修正方程 ....................................................................................... 6 3 程序设计 ............................................................................................................................. 10

3.1 程序流程图 ........................................................................................................... 10 3.2 潮流计算程序运行结果如下： .............................................................................. 10

二． 三相短路计算 ....................................................................................................................... 14

2.1计算原理：利用节点阻抗矩阵计算短路电流 ............................................................... 14 2.2三相短路计算流程图： .................................................................................................. 15 2.3习题实例 .......................................................................................................................... 16 2.4 三相短路计算程序及结果如下： ................................................................................. 17 三．不对称短路计算 ..................................................................................................................... 19

3.1不对称短路课程设计的题目 .......................................................................................... 19 3.2课程设计的设计任务及设计大纲 .................................................................................. 19 3.3 电力系统不对称故障时元件的序参数和等值电路 ..................................................... 20 3.3.1电力系统不对称故障时用标幺值表示的各序等值电路 .......................................... 20 3.4 电力系统不对称故障时各序等值电路的化简与计算 ................................................. 21

3.4.1正序等值电路的化简计算 .................................................................................. 21 3.4.2负序等值电路的化简计算 .......................................................................................... 22 3.4.3零序等值电路的化简计算 .......................................................................................... 23 3.5电力系统不对称故障时元件参数的计算 ...................................................................... 23

3.5.1理论分析 .............................................................................................................. 23 3.5.2各元件各序等值电路电抗标幺值的计算 .......................................................... 24

3.6电力系统不对称故障分析与计算 .......................................................................................... 27

3.6.1单相接地短路 .............................................................................................................. 28 3.6.2两相直接接地短路 ...................................................................................................... 29

3.6.3两相短路 .............................................................................................................. 31 3.7正序等效定则的内容 ...................................................................................................... 32 3.8 短路计算的matlab/simulink模型如下： ................................................................. 33

3.9.1变压器和线路参数设置： ................................................................................ 333 3.9.2短路模块和负载模块的参数设置 .................................................................... 344 3.9.3故障相短路相电流和相电压波形 .................................................................... 355

设计总结....................................................................................................................................... 366 参考文献....................................................................................................................................... 377 附录 .............................................................................................................................................. 388

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一．潮流计算

1 电力系统图及初步分析

1.1 电力系统图及设计任务

此电力系统图有Auto CAD2012软件画出

网络各元件参数的标幺值如下：

Z12=0.1+j0.4;y120=y210=j0.01538;z13=j0.13;k=1.1;z14=0.12+j0.5;y140=y410=j0.01920;

z24=0.08+j0.4;y240=y420=j0.01413

系统中节点1，2为PQ节点，节点3为P节点，节点4为平衡节点，已给定 P1s+jQ1s=-0.3-j0.18,P2s+jQ2s=-0.55-j0.13 P3s=0.5,V3s=1.10,V4s=1.05?0o

容许误差为10?5。试用牛顿法计算潮流分布

1.2 初步分析

潮流计算在数学上可归结为求解非线性方程组，其数学模型简写如下：

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???，xn)?0?f1(x1，x2，?f(x，x，?212???，xn)?0?????????，xn)?0?fn(x1，x2，

2 牛顿-拉夫逊法简介

2.1概述

牛顿－拉夫逊法是目前求解非线性方程最好的一种方法。这种方法的特点就是把对非线性方程的求解过程变成反复对相应的线性方程求解的过程，通常称为逐次线性化过程，就是牛顿－拉夫逊法的核心。

牛顿-拉夫逊法的基本原理是在解的某一邻域内的某一初始点出发，沿着该

点的一阶偏导数——雅可比矩阵J，朝减小方程的误差的方向前进一步，在新的点上再计算误差和雅可比矩阵，重复这一过程直到误差达到收敛标准，即得到了非线性方程组的解。因为越靠近解，偏导数的方向越准，收敛速度也越快，所以牛顿法具有二阶收敛特性。

2．2 一般概念

对于非线性代数方程组

f?x??0

即 fi?x1,x2,?,xn??0 ?i?1,2,?n? (2－

1)

在待求量x的某一个初始计算值x?0?附件，将上式展开泰勒级数并略去二阶

及以上的高阶项，得到如下的线性化的方程组

fx?0??f?x?0??x?0??0 (2－2)

????上式称之为牛顿法的修正方程式。由此可以求得第一次迭代的修正量

?x?0???f?x?0?

????f?x??? (2－3)

?10将?x?0?和x?0?相加，得到变量的第一次改进值x?1?。接着再从x?1?出发，重复

上述计算过程。因此从一定的初值x?0?出发，应用牛顿法求解的迭代格式为

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