电力系统分析 实验报告 南昌大学

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实 实验课程：学生姓名：学 号：专业班级：指导老师：

验 报 告

电力系统分析 李瑞欣

2015年 12月 日

电力系统分析 实验报告 南昌大学

南昌大学实验报告

学生姓名： 李瑞欣 学 号： 610113078 专业班级： 电气132 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

一、实验项目名称

电力网数学模型模拟实验 二、实验目的与要求：

本实验通过对电力网数学模型形成的计算机程序的编制与调试，获得形成电力网数学模型：节点导纳矩阵的计算机程序，使数学模型能够由计算机自行形成，即根据已知的电力网的接线图及各支路参数由计算程序运行形成该电力网的节点导纳矩阵。通过实验教学加深学生对电力网数学模型概念的理解，学会运用数学知识建立电力系统的数学模型，掌握数学模型的形成过程及其特点，熟悉各种常用应用软件，熟悉硬件设备的使用方法，加强编制调试计算机程序的能力，提高工程计算的能力，学习如何将理论知识和实际工程问题结合起来。 三、主要仪器设备及耗材

计算机、软件（已安装，包括各类编程软件C语言、C++、VB、VC等、应用软件MATLAB等）、移动存储设备（学生自备，软盘、U盘等） 四、实验步骤

1、 将事先编制好的形成电力网数学模型的计算程序原代码由自备移动存储设备导入计算机。 2、 3、 4、 5、

在相应的编程环境下对程序进行组织调试。 应用计算例题验证程序的计算效果。 对调试正确的计算程序进行存储、打印。 完成本次实验的实验报告。

五、实验数据及处理结果

运行自行设计的程序，把结果与手工计算结果相比较，验证所采用方法及所编制程序运行的正确性。

实验数据

见《电力系统分析》（上册）72页 例4-1

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a) 程序调试记录，逐条记录下程序调试过程中发现的问题及解决的方法。

1、程序调试过程出了几次错，例如在做复数矩阵的转置使错误使用了“ ’ ”命令(共轭转置)，应改正为“ .’ ”(普通转置)。在编程时尽量不使用i和j作为变量，因为在MATLAB里面它们也表示虚数。

上图演示了MATLAB对矩阵转置操作的效果

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2、考虑变压器支路的影响，修改原矩阵时要先修改Y（节点对地的导纳矩阵）再修改Z（节点之间的阻抗矩阵）否则会出错。因为在本程序中在修改Y时要用到原来的Z。

3、程序的设计方法是：

首先不考虑变压器支路的影响，手动化简变压器参数，然后编写程序，计算节点导纳矩阵，成功后再考虑变压器影响，修改源程序，最后把计算节点导纳矩阵部分做成函数文件，以便后续的实验调用。

本程序的算法见程序框图。在数据结构方面，我采用的是用三个矩阵分别输入网络中阻抗、导纳和变压器情况。

b) 程序框图。

c) 所编程序清单。

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函数文件：JDDN.mfunction Yout % % 有三个输入参数 % 1.矩阵 Z. 它代表了网络的节点间互阻抗矩阵，Y(1,2)表示 1,2 节点之间阻抗 % 2.矩阵 Y. 它代表了网络中各节点对地导纳，Y(1,2)表示 1,2 支路等效电路中 1 节点的对地导纳 % 3.矩阵 K. 它是有关变压器的信息,正 k 是变压器原边，-k 是变压器副边，0 是非变压器支路 % 4.N 表示总节点数，也是矩阵的阶数 % 输出参数即为网络的节点导纳矩阵 = JDDN( Z,Y,T,N ) 计算节点导纳矩阵的函数

% 检查变压器支路，修改矩阵 for m=1:N for n=1:N if T(m,n)>0 k=T(m,n);%变比 Y(m,n)=Y(m,n)+1/( k*Z(m,n)/(k-1) ); Z(m,n)=Z(m,n)*k; elseif T(m,n)<0 k=abs(T(m,n)); Y(m,n)=Y(m,n)+1/( k^2*Z(m,n)/(1-k) ); Z(m,n)=Z(m,n)*k; end end end

% 计算节点导纳矩阵 Yout=zeros(N); Zd=1./Z; %把网络互阻抗矩阵所有非零元素做成倒数以便求计算

Zd(Zd==inf)=0; for m=1:N for n=1:N if m==n Yout(m,n)=sum(Zd(m,:))+sum(Y(m,:)); else Yout(m,n)=-Zd(m,n); end end end

end

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主函数：main.m

d) 例题运行结果

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六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议

1．什么是输入阻抗？什么是转移阻抗？网络化简的方法有哪些？

答：输入阻抗：在节点i单独注入电流而所有其他节点的注入电流都等于0时，在节点i产生的电压同注入电流之比，即等于节点i的自阻抗，即输入阻抗。 转移阻抗：节点i单独施加Ei时，该电势与其在节点j产生的短路电流Ij之比即等于节点i、j之间的转移阻抗。 网络化简方法：星网变换法，高斯消去法。

2.简述节点导纳矩阵的形成的过程，节点导纳矩阵的阶数与系统的节点数有什么关系？节点导纳矩阵的互导纳yij在数值上等于什么？举例说明当网络结构发生变化时，如何修改？

答：节点导纳矩阵分的形成两部分，一部分是对角线元素称为自导纳，其值等于节点i所有支路的导纳之和；一部分是非对角线元素，称为互导纳它是直接连接在i,j支路的导纳的负值。阶数一般来说等于节点数。yij在数值上等于直接连接在i,j支路的导纳的负值。

假如有一个节点导纳矩阵Y，在i和j节点之间增加一个导纳y，则原矩阵应做如下修改：

Yij Yij y

Yii Yjj y

3.节点电压方程的求解方法有哪些？ 答：直接求解法和高斯消去法

4.简述节点阻抗矩阵元素的物理意义及其形成。

答：Zik表示在k节点单独注入电流而其他节点都接地时在i节点产生的电压同k节点的注入电流之比，当k=i时表示自阻抗，否则表示互阻抗。

节点阻抗矩阵的形成可以用支路追加法，和导纳矩阵求逆矩阵的两种方法。用MATLAB可以调用内部函数inv( )轻易求出逆矩阵。

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七、参考资料

1. 《电力系统分析》何仰赞 华中科技大学出版社 2. 《电力系统稳态分析》陈珩 中国电力出版社 3. 《电力系统暂态分析》李光琦 中国电力出版社 4. 《电力系统计算》 水利电力出版社

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学生姓名： 李瑞欣 学 号： 6101113078 专业班级： 电气132 实验类型：□ 验证 □ 综合 ■ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

一、实验项目名称

电力系统短路计算实验

二、实验目的与要求：

目的：通过实验教学加深学生的基本概念，掌握电力系统的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对系统进行电力系统计算和仿真实验，以达到理论联系实际的效果。通过电子计算机对电力系统短路等计算的数学模拟，分析电力系统的故障计算方法、实现工程计算的功能。提高处理电力系统工程计算问题的实际能力，以及实现对电力系统仿真的过程分析。 要求：

l、 使学生掌握对电力系统进行计算、仿真试验的方法，了解实验对电力系统分析研究的必要性和意义。

2、使学生掌握使用实验设备计算机和相关计算软件、编程语言。 3、应用电子计算机完成电力系统的短路计算。

4、应用电子计算机及相关软件对电力系统进行仿真。

三、主要仪器设备及耗材

1.每组计算机1台、相关计算软件1套 四、实验步骤

1. 将事先编制好的形成电力网数学模型的计算程序原代码由自备移动存储设

备导入计算机。

2. 在相应的编程环境下对程序进行组织调试。 3. 应用计算例题验证程序的计算效果。 4. 对调试正确的计算程序进行存储、打印。 5. 完成本次实验的实验报告。

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五、实验数据及处理结果

运行自行设计的程序，把结果与例题的计算结果相比较，验证所采用的短路电流计算方法及程序运行的正确性。如果采用的是近似计算方法，还需分析由于近似所产生的误差是否在运行范围内。 实验数据：

例题1：

4j1.4

节点导纳矩阵：

- j6.961 0 j1.961 0 0 - j1.945 j1.695 0

j1.961 j1.695 - j4.355 j0.699 0 0 j0.699 - j0.699 短路电流： If = - j0.4895 实验报告：

1、程序调试记录，逐条记录下程序调试过程中发现的问题及解决的方法。 由于本次实验可以直接使用上一实验的成果，所以调试比较顺利，但是本实验中是做近似计算，无需考虑变压器变比的影响。不需要输入变比矩阵。所以我改进了节点导纳矩阵的计算函数，加入判断空矩阵语句，这样无需输入的矩阵只要吧输入参数写成 “[]”即可。下面给出调试中改进的部分： if isempty(Y) Y=zeros(N); end

if isempty(T) T=zeros(N); end

Y_jddn=JDDN(Z,Y,[],N)

在本实验的主函数当中，只需调用求逆矩阵函数Inv() 即可求得节点阻抗矩阵，让后套用公式求解短路电流。

右图是本程序的流程图。

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2、所编程序清单。

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3、例题运行结果。

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六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议

1. 理解课本上讲述的同步电机突然三相短路的物理分析。

答：同步电机稳态对称运行（包括稳态短路对称）时，电枢磁势大小不随时间变化，而在空间以同步转速旋转，同转自没有相对运动，故不会再转子绕组中感应电流。突然短路时，定子电流发生急剧变化，电枢反应磁通也随着变化，定转子间电流会互相影响，这是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点。我们在进行磁感分析时，对于每个绕组都遵守磁链守恒原则。

对于无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，短路后定子侧将出现:1.基频电流，由三相对称绕组的基频电流产生的交变磁链，用以抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链；2.直流Iap：对各绕组产生的不变

、 、

a0

b0

c0

，来维持定子绕组的磁链初值不变；3.倍频电流i2w：定子

各相值流产生的恒定磁势，当转子旋转时，因转子纵横轴磁阻不同，转子没转过180°。磁阻经历一个变化周期，为适应磁阻的变化，产生倍频电流与直流共同作用，才能维持定子侧磁链初值不变。

转自侧产生：①附加直流分量 i ：为抵消定子电流对转子产生的强烈电枢反应影响，维持磁链不变，该附加直流和原直流同向，加强了励磁绕组的磁场，而且 i 产生磁通的一部分也要穿过定子绕组，故激起定子基频电流大大超过稳态短路电流。②转子基频交流：为抵消定子的直流和倍频电流产生的电枢反应，该基频电流在转子产生脉振磁场，分解为正反两方向磁场，又来影响定子侧的Iap以及在定子侧产生两倍频的交变磁链，定子侧的I2w就是为了抵消该磁链而产生的。

2. 简述无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，短路电流所含各种分量以及各自由电流衰减时间常数的确定，有阻尼绕组同步电机突然三相短路时有什么不同之处？

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答：（1）无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，定子侧短路电流有：①基频电流Iw：抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链；②直流Iap：维持定子绕组的磁链初值不变；③倍频电流I2w：为适应磁阻的变化，倍频电流与直流共同作用，才能维持定子侧磁链初值不变。

转子侧短路电流有：①附加直流分量 i ：为抵消定子电流对转子产生的强烈电枢反应影响，维持磁链不变；②转子基频交流 ifw：为抵消定子的直流和倍频电流产生的电枢反应。

（2）在实用计算中，各自由电流衰减常数确定，常采用以下的简化原则：①为维持磁链守恒而在短路瞬间出现的自由电流，若它产生的磁通对于本绕组相对静止，那该电流将按本绕组时间常数衰减，一切同改自由电流发生依存关系的均按同一时间常数衰减；②某绕组时间常数是该绕组电感同电阻之比，而忽略其他绕组电阻的影响。

（3）有阻尼绕组同步电机突然三相短路时的不同：有阻尼绕组电机，在转子纵轴向有励磁绕组和阻尼绕组，横轴向也有阻尼绕组。突然短路时，定子基频电流突然增大，电枢反应磁通也突然增加。转子各绕组自由直流产生磁通一部分又进入定子侧，由此定子侧会有基频电流自由分量。注意，转子纵轴向的励磁绕组和阻尼绕组间存在互感关系，突然短路瞬间他们当中任一绕组的磁链守恒都是靠两绕组的自由电流共同维持的。

3. 简述电力系统三相短路电流的实用计算的条件，应用前提及使用方法。 答：电力系统三相短路电流的实用计算的条件：

（1）起始次暂态电流的实用计算条件：把系统所有元件都用其次暂态参数代表，次暂态电流计算就同稳态电流计算一样，系统中所有静止元件的次暂态参数都与其稳态参数一致，而旋转电机的次暂态参数则不同于其稳态参数。

''短路时，同步电机的次暂态电势E0 V[0] x''I[0]sin [0] ①，实用计算中汽轮机''和有阻尼绕组的凸极发电机的x'' xd；对于异步电动机的x'' st

(Ist是异步电

''机起动电流的标幺值)，E0 V[0] x''I[0]sin [0] ②。

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实用计算中，只对于短路点附近能显著提供短路电流的大型电动机，才按上式①②算出次暂态电抗和次暂态电势。其他电动机，则看作是系统中负荷节点的综合负荷的一部分，该综合负荷可近似用一个含次暂态电抗和次暂态电势的等值支路表示。

''''

（2）负荷提供的冲击电流iim.LD kim.LD2ILD,式中ILD为负荷提供的起始次暂

态电流的有效值，kim.LD为冲击系数

4. 三相短路时短路容量的标么值等于什么？ 答：三相短路时短路容量标幺值S 短路点输入电抗的标幺值。

七、参考资料

5. 《电力系统分析》 何仰赞 华中科技大学出版社 6. 《电力系统稳态分析》陈珩 中国电力出版社 7. 《电力系统暂态分析》李光琦 中国电力出版社 8. 《电力系统计算》 水利电力出版社

SBX

,式中SB是系统的基准容量，ff*是Xff

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nmk1.html