电力系统分析课程设计-电力系统短路故障的计算机算法程序设计

电力系统分析课程设计-电力系统短路故障的计算机算法程序设计

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

电力系统分析课程设计

电力系统短路故障的计算机算法程序设计

姓名____刘佳琪___

学号_2014409436__

班级__20144094___

指导教师___鲁明芳____

目录

1 目的与原理 (1)

1.2 关于电力系统短路故障的计算机算法程序设计目的 (1)

1.2 设计原理 (1)

1.2.1计算机计算原理 (1)

1.2.2电力系统短路计算计算机算法 (2)

2 计算机编程环境及编程语言的选择 (2)

2.1 优势特点 (2)

2.1.1编程环境 (3)

2.1.2简单易用 (3)

2.1.3强处理能力 (3)

2.1.4图形处理 (3)

2.1.5模块集和工具箱 (4)

2.1.6程序接口 (4)

2.1.7应用软件开发 (4)

3 对称故障的计算机算法 (5)

3.1 用阻抗矩阵计算三相短路电流 (7)

3.2 用节点导纳矩阵计算三相短路电流 (9)

4 附录程序清单 (14)

4.1 形成节点导纳矩阵 (14)

4.2 形成节点阻抗矩阵 (15)

4.2 对称故障的计算 (17)

1 目的与原理

1.1 关于电力系统短路故障的计算机算法程序设计目的

电力系统正常运行的破坏多半是由于短路故障引起的，发生短路时，系统从一种状态剧变成另一种状态，并伴随复杂的暂态现象。所谓短路故障，是指一切不正常的相与相之间或相与地发生通路的情况。

本文根据电力系统三相对称短路的特点，建立了合理的三相短路的数学模型，在此基础上，形成电力系统短路电流实用计算方法；节点阻抗矩阵的支路追加法。编制了对任意一个电力系统在任意点发生短路故障时三相短路电流及其分布的通用计算程序，该办法适用于各种复杂结构的电力系统。从一个侧面展示了计算机应用于电力系统的广阔前景。

根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个切实可行的电力系统计算应用程序。通过自己设计电力系统计算程序使同学对电力系统分析有进一步理解，同时加强计算机实际应用能力的训练。

电力系统的短路故障是严重的，而又是发生几率最多的故障，一般说来，最严重的短路是三相短路。当发生短路时，其短路电流可达数万安以至十几万安，它们所产生的热效应和电动力效应将使电气设备遭受严重破环。为此，当发生短路时，继电保护装置必须迅速切除故障线路，以避免故障部分继续遭受危害，并使非故障部分从不正常运行情况下解脱出来，这要求电气设备必须有足够的机械强度和热稳定度，开关电气设备必须具备足够的开断能力，即必须经得起可能最大短路的侵扰而不致损坏。因此，电力系统短路电流计算是电力系统运行分析，设计计算的重要环节，许多电业设计单位和个人倾注极大精力从事这一工作的研究。由于电力系统结构复杂，随着生产发展，技术进步系统日趋扩大和复杂化，短路电流计算工作量也随之增大，采用计算机辅助计算势在并行。

1.2 设计原理

1.2.1 计算机计算原理

应用计算机进行电力系统计算，首先要掌握电力系统相应计算的数学模型；其次是运用合理的计算方法；第三则是选择合适的计算机语言编制计算程序。

建立电力系统计算的相关数学模型，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。该数学模型的建立往往要突出问题的主要方，即考虑影

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。

运用合理的计算方法，就是要求所选用的计算方法能快速准确地得出正确结果，同时还应要求在解算过程中占用内存少，以利于提高计算机的解题规模。

选择合适的语言编写程序，就是首先确定用什么计算机语言来编制程序；其次是做出计算的流程图；第三根据流程图用选择的语言编写计算程序。然后上机调试，直到语法上无错误。

所编制的程序难免存在逻辑错误。因此先用一个已知结果的系统作为例题进行计算。用程序计算的结果和已知结果相比较，如果结果相差甚远就要逐步分析程序的计算步骤，查出问题的出处；如果结果比较接近，则逐步分析误差来源；直到结果正确为止。

最后将所编制出的正确计算程序，用于电力系统的实际计算。

1.2.2 电力系统短路计算计算机算法

一般在电力系统短路计算中，多数情况下只要计算短路电流、电压的周期分量起始值。因此，电力系统短路电流计算的数学模型，可归结为求解短路故障初始状态下的等值电路稳态解的问题。对于三相对称短路，可建立一相等值电路的计算模型，对于不对称短路，则可应用对称分量法建立系统的正、负、零序网络，从而建立故障计算的序网络模型。

2 计算机编程环境及编程语言的选择

本课程设计采用数学建模软件MATLAB2015a为主要设计工具。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。

2.1 优势特点

1) 高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；

2) 具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；