電力系統課程設計

電力系統短路故障的計算機

演算法程式設計

指導教師

姓名學號 060301021123

班級電氣二班

一、設計目的

根據所給的電力系統，編制短路電流計算程式，通過計算機進行除錯，最後完成乙個切實可行的電力系統計算應用程式。通過自己設計電力系統計算程式使同學們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。

二、設計內容

電力系統故障的計算程式設計

三、設計原理

3.1計算機計算原理

應用計算機進行電力系統計算，首先要掌握電力系統相應計算的數學模型；其次是運用合理的計算方法；第三則是選擇合適的計算機語言編制計算程式。

建立電力系統計算的相關數學模型，就是建立用於描述電力系統相應計算的有關引數間的相互關係的數學方程式。該數學模型的建立往往要突出問題的主要方面，即考慮影響問題的主要因素，而忽略一些次要因素，使數學模型既能正確地反映實際問題，又使計算不過於複雜。

運用合理的計算方法，就是要求所選用的計算方法能快速準確地得出正確結果，同時還應要求在解算過程中占用記憶體少，以利提高計算機的解題規模。

選擇合適的語言編寫程式，就是首先確定用什麼計算機語言來編制程式；其次是作出計算的流程圖；第三根據流程圖用選擇的語言編寫計算程式。然後上機除錯，直到語法上無錯誤。

所編制的程式難免存在邏輯錯誤，因此先用乙個已知結果的系統作為例題進行計算。用程式計算的結果和已知結果相比較，如果結果相差甚遠就要逐步分析程式的計算步驟，查出問題的出處；如果結果比較接近，則逐步分析誤差**；直到結果正確為止。

最後將所編制出的正確計算程式，用於電力系統的實際計算。

3.2電力系統短路計算計算機演算法

一般在電力系統短路計算中，多數情況下只要計算短路電流、電壓的週期分量起始值。因此，電力系統短路電流計算的數學模型，可歸結為求解短路故障初始狀態下的等值電路穩態解的問題。對於三相對稱短路，可建立一相等值電路的計算模型，對於不對稱短路，則可應用對稱分量法建立系統的正、負、零序網路，從而建立故障計算的序網模型。

（1）對稱短路計算

有關數學模型和原理框圖以及已知結果的例題，參見《電力系統分析》第六章。常用的計算方法為節點導納矩陣法或節點阻抗矩陣法，其形成方法分別參見《電力系統分析》第四章。

（2）簡單不對稱短路計算

有關數學模型、原理框圖以及已知結果的例題參見《電力系統分析》第八章8-4節。

四、matlab應用背景簡介：

在科學研究和工程應用中，往往要進行大量的數學計算，其中包括矩陣運算。這些運算一般來說難以用手工精確和快捷地進行，而要借助計算機編制相應的程式做近似計算。目前流行用basic、fortran和c語言編制計算程式, 既需要對有關演算法有深刻的了解，還需要熟練地掌握所用語言的語法及程式設計技巧。

對多數科學工作者而言，同時具備這兩方面技能有一定困難。通常，編制程式也是繁雜的，不僅消耗人力與物力,而且影響工作程序和效率。為克服上述困難，美國mathwork公司於2023年推出了「matrix laboratory」（縮寫為matlab）軟體包，並不斷更新和擴充。

目前最新的版本（windows環境）是一種功能強、效率高便於進行科學和工程計算的互動式軟體包。其中包括：一般數值分析、矩陣運算、數字訊號處理、建模和系統控制和優化等應用程式，並集應用程式和圖形於一便於使用的整合環境中。

在此環境下所解問題的matlab語言表述形式和其數學表達形式相同，不需要按傳統的方法程式設計。不過，matlab作為一種新的計算機語言，要想運用自如，充分發揮它的威力，也需先系統地學習它。但由於使用matlab程式設計運算與人進行科學計算的思路和表達方式完全一致，所以不象學習其它高階語言--如basic、fortran和c等那樣難於掌握。

實踐證明，你可在幾十分鐘的時間內學會matlab的基礎知識，在短短幾個小時的使用中就能初步掌握它.從而使你能夠進行高效率和富有創造性的計算。 matlab大大降低了對使用者的數學基礎和計算機語言知識的要求，而且程式設計效率和計算效率極高，還可在計算機上直接輸出結果和精美的圖形拷貝，所以它的確為一高效的科研助手。

自推出後即風行美國，流傳世界。

綜上所述，matlab語言有如下特點：

1、程式設計效率高

它是一種面向科學與工程計算的高階語言，允許用數學形式的語言編寫程式，且比basic、fortran和c等語言更加接近我們書寫計算公式的思維方式，用matlab編寫程式猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。因此，matlab語言也可通俗地稱為演算紙式科學演算法語言由於它編寫簡單，所以程式設計效率高，易學易懂。

2、使用者使用方便

matlab語言是一種解釋執行的語言（在沒被專門的工具編譯之前），它靈活、方便，其除錯程式手段豐富，除錯速度快，需要學習時間少。人們用任何一種語言編寫程式和除錯程式一般都要經過四個步驟：編輯、編譯、連線以及執行和除錯。

各個步驟之間是順序關係，程式設計的過程就是在它們之間作瀑布型的迴圈。matlab語言與其它語言相比，較好地解決了上述問題，把編輯、編譯、連線和執行融為一體。它能在同一畫面上進行靈活操作快速排除輸入程式中的書寫錯誤、語法錯誤以至語意錯誤，從而加快了使用者編寫、修改和除錯程式的速度，可以說在程式設計和除錯過程中它是一種比vb還要簡單的語言。

具體地說，matlab執行時，如直接在命令列輸入mailab語句（命令），包括呼叫m檔案的語句，每輸入一條語句，就立即對其進行處理，完成績譯、連線和執行的全過程。又如，將matlab源程式編輯為m檔案，由於mat1ab磁碟檔案也是m檔案，所以編輯後的原始檔就可直接執行，而不需進行編譯和連線。在執行m檔案時，如果有錯，計算機螢幕上會給出詳細的出鍺資訊，使用者經修改後再執行，直到正確為止。

所以可以說，mat1ab語言不僅是一種語言，廣義上講是一種該語言開發系統，即語言除錯系統。

3、擴充能力強

高版本的matlab語言有豐富的庫函式，在進行複雜的數**算時可以直接呼叫，而且matlab的庫函式同使用者檔案在形成上一樣，所以使用者檔案也可作為matlab的庫函式來呼叫。因而，使用者可以根據自己的需要方便地建立和擴充新的庫函式，以便提高matlab使用效率和擴充它的功能。另外，為了充分利用fortran、c等語言的資源，包括使用者已編好的fortran，c語言程式，通過建立me調檔案的形式，混合程式設計，方便地呼叫有關的fortran，c語言的子程式。

4、語句簡單，內涵豐富

mat1ab語言中最基本最重要的成分是函式，其一般形式為「a，6，c……] = fun（d，e，f，……），輸入變數d，e，f,……和輸出變數a，b，c……組成，同一函式名f，不同數目的輸入變數及不同數目的輸出變數，代表著不同的含義（有點像物件導向中的多型性。這不僅使matlab的庫函式功能更豐富，而大大減少了需要的磁碟空間，使得matlab編寫的m檔案簡單、短小而高效。

5、高效方便的矩陣和陣列運算

matlab語言象basic、fortran和c語言一樣規定了矩陣的算術運算子、關係運算子、邏輯運算子、條件運算子及賦值運算子，而且這些運算子大部分可以毫無改變地照搬到陣列間的運算，有些如算術運算子只要增加「·」就可用於陣列間的運算，另外，它不需定義陣列的維數，並給出矩陣函式、特殊矩陣專門的庫函式，使之在求解諸如訊號處理、建模、系統識別、控制、優化等領域的問題時，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高階語言所不能比擬的。在此基礎上，高版本的matlab已逐步擴充套件到科學及工程計算的其它領域。因此，不久的將來，它一定能名符其實地成為「萬能演算紙式的」科學演算法語言。

6、方便的繪圖功能

matlab的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函式（命令），例如線性座標、對數座標，半對數座標及極座標，均只需呼叫不同的繪圖函式（命令），在圖上標出圖題、xy軸標註，格（柵）繪製也只需呼叫相應的命令，簡單易行。另外，在呼叫繪圖函式時調整自變數可繪出不變顏色的點、線、複線或多重線。這種為科學研究著想的設計是通用的程式語言所不及的。

總之，matlab語言的設計思想可以說代表了當前計算機高階語言的發展方向。我們相信，在不斷使用中，讀者會發現它的巨大潛力。

五、課題說明：

z12=j0.105; z45=j0184; z24=0.03+j0.08; z23=0.024+j0.065; z34=0.018+j0.05;

六、計算原理

y11=-j16.1905,y12=y21=j9.5238

y22=1/j0.065+1/j0.08+1/z0.105=-j37.4084

y23=y32=-1/j0.065=j15.3846

y24=y42=-1/j0.08=j12.5

y33=1/j0.065+1/j0.05=-j35.3846

y34=y43=-1/j0.05=j20

y44=1/j0.08+1/j0.05+1/j0.184=-j37.9348

y45=y54=-1/j0.184=j5.4348

y55=-j9.9802

if=v3(0)/z33=1/j0.1860=-j5.3766

v1=v1(0)-z13if=1-j0.1533*(-j5.3766)=0.1758

v2=v2(0)-z23if=1-j0.1533*(-j5.3766)=0.1758

v4=v4(0)-z43if=1-j0.1611*(-j5.3766)=0.1336

v3=v3(0)-z53if=1-j0.0877*(-j5.3766)=0.5282

i54=(v5-v4)/z45=(0.5282-0.1336)/j0.184=-j2.1445

i43=(v4-v3)/z34=(0.1336-0)/j0.05=-j2.6720

i23=(v2-v3)/z23=(0.1758-0)/j0.065=-j2.7046

i12=(v1-v2)/z12=(0.5152-0.1758)/j0.105=-j3.2321

i24=(v2-v4)/z24=(0.1758-0.1336)/j0.08=-j0.5275

七、程式說明

n=input('請輸入短路節點:n=')

y=[ -16.1905j 9.5238j 0 0 0;

9.5238j -37.4084j 15.3846j 12.5000j 0;

0 15.3846j -35.3846j 20.0000j 0;

0 12.5000j 20.0000j -37.9348j 5.4348j;

0 0 0 5.4348j -9.9802j];%導納矩陣

z=inv(y對y求逆

i=nif=1/z(i,i計算短路點電流

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