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信息工程系电力系统分析课程设计报告书 题目: 电力系统短路故障的计算机算法程序设计 专 业:电气工程及其自动化 班 级:K0309414 学 号:K030941410 学生:钟建伟 年 月 日 信息工程学院课程设计任务书学生姓名 蔡泉权 学 号 K030941410 成 绩设计题目 电力系统短路故障的计算机算法程序设计 电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。
设 计 内 容 1.在对称短路计算、简单不对称短路计算中任选一种计算作为计算作业。
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。
(1)对称短路计算的输入/输出数据 供参考 输入数据可考虑为以下两个部分: 数据 1(可用变量表示):节点数、支路数、故障节点 设 数据 2(可用二维数组表示):支路参数即 计 支路首端号、支路末端号、支路电抗值 输出数据(可用二维数组表示)为:节点导纳矩阵或阻抗矩阵、故障节点、故障点 要 电流、支路电流、各节点电压。
求 (2)简单不对称短路计算的输入/输出数据 供参考 输入数据可考虑为以下两个部分: 数据 1(可用变量表示):节点数、支路数、故障节点 数据 2(可用二维数组表示):支路参数即 支路首端号、支路末端号、支路正序电抗值、负序电抗值、零序电抗值 输出数据(可用二维数组表示)为:故障节点、故障点电流、各支路电流、各节点 电压的序分量和相分量。
时 间 2周 安 排 1 何仰赞,温增银.电力系统分析上册第三版.武汉:华中科技大学出版社,2002.参 2 何仰赞,温增银.电力系统分析题解上、下第三版.武汉:华中科技大学出版社,考 2002.资 3 郑平安,曾大亮编.程序设计基础C 语言第二版.北京:清华大学出版社,2006.料 目录1 课程设计说明............................................................ 12 编程语言的选择及理由 .................................................... 23 程序设计 ................................................................ 3 3.1 主体流程图 ................................................................. 3 3.2 详细流程图 ......................................................... 3 3.2.1 创建系统(create)流程图...................................... 3 3.2.2 加载系统函数(load)流程图.................................... 4 3.2.3 计算子函数(calculate)流程图................................. 4 3.2.4 改变短路节点(change)流程图.................................. 5 3.3 数据及变量说明..................................................... 6 3.4 程序
代码及注释..................................................... 7 3.5 测试算例........................................................... 74 设计体会............................................................... 17参考文献 ........................................................................ 17附录.............................................................................. 19 1 课程设计说明 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汁算方法,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,从另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。
通过设计电力系统计算程序使自己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甚至十几万安,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,即必须经得起最大短路电流的侵扰而不致损坏。
因此,电力系统短路电流计算是电力系统运行分析和设计计算的重要环节,许多电力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,电力系统日趋扩大和复杂化,短路电流计算的工作量也随之增大,采用计算机辅助计算势在必行。
- 1 - 2 编程语言的选择及理由 一种语言之所以能存在和发展,并具有生命力,总是有其不同于或优于其他语言的特点。
C 语言的主要特点如下。
1语言简洁、紧凑,使用方便、灵活。
C 语言一共只有 32 个关键字,9 种控制语句,程序书写形式自由,主要用小写字母表示,压缩了一切不必要的成分。
2运算符丰富。
C 的运算符包含的范围很广泛,共有 34 种运算符。
C 把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理,从而使 C 的运算类型极其丰富,表达式类型多样化。
灵活使用各种运算符可以实现在其他高级语言中难以实现的运算。
3数据结构丰富,具有现代化语言的各种数据结构。
C 的数据类型有整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。
能用来实现各种复杂的数据结构如链表、树、栈等的运算。
尤其是指针类型数据,使用起来比 PASCAL 更为灵活、多样。
4具有结构化的控制语句如 if…else 语句、while 语句、do…while 语句、switch语句、for 语句。
用函数作为程序的模块单位,便于实现程序的模块化。
C 是良好的结构化语言, 符合现代编程风格的要求。
5语法限制不太严格,程序设计自由度大。
例如对数组下标越界不做检查,由程序编写者自己保证程序的正确。
对变量的类型使用比较灵活,例如整型数据与字符型数据可以通用。
一般的高级语言语法检查比较严,能检查出几乎所有的语法错误。
而 C 语言允许程序编写者有较大的自由度,因此,放宽了语法检查。
程序员应当仔细检查程序,保证其正确,而不要过分依赖 C 编译程序去查错。
“限制”与“灵活”是一对矛盾。
限制严格,就失去灵活性而强调灵活,就必然放松限制。
一个不熟练的编程人员,编一个正确的 C 程序可能会比编一个其他高级语言程序难一些。
也就是说,对用 C 语言的人,要求对程序设计更熟练一些。
6C 语言能进行位bit操作,能实现汇编语言的大部分功能,可以直接对硬件进行操作。
因此 C 既具有高级语言的功能,又具有低级语言的许多功能,可用来写系统软件。
C 语言的这种双重性,使它既是成功的系统描述语言,又是通用的程序设计语言。
- 2 - 3 程序设计3.1 主体流程图 开始 欢迎使用 用户选择操作,按键 2 3 1 进入创建系统子函数(create) 进入加载系统子函数(load) 进入计算子函数(calculate) 进入退出子函数 结束 是否改路点? 是 改短路点子函数(change) 图 3-1 主体流程图3.2 详细流程图3.2.1 创建系统(create)流程图 - 3 - 输入文件名 输入节点数、支路数、故障节点 输入电抗支路参数 输入发电机支路参数 输入电容支路参数 结束 图 3-2 create 函数流程图3.2.2 加载系统函数(load)流程图 输入系统文件 输出查看系统参数 选择进入下一个子函 数 图 3-3 节点导纳矩阵形成流程图3.2.3 计算子函数(calculate)流程图 - 4 - 文件读入电路参数 根据支路参数建立节点导纳矩阵 求取 LDU 分解的因子表矩阵下三角 是 求解完毕? 结束 否 求取 DUZj 向量 求取节点阻抗矩阵列向量 求取短路点电流 求取节点电压 求取支路电流 建立文件存储计算结果 结束 图 3-4 计算子函数流程图3.2.4 改变短路节点(change)流程图 - 5 - 输入短路点 从新读取文件中的参数 选择进入下一个子函 数计算 图 3-5 change 函数流程图3.3 数据及变量说明 本程序中将电路的支路分为三类:电抗支路、电流支路、发电机直流,数据输入时分开输入格式如下: 电抗支路:支路数、节点首端好、节点末端好,支路电抗值。
发电机支路:发电机台数、发电机接入点,发电机电势、发电机之路电抗。
电容支路:支路数、电容节点号,电容支路电抗值。
程序中的变量定义如下: FILE fp //文件指针 float If //短路电流 float V010 //节点电压初值 float In10 //注入电流 float V10 //节点电压 float I10 //支路电流 int count210 //数组用于储存支路号 float z1010 //储存支路电抗值 float yjs1010 //存放计算导纳矩阵中的中间值 float ye10 //储存发电机支路导纳 float Y1010 //节点导纳矩阵 float Z1010 //阻抗矩阵 float dk //电抗值 int e110 float yc10 //节点对地电抗 float ycjs10 int e10 //发电机接入点 float E10 - 6 - float Ig10 float Emid10 float ze10 //储存发电机支路导纳 int mnafi0j0sdmdbutntimestimesc/n 是节点数,a 是支路数,f 是短路点,i 为行标,j 为列标/1、文件读入程序如下: printfquot请输入系统的节点数,支路数,故障节点nquot scanfquotdddquotampnampaampf fpfopennamequotwquot fprintffpquot系统参数如下所示:nnquot fprintffpquot1.系统的节点数为dn2.系统的支路数为dn3.系统的短路点为dnnquotnaf fprintffpquot支路电抗参数如下nquot2、计算主程序如下: (1)、 IfV0f-1/Zf-1f-1(短路电流计算) fori0iltni ViV0i-Zif-1If (2)、fori0iltni(导纳矩阵计算) forj0jltnj YiiYii-yjsij YiiYii-yei-ycjsi fori0iltni forji1jltnj Yijyjsij Yjiyjsij 3.4 程序
代码及注释 具体源程序
代码及其注释见附录。
3.5 测试算例【例 6-3】在如图 3-5 所示的电力系统中分别在节点 1 和节点 5 接入发电机支路,其标幺值参数为:E1 E 5 1.0 z1 j 0.15 z 5 j 0.22 。
在节点 3 发生三相短路,计算短路电流及网络中的电流分布。
线路的电阻和电容略去不计,变压器的标幺变比等于 1。
各元件参数的标幺值如下:z12 j 0.105 k12 1.05 z 45 j 0.184 k 45 0.96 z 24 0.03 j 0.08 z 23 0.024 j 0.065z 34 0.018 j 0.05 y 240 y 420 j 0.02 y 230 y 320 j 0.016 y 340 y 430 j 0.013 - 7 - 1 : k12 y 240 y 420 k 45 : 1 z12 z 24 z 45 z 23 z 34 y 230 y 430 y320 y340 图 3-6 电力系统等值网络图 z12 2 z 24 4 z 45 1 5 z1 z5 z 23 z 34 3 E1 E5 图 3-7 三相短路时的等值网络图由以上网络图可得计算过程如下:(1)、形成输入文件:系统参数如下所示:1.系统的节点数为 52.系统的支路数为 53.系统的短路点为 3支路电抗参数如下z120.1050 z230.0650 z240.0800 z430.0500 z540.1840发电机接入点及其电抗如下:共 2 台发电机进入系统z10.1500 z50.2200e11.0000 e51.0000共 0 个节点有接地电容 - 8 -(2)、计算后得到的输出文件:计算结果如下:1、节点导纳矩阵:-16.1905 9.5238 9.5238 -37.4084 15.3846 12.5000 15.3846 -35.3846 20.0000 12.5000 20.0000 -37.9348 5.4348 5.4348 -9.98022、节点阻抗矩阵: 0.1181 0.0958 0.0902 0.0858 0.0467 0.0958 0.1629 0.1533 0.1459 0.0794 0.0902 0.1533 0.1860 0.1611 0.0877 0.0858 0.1459 0.1611 0.1729 0.0941 0.0467 0.0794 0.0877 0.0941 0.15153、短路节点是:34、短路电流:If5.37675、各节点电压:V10.5152 V20.1758 V30 V40.1336 V50.52826、发电机支路电流如下:Ig10-3.2321Ig50-2.14457、各支路电流:I12-3.2321 I23-2.7046 I24-0.5275 I43-2.6720 I54-2.1445 - 9 - 图 3-8 对称短路计算结果 图 3-8 改变短路点后计算结果【习题 6-10】如图 3-9 所示网络,略去负荷,试用节点阻抗矩阵法求节点 5 发生三相短路时,短路点的短路电流及线路 L-2、L-3 的电流。
已知各元件参数如下: - 10 -发电机 G-1: SN 120 MVA x”d 0.23 G-2: SN 60 MVA x”d 0.14变压器 T-1: SN 120 MVA Vs 10.5 T-2: SN 60 MVA Vs 10.5 -6线路参数 x1 0.4Ω/km b1 2.8×10 S/km线路长度 L-1: 120 km L-2: 80 km L-3: 70 km取 SB 120 MVA
VB Vav 3 4 G-1 1 T-1 L-1 T-2 2 G-2 G G L-2 L-3 5 图 3-9 电力系统网络图 y L1 / 2 y L1 / 2 1 zT1 3 4 zT 2 2 z L1 yL2 / 2 yL3 / 2 zG1 zL 2 zL3 zG 2 E1 yL2 / 2 yL3 / 2 E2 5 图 3-10 三相短路时的等值网络图(1)、形成输入文件:系统参数如下所示:1.系统的节点数为:52.系统的支路数为:53.系统的短路点为:5支路电抗参数如下:z3 50.29036 z4 50.25406 z3 40.43554 .
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