电力系统短路故障的计算机算法程序设计

1、电力系统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短路故障的计算机算法程序设计设计内容电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。设计要求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、故障点电流、支路电流、各节

2、点电压。（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。时间安排2周参考资料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，20022 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，20023 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目

3、录1 课程设计说明12 编程语言的选择及理由23 程序设计33.1 主体流程图33.2 详细流程图33.2.1创建系统（create）流程图33.2.2加载系统函数（load）流程图43.2.3计算子函数（calculate）流程图43.2.4改变短路节点（change）流程图53.3 数据及变量说明63.4 程序代码及注释73.5 测试算例74 设计体会17参考文献 18附录191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

4、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

5、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。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

6、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ifelse语句、while语句、dowhile语句、switch语句

7、、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

8、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。(6)C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。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123进入创建系统子函数（create）进入加载系统子函数（load）进入退出子函数进入计算子函数（calculate）改短路点子函数（change）是否改路点？结束是图3-1 主体流程图3.2详细流程图3.2.1创建系统（create）流

9、程图输入文件名输入电抗支路参数结束输入节点数、支路数、故障节点输入发电机支路参数输入电容支路参数图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名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 文件读入电路参数求取LDU分解的因子表矩阵下三角求取DUZj向量求解完毕？否是结束求取节点阻抗矩阵列向量根据支路参数建立节点导纳矩阵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）流程图输入短路点从新读取文件中的参数选

10、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

11、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; float Ig10;float Emid10;float ze10; /储存发电机支路导纳int m,n,a,f,i=0,j=0,sd,md,butn,times,timesc;/*n是节点数，a是支路数，

12、f是短路点，i为行标，j为列标*/1、文件读入程序如下： printf("请输入系统的节点数，支路数，故障节点n"); scanf("%d%d%d",&n,&a,&f); fp=fopen(name,"w+"); fprintf(fp,"系统参数如下所示:nn"); fprintf(fp,"1.系统的节点数为%dn2.系统的支路数为%dn3.系统的短路点为%dnn",n,a,f); fprintf(fp,"支路电抗参数如下n");2、计算主程序如下：

13、（1）、 If=V0f-1/Zf-1f-1;（短路电流计算） for(i=0;i<n;i+) Vi=V0i-Zif-1*If; （2）、for(i=0;i<n;i+)（导纳矩阵计算） for(j=0;j<n;j+) Yii=Yii-yjsij; Yii=Yii-yei-ycjsi; for(i=0;i<n;i+) for(j=i+1;j<n;j+) Yij=yjsij; Yji=yjsij; 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：。在节点3发生三

14、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：图3-6 电力系统等值网络图图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z12=0.1050z23=0.0650z24=0.0800z43=0.0500z54=0.1840发电机接入点及其电抗如下：共2台发电机进入系统z1=0.1500z5=0.2200e1=1.0000e5=1.0000共0个节点有接地电容（2）、计算后得到的输出文件：计算结果如下

15、：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 -9.9802 2、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

16、 0.0941 0.1515 3、短路节点是:34、短路电流:If=5.37675、各节点电压:V1=0.5152V2=0.1758V3=0V4=0.1336V5=0.52826、发电机支路电流如下:Ig10=-3.2321Ig50=-2.14457、各支路电流:I12=-3.2321I23=-2.7046I24=-0.5275I43=-2.6720I54=-2.1445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：发电机G-1: S

17、N = 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%线路参数 x1 = 0.4/km, b1 = 2.8×10-6 S/km线路长度 L-1: 120 km, L-2: 80 km, L-3: 70 km取SB = 120 MVA, VB = VavGGG-1G-2T-1T-2L-1L-2L-312345图3-9 电力系统网络图图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

18、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 5=0.29036 z4 5=0.25406 z3 4=0.43554z1 3=0.1050z2 4=0.2100发电机接入点及其电抗如下：共2台发电机进入系统：z1=0.2300z2=0.2800e1=1.0500e2=1.0500共3个节点有接地电容：Y3=-32.372299Y4=-34.077000Y5=-43.185200（2）、得到的输出文件：计算结果如下：1、节点导纳矩阵:-13.8716 9.5238 -8.3333 4.7619 9.5238 -15.2329 2.2960 3.4440 4.7

19、619 2.2960 -10.9646 3.9361 3.4440 3.9361 -7.3569 2、节点阻抗矩阵: 0.1819 0.0616 0.1600 0.1079 0.1326 0.0616 0.2078 0.0898 0.1536 0.1242 0.1600 0.0898 0.2330 0.1571 0.1932 0.1079 0.1536 0.1571 0.2689 0.2174 0.1326 0.1242 0.1932 0.2174 0.3427 3、短路节点是:54、短路电流：If=3.12635、各节点电压:V1=0.6471V2=0.6723V3=0.4632V4=0.3

20、890V5=06、发电机支路电流如下:Ig10=-1.7516Ig20=-1.34917、各支路电流:I35=-1.5954I45=-1.5310I34=-0.1705I13=-1.7516I24=-1.3491图3-11 对称短路计算结果【习题6-11】电力系统等值电路如图3-13所示，支路阻抗的标幺值已注明图中。（1）形成节点导纳矩阵（或节点阻抗矩阵），并用以计算节点3的三相短路电流。（2）另选一种方法计算短路电流，并用以验证（1）的计算结果。图3-12 电力系统等值电路图图3-13 经Norton变换后的等值电路图图3-13 最终计算等值电路图由以上网络可得输入文件如下：系统参数如下所示

21、:1.系统的节点数为：32.系统的支路数为：23.系统的短路点为：3支路电抗参数如下：z1 2=0.2000z2 3=0.1000发电机接入点及其电抗如下：共2台发电机进入系统：z1=0.2000z3=0.130435e1=1.0500e3=0.913043共1个节点有接地电容：Y2=-2.000000（2）、得到的输出文件：计算结果如下：1、节点导纳矩阵:-10.0000 5.0000 5.0000 -14.5000 10.0000 10.0000 -17.6667 2、节点阻抗矩阵: 0.1394 0.0789 0.0446 0.0789 0.1577 0.0893 0.0446 0.08

22、93 0.1071 3、短路节点是:34、短路电流：If=9.18755、各节点电压:V1=0.6344V2=0.2188V3=06、发电机支路电流如下:Ig10=-2.0781Ig30=-7.00007、各支路电流:I12=-2.0781I23=-2.1875图3-15 对称短路计算结果通过计算结果与算例答案的对比，计算结果与例题标准答案一样，说明了程序计算方法和思路的准确性。说明本次课程设计基本达到了设计的要求。4 设计体会从拿到课题到设计完成，从理论到实践，忙于查找资料，构思方案。但是却学到了很多的东西，在巩固以前所学过的知识的同时，更是学到了很多在书本上所没有学到过的知识。 课程设计是

23、培养我们运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实践能力的重要环节，是对我们所学知识的具体训练和考察。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正服务于社会，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过这次设计，我懂得了学习和团队合作的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学

24、习和工作做出了最好的榜样。参考文献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，20022 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，20023 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附录主程序及注释（这里只给出主要计算程序）：#include <stdio.h>#include <conio.h>#include <windows.h>声明外部函数 extern void create(); extern void load(); extern void qu

25、it();extern void change(char name20); extern void calculate(char name20) 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 Z1

26、010; /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; float Ig10;float Emid10;float ze10; /储存发电机支路导纳int m,n,a,f,g,i=0,j=0,sd,md,butn,times,timesc;/*n是节点数，a是支路数，f是短路点，i为行标，j为列标for(i=0;i<10;i+)yci=0; ycjsi=0; Ei=0; Emidi=0;for(i=0;i<10;i+) /初始赋 V0i=0; for(j=

27、0;j<10;j+) zij=0; Yij=0; /*读取系统参数*/ fp=fopen(name,"r"); fscanf(fp,"系统参数如下所示:nn"); fscanf(fp,"1.系统的节点数为%dn2.系统的支路数为%dn3.系统的短路点为%dnn",&n,&a,&f); /*读电抗*/ fscanf(fp,"支路电抗参数如下n"); for(m=0;m<a;m+) fscanf(fp,"z%d %d=%ft",&sd,&md,&a

28、mp;dk); i=sd-1; j=md-1; count0m=sd; count1m=md; zij=dk; zji=dk; printf("系统支路电抗如下：n"); for(m=0;m<a;m+) i=count0m-1; j=count1m-1; printf("z%d%d = %.4fn",count0m,count1m,zij); fscanf(fp,"nn发电机接入点及其电抗如下："); fscanf(fp,"共%d台发电机进入系统n",&times); for(m=0;m<tim

29、es;m+) fscanf(fp,"z%d=%ft",&em,&zem); fscanf(fp,"n"); for(m=0;m<times;m+) fscanf(fp,"e%d=%ft",&em,&Em); printf("输入的发电机支路电抗为n"); for(m=0;m<times;m+) printf("z%d=%ft",em,zem); for(m=0;m<times;m+) for(m=0;m<times;m+) printf(&

30、quot;e%d=%ft",em,Em); for(m=0;m<times;m+) printf("%d",em); /*读取节点对地电容*/ fscanf(fp,"n共%d个节点有接地电容n",&timesc); if(timesc>0) for(m=0;m<timesc;m+) fscanf(fp,"Y%d=%ft",&e1m,&ycm); printf("n系统有%d个节点电容n",timesc); for(m=0;m<timesc;m+) print

31、f("z%d0=%f ",e1m,ycm); fclose(fp);/*计算节点阻抗矩阵*/ for(m=0;m<10;m+) yem=0; for(m=0;m<times;m+) for(j=0;j<n;j+) if(j=(em-1) yej=1/zem; Emidj=Em; for(m=0;m<timesc;m+) for(j=0;j<n;j+) if(j=(e1m-1) ycjsj=1/ycm; /*系统支路导纳*/ for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<n;j+) if(zij=0) yjsij=0; else

32、 yjsij=1/zij; /*导纳矩阵*/ for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<n;j+) Yii=Yii-yjsij; Yii=Yii-yei-ycjsi; for(i=0;i<n;i+) for(j=i+1;j<n;j+) Yij=yjsij; Yji=yjsij; printf("nn节点导纳矩阵为"); for(i=0;i<n;i+) printf("n"); for(j=0;j<n;j+) if(Yij=0) printf(" "); else printf("

33、%8.4f ",Yij); float l1010; float d1010; float u1010; int kk; float sum; for(i=0;i<10;i+) for(j=0;j<10;j+) lij=0; dij=0; uij=0; for(i=0;i<10;i+) lii=1; uii=1; /*迭代法求解*/ for(i=0;i<n;i+) sum=0; if(i<1) dii=Yii; else for(kk=0;kk<i;kk+) sum=sum+ukki*ukki*dkkkk; dii=Yii-sum; for(j=i

34、+1;j<n;j+) sum=0; if(i<1) uij=Yij/dii; else for(kk=0;kk<i;kk+) sum=sum+ukki*ukkj*dkkkk; uij=(Yij-sum)/dii; /*LDU屏幕显示*/ printf("nD矩阵如下所示"); for(i=0;i<n;i+) printf("n"); for(j=0;j<n;j+) if(dij=0) printf(" "); else printf("%8.4f ",dij); printf(&quo

35、t;nU矩阵如下所示"); for(i=0;i<n;i+) printf("n"); for(j=0;j<n;j+) if(uij=0) printf(" "); else printf("%8.4f",uij); printf("n节点阻抗矩阵如下所示"); float fi10; float h10; for(j=0;j<10;j+) fij=0; hj=0; for(j=0;j<n;j+) for(i=0;i<n;i+) if(i-j)<0) fii=0; els

36、e if(i-j)=0) fii=1; else sum=0; for(kk=0;kk<i;kk+) sum=sum-ukki*fikk; fii=sum; for(i=0;i<n;i+) if(i<j) hi=0; else hi=fii/dii; for(i=n-1;i>=0;i-) if(i=(n-1) Zij=hi; else sum=0; for(kk=i+1;kk<n;kk+) sum=sum-uikk*Zkkj; Zij=hi+sum ; for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<n;j+) Zij=-Zij; for(i=0;

37、i<n;i+) printf("n"); for(j=0;j<n;j+) printf("%.4f ",Zij); getch(); system("cls");/*计算短路电压电流网络中电流分布*/ /*注入电流计算*/ printf("tttt短路计算结果如下nn"); for(i=0;i<n;i+) Ini=(Emidi)*(yei);/*注入节点电压初值*/ for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<n;j+) V0i=V0i+Inj*Zji; /*节点电压初值*/

38、If=V0f-1/Zf-1f-1; for(i=0;i<n;i+) Vi=V0i-Zif-1*If; printf("1、短路电流：nIf=%.4fn*n2、各节点电压为n",If); for(i=0;i<n;i+) if(i<f-1)|(i>f-1) printf("V%d=%.4fn",i+1,Vi); else printf("V%d=0.0000n",i+1,Vi); printf("*n"); printf("3、发电机支路电流如下:n"); for(m=0;m

39、<times;m+) for(i=0;i<n;i+) if(i+1=em)Igem=-(Em-Vi)/zem;printf("Ig%d0=%.4fn",em,Igem); printf("*n4、各支路电流为n"); for(m=0;m<a;m+) i=count0m-1; j=count1m-1; Ii=(Vj-Vi)/zij; printf("I%d%d=%.4fn",count1m,count0m,Ii); /*储存文件*/ printf("是否保存文件，保存请按，不保存按");scanf(

40、"%d",&g);switch(g) case 1: char outputname20; printf("5、你输入一个文件名用以保存数据n"); scanf("%s",outputname); fp=fopen(outputname,"w+"); fprintf(fp,"计算结果如下：n1、节点导纳矩阵:"); for(i=0;i<n;i+) fprintf(fp,"n"); for(j=0;j<n;j+) if(Yij=0) fprintf(fp,&

41、quot; "); else fprintf(fp,"%8.4f ",Yij); fprintf(fp,"n2、节点阻抗矩阵:");for(i=0;i<n;i+) fprintf(fp,"n"); for(j=0;j<n;j+) fprintf(fp,"%7.4f ",Zij); fprintf(fp,"n3、短路节点是:%d",f); fprintf(fp,"n4、短路电流:If=%.4f",If);fprintf(fp,"n5、各节点电压:n")