2012-2013第二学期课程设计
电力系统短路故障的计算机
算法程序设计
姓 名
学 号
班 级
指导教师 张凤鸽
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目录
一、课程设计说明?????????????????3 二、选择所用计算机语言的理由???????????3 三、程序主框图、子框图及主要数据变量说明?????5 四、三道计算题及网络图?????????????9 五、设计体会???????????????????21 六、参考文献???????????????????22 七、附录（主程序及其注释）????????????23
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电分课设报告
一、课程设计说明
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短路计算的程序，加深对电力系统短路计算的理解，同时培养自己在计算机编程方面的能力，提示自我的综合素质。
短路电流 （short-circuit current）电力系统在运行中 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流 ，并 取决于短 路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。
三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中三相短路虽然发生的机会较少，但情况严重，又是研究其它短路的基础。所以我们先研究最简单的三相短路电流的暂态变化规律。
二、选择所用计算机语言的理由
MATLAB是一套功能强大的工程计算软件，被广泛的应用于自动控制、机械设计、流体力学和数理统计等工程领域。工程技术人员通过使用MATLAB提供的工具箱，可以高效的求解复杂的工程问题，并可以对系统进行动态的仿真，用强大的图形功能对数值计算结果进行显示。MATLAB是必备的计算与分析软件之一，也是研究设计部门解决工程计算问题的重要工具。我这次选用的是MATLAB Ｒ２００９ｂ计算软件。
MATLAB实现的优势:
MATLAB语言有不同于其他高级语言的特点，被称为第四代计算机语言。正如第三代计算机语言如FORTRAN与C等使人们摆脱了对计算机硬件的操作一样，MATLAB语言使人们从繁琐的程序代码中解放出来。它的丰富的函数是开发者无需重复编程，只要简单地调用和使用即可。MATLAB语言最大的特点是简单和直接。MATLAB语言的主要特点有：
1．编程效率高
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MATLAB语言是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，且比BASIC、FORTRAN和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式，用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列公式与求解问题。因此，也可通俗地称MATLAB语言为演算纸式科学算法语言。由于它编程简单，所以编程效率高，易学易懂。
2．高效方便的矩阵和数组运算
MATLAB语言像BASIC、FORTRAN和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变的照搬到数组建的运算中。有些如算术运算符只要增加“.”就可以用于数组建间的运算。另外，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解数字图像处理问题时显得大为简洁、高效、方便，这是其他高级语言所不能相比的。
3．用户使用方便
MATLAB语言是一种解释执行的语言(在没有被专门的工具编译之前)，它灵活、方便，起跳时程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。人们用任何一种语言编程和调试一般都要经过四个步骤：编辑、编译、连接，以及执行和调试。各个步骤之间是顺序关系，编程的过程就是在他们之间作瀑布型的循环。MATLAB语言与其它语言相比，较好的解决了上述问题，把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作，快速排除输入程序的书写错误、语法错误甚至语义错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言，更不用谈C和C++。
4．扩充性强，交互性好
MATLAB语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，且这些库函数同用户文件在形式上一样，所以用户文件也可以作为MATLAB的库函数来调用。婴儿，用户可以根据自己的需要方便的建立和扩充新的库函数，提高MATLAB使用效率和扩充它的功能。另外，为了充分利用FORTRAN、C等语言的资源，包括用户自己编好的FORTRAN、C语言程序，通过建立M文件的形式，混合编程，方便地调用有关的FORTRAN、C语言子程序，还可以在C语言和FORTRAN语言中方便的使用MATLAB的数值计算功能。良好的交互性增加了代码的重用性。
综上所述，MATLAB最适用的范围是科学计算，对于本文需要处理矩阵运算来实现图像处理算法来说，MATLAB再合适不过了。
MATLAB实现的缺点:
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然而，较之于C语言MATLAB也有自己的劣势。 1．循环运算效率低
MATLAB中所有的变量均为向量形式，这样一方面在对向量进行整体的计算时，表现出其他语言难以相比的高效率，但是对于向量中的单个元素，或是将向量作为单个的循环变量来处理时，其处理过程相当复杂．解决的办法之一是尽量发掘处理数据中的向量特征。另一种办法是利用MATLAB的扩展特性，将迭代过程和其他的循环过程放在“低级”语言中来实现。
2．封装性不好
一方面，所有的变量均保存在公共工作区中，任何语句都可以调用。另一方面作为一件完备的软件，而不是实现算法的程序，编程人员需要花相对多的时间考虑如何设计用户界面。虽然，MATLAB提供了一定量的交互界面制作途径如GUI等，但是作为一件真正的商品，最终的代码将不可避免的移植到较为“低级”的语言中，例如C、C++。
综合MATLAB的优劣，选择MATLAB作为编程的平台，实际上是编程效率和程序运行效率两者之间的妥协。在现阶段，对图象处理后的运行结果有严格要求，而对运行时间没有特别的限定。因此选择MATLAB来编程便无可厚非了。而更重要的是，由于MATALAB编程简单易行，我们可以很方便的对现有的算法进行改进。作者在编程的过程中充分体会到了这一优势。
三、程序主框图、子框图及主要数据变量说明
算法说明：
利用节点阻抗矩阵计算短路电流如图所示，假定系统中的节点f经过过渡阻抗发生短路。对于正常状态的网络而言，发生短路相当于在故障节点f增加
?。因此，网络中任一节点i的电压可表示为： ?I了一个注入电流 f
??Vi?Zj?Gij??ZI?Ijiff 由式可见，任一节点电压i的电压都由两项叠加而成。第一项是当 时由网络内所有电源在节点i产生的电压，也就是短路前瞬间正常运行状态下(0)? V的节点电压，记为。第二项是当网络中所有电流源都断开，电势源都短接i? 在节点i产生的电压。这两个分量的叠加，就等于发生I时，仅仅由短路电流
f短路后节点i的实际电压，即
(0)???Vi?Vi?ZifIf5