《电力系统计算机辅助分析》上机实验指导书2013

昆明理工大学《电力系统计算机辅助分析》上机实验（指导书）电力工程学院二〇一三年十月目录实验一MATLAB软件的基本操作及程序的基本结构.2实验二电力系统计算中常用的数值算法及电力网络的数学模型 (5)实验三短路电流计算 (8)实验四潮流计算 (7)实验五静态稳定和暂态稳定计算 (10)附录：学生实验报告表头格式 (11)实验一 MATLAB 软件的基本操作及程序的基本结构 上机实验目的1、了解MATLAB 软件的基本构成并熟悉集成界面菜单命令与各工作窗口；2、掌握MATLAB 的两种运行方式；3、学习程序编辑器的使用，掌握常用数据类型与运算符；4、掌握m 文件的两种格式：脚本与函数；5、掌握顺序结构、循环结构、分枝结构和程序流程控制语句；6、掌握用M 文件编辑器进行简单调试的方法。

7、掌握用MATLAB 绘制二维图形的基本方法。

预习要求1、利用图书馆和互联网资源，了解MATLAB 软件的基本信息。

列举出MATLAB 软件的主要特点和应用领域。

2、列出实现三种结构的和程序流程控制的关键字和语法规则；3、学习MATLAB 函数的编写方法。

上机实验内容1、启动MATLAB 软件，识别出常用的四个窗口――命令窗口（Command Window ）、历史命令窗口（Command History ）、工作空间浏览器（Workspace Browser ）。

熟悉Matlab 工作环境。

2、上机求解下面的电路问题，脚本文件已经给出。

已知某个ＲＣ电路的端电压的表达式为：26,0~10t u e t -==区间时，试绘制电压的波形。

提示：在MATLAB 的M 文件编辑器中键入以下命令语句，并保存为ex.m ：％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％Clear,clc,close t=0:0.5:10; u=6*exp(-2*t);plot(t,u);title(‘RC 电路的电压响应曲线’);xlabel(‘时间/s’);ylabel(‘电压/v’) grid%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%5、 对于如下电路图，已知()200cos(90)os u t t ω=+V ，122R =Ω，50L mH =，233R =Ω，100C F μ=，自己编写程序，画出()c u t 和()s u t 的波形（四个周期）。

1RL()s u t ()c t提示：写出()s u t 的向量表达式用于()c u t 的计算（写出串联段和并联段的阻抗，利用分压公式），写出()s u t 和()c u t 的幅值和相角就能写出波形表达式，设定波形的长度（四个周波）和采样频率（两点间隔）后作图。

注意画图时使用标题，横纵坐标及网格线等命令。

%%%%%%%%%%%%%%%%%mUsm=200; %()s u t 的幅值 aUsm=(pi/180)*(+90); %()s u t 的相角 Usm=mUsm*exp(j*aUsm); %()s u t 用于计算 mUcm=abs(Ucm); %求幅值 aUcm=angle(Ucm); %求相角T=4*2*pi/w; %用w 表示ω，T 表示四个周波 N=100; %画图的点数dt=T/N; %两点间隔，即采样频率 t=0:dt:T;for k=1:101 %画波形 us(k)=mUsm*cos(w*t(k)+aUsm); uc(k)=mUcm*cos(w*t(k)+aUcm); endplot() %注意区分两条曲线的线型和颜色 grid on title(‘’)xlabel(‘’,’fontsize’,16) % fontsize’,16表示横坐标的字体大小为16 ylabel(‘’)legend(‘us’,’uc’) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%思考题及说明（选作2题）1、MATLAB软件是什么？有什么特点？2、怎样在命令窗口中进行简单的计算？3、如何获得命令或函数的帮助文档？4、MATLAB的数据类型与其它高级语言相比有何特点？5、什么时候用for循环、什么时候用while循环？6、MATLAB函数必须遵循的规则有哪些？报告要求及其它说明1、按实验报告格式进行提交；2、主要体现结果部分，不要求的部分不用给出源码；3实验报告的页数控制在3页内实验二电力系统计算中常用的数值算法及电力网络的数学模型上机实验目的1、掌握高斯消去法、因子表法求解线性方程组的基本原理；4、读懂课本中相应算法的实现例程；5、掌握节点导纳矩阵和节点阻抗矩阵的生成算法；6、掌握电力系统计算所需原始数据的准备过程；7、了解节点优化编号的基本原理和算法。

预习要求1、回顾《计算方法》中的基本理论，准备上述算法的计算流程图；2、阅读课本中的相应程序，将各算法改编为独立的函数文件。

3、读懂课本中的算法实现代码，将其改编为独立的函数文件；4、整理课本例17.6的原始数据，设计成独立的数据文件；5、查阅资料了解某一商用或开源电力系统仿真软件对原始数据文件的要求。

上机实验内容1、用因子表法求解电路方程中的节点电压；15Ω330Ω2、将图2.1中的电压源分别改为2V、4V、6V、8V时，用因子表进行求解，体会该算法带来的益处；3、上机验证课本例17.6－17.7的计算结果；4、设计系统变更时修改导纳矩阵的函数（参考课本P.323），并调试通过，给出导纳矩阵修正函数的调用规则及其主要的实现代码。

思考题（选作2题）1、高斯消去法与因子表法有何异同？2、节点导纳阵与节点阻抗阵之间有何关系，二者之间如何转换？3、网络矩阵的修改函数对电力系统计算有何作用？报告要求及其它说明1、按实验报告格式进行提交；2、主要体现结果部分，不要求的部分不用给出源码；3、实验报告的页数控制在3页内实验三短路电流计算上机实验目的1、掌握电力系统短路计算的基本原理及算法；2、掌握计算机求取转移电抗的算法；3、灵活掌握阻抗矩阵在短路计算中的应用。

预习要求1、看懂课本的例程，将其划分为相对独立的模块；2、设计一个新的计算流程，合并课本第18章例程的计算功能；3、整理故障计算必需的已知条件。

上机实验内容1、合并课本第18章例程。

即要求实现计算指定节点各种故障条件下，各支路的故障电流分布情况。

其中对于实用算法，可只提供计算电抗。

提示：尽量使用先前实验中已封装好的函数。

2、用新程序验证第18章的各例题。

（注意短路电流曲线绘制时，至少包含5~7个点）思考题1、计算短路电流的目的是什么？2、在计算短路电流时，是否用到了节点阻抗阵中的所有元素？据此，可以如何简化短路计算程序？报告要求及其它说明1、按实验报告格式进行提交；2、主要体现结果部分，不要求的部分不用给出源码；3、实验报告的页数控制在5页内；4、结合思考题完成实验报告。

鼓励在报告的讨论部分说明进一步丰富该计算程序的设想。

实验四 潮流计算上机实验目的1、 掌握牛顿拉夫逊法求解非线性方程组的基本原理；2、 了解欧拉法及改进欧拉法求解微分方程的基本原理；3、 掌握用N-L 法计算潮流的基本原理和程序设计要点；4、 掌握用PQ 分解法计算潮流的基本原理和程序设计要点。

预习要求1、准备潮流计算前各种已知参数表格；2、找出课本中两个潮流例程中实现相同功能的代码，设计合理的函数将其封装起来。

上机实验内容1、用牛顿拉夫逊法求解如下非线性方程组，注意保留迭代过程中的中间值。

2212122122510330x x x x x x ⎧+-+=⎪⎨+--=⎪⎩ (0)33⎡⎤=⎢⎥⎣⎦x 2、上机验证课本例19.1和例19.2的计算结果；3、将两种算法的程序计算程序进行合并，要求共用输入、输出部分，网络方程形成函数和线性方程组求解函数，并实现算法的人工选择；4、根据实际的进度（可选择）进一步丰富潮流计算程序的功能，如网络修改、节点电压越限提示、支路过载提示等功能。

思考题（选作3题）1、两种算法的收敛过程图中出现差异的原因是什么？2、PQ 分解法是如何利用电力系统特征的？3、为什么PQ 分解法在经过很大的简化后却不会降低计算结果的精度？4、潮流计算中的平衡节点起什么作用？5、什么是雅可比矩阵？6、为什么在用计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流，而并非任何情况下只一次送入初始值算出结果就行呢？要考虑什么条件？各变量是如何划分的？哪些可调？哪些不可调？7、如果要以某一潮流分布情况作为短路计算的初值，如何考将潮流计算程序与短路计算程序联系起来？报告要求及其它说明1、按实验报告格式进行提交；2、主要体现结果部分，不要求的部分不用给出源码；3、实验报告的页数控制在5页内4、结合思考题完成实验报告。

鼓励在报告的讨论部分说明进一步丰富该计算程序的设想。

实验五静态稳定和暂态稳定计算上机实验目的1、掌握简单电力系统稳定计算的基本原理；2、掌握分段计算法的实现过程；3、部分了解MATLAB矩阵分析、数值积分算法应用。

预习要求1、看懂课本的例程；2、用手工推导例20.1与例20.2的计算过程。

上机实验内容1、上机验证例20.1与例20.2的计算结果；2、用MATLAB数值工具箱中的函数（解微分方程、求特征值）替代例程中的相应部分，重复验证过程。

报告要求及其它说明1、按实验报告格式进行提交；2、主要体现结果部分，不要求的部分不用给出源码；3、实验报告的页数控制在3页内；4、结合思考题完成实验报告。

鼓励在报告的讨论部分进一步探讨更如何在单机无穷大系统中使用更详细的发电机及其控制系统的模型，或经典模型下的多机电力系统稳定性分析方法。

报告总页数控制在20-25页，双面打印，须同时提交纸质版和电子版；电子版应包括所有程序m文件，与实验报告一同放在以学号命名的文件包内提交。

实验报告格式须严格按照标准格式，给出足够的教师评语空间五次实验成绩共占总成绩的30%附录：学生实验报告表头格式昆明理工大学电力工程学院学生实验报告实验课程名称：《电力系统计算机辅助分析》开课实验室：年月日。