南昌大学实验报告

学生姓名：李开卷        学 号：6100312199  专业班级：电力系统124班

实验类型：□ 验证 □ 综合■ 设计 □ 创新   实验日期：  11.28    实验成绩：           

一、实验项目名称

    电力网数学模型模拟实验

二、实验目的与要求：

本实验通过对电力网数学模型形成的计算机程序的编制与调试，获得形成电力网数学模型：节点导纳矩阵的计算机程序，使数学模型能够由计算机自行形成，即根据已知的电力网的接线图及各支路参数由计算程序运行形成该电力网的节点导纳矩阵。通过实验教学加深学生对电力网数学模型概念的理解，学会运用数学知识建立电力系统的数学模型，掌握数学模型的形成过程及其特点，熟悉各种常用应用软件，熟悉硬件设备的使用方法，加强编制调试计算机程序的能力，提高工程计算的能力，学习如何将理论知识和实际工程问题结合起来。

三、主要仪器设备及耗材

计算机、软件（已安装，包括各类编程软件C语言、C++、VB、VC等、应用软件MATLAB等）、移动存储设备（学生自备，软盘、U盘等）

四、实验步骤

1、  将事先编制好的形成电力网数学模型的计算程序原代码由自备移动存储设备导入计算机。

2、              在相应的编程环境下对程序进行组织调试。

3、              应用计算例题验证程序的计算效果。

4、              对调试正确的计算程序进行存储、打印。

5、              完成本次实验的实验报告。

五、实验数据及处理结果

     运行自行设计的程序，把结果与手工计算结果相比较，验证所采用方法及所编制程序运行的正确性。

实验程序：

clear clc;

z=[inf,0.10+0.40i,0.3i,0.12+0.50i;

0.10+0.40i,inf,inf,0.08+0.40j;

0.3i,inf,inf,inf;

0.12+0.50i,0.08+0.40i,inf,inf];    （各支路的阻抗）

y=[0,0.01528i,0,0.01920j;

0.01528i,0,0,0.01413j;

0,0,0,0;

0.01920i,0.01413i,0,0];          （各支路的导纳）

Y=zeros(4,4);

for(i=1:4),

    for(j=1:4),

        if i==j

            Y(i,j)=Y(i,j)

        else

            Y(i,j)=-1.0/z(i,j)

        end

    end

end

for (i=1:4),

    for(j=1:4),

        Y(i,i)=Y(i,i)+y(i,j)+1.0/z(i,j)

    end

end

Y(1,1)=Y(1,1)-1.0/z(3,1)+1.1*1.1/z(3,1)  （对变压器支路的两个节点进行修正）

Y(1,3)=Y(1,3)*1.1

Y(3,1)=Y(3,1)*1.1

运行结果，实验结果导纳截图：

手工计算结果：

Y11=y140+y120+1/z12+1/z14+1.1*1.1/z13=j0.01920+j0.01528+1/(0.10+j0.40)+ 1/(0.12+j0.50)+ 1.1*1.1/j0.3=1.0241-j8.2429

Y12=Y21=-1/z12=1/(0.10+j0.40)=-0.5882+j2.3529

Y13==Y31=-1.1/z13=-1.1/j0.3=j3.667

Y14=Y41=-1/z14=1/(0.12+j0.50)=-0.4539+j1.8911

Y22=y210+y240+1/z21+1/z24=j0.01528+j0.01413+1/(0.10+j0.40)+1/(0.08+j0.40)=1.069-j4.7274

Y24=Y42=-1/z24=-1/(0.08+j0.40)=-0.4808+j2.4038

Y33=1/z13=1/(j0.3)=-j3.333

Y44=y410+y420+1/z14+1/z42=j0.01920+j0.01413+1/(0.12+j0.50)+1/(0.08+j0.40)=0.9346-j4.2616

六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议

1．什么是输入阻抗？什么是转移阻抗？网络化简的方法有哪些？

答: 输入阻抗就是指节点的自阻抗即节点i单独注入电流时，在节点i产生电压与电流之比；转移阻抗就是指节点i单独注入电势，与在短路点j产生的电流之比；

网络化简方法有高斯消去法：也就是带有节点电流移置的星网变换；

 2.简述节点导纳矩阵的形成的过程，节点导纳矩阵的阶数与系统的节点数有什么关系？节点导纳矩阵的互导纳y_ij在数值上等于什么？举例说明当网络结构发生变化时，如何修改？

答：（1）节点导纳矩阵的形成过程：列写节点电压方程：以零电位点为计算节点电压参考点，根据基尔霍夫电流定律，写出各独立节点电流平衡方程，经整理后形成矩阵方程：。矩阵Y就是所求节点导纳矩阵。

（2）节点导纳矩阵阶数等于系统的节点数（注：不包括接地点）。

（3）节点导纳矩阵的互导纳数值上等于节点i、j间支路导纳的负值，即。

（4）对于网络结构发生的变化主要有这几种形式：

从网络的原有节点i引出一条支路；在网络的原有节点ij之间增加一条支路；在网络的原有节点之间切除一条支路。下面

如将例中节点1、3间变压器变比由K13=1.1改为K=1后作节点导纳矩阵的修改：

变比修改后，相当于先切除变比为1.1的变压器，再接入变比为1的变压器。与之相关的1、3节点的导纳值Y33、Y11、Y31、Y13要发生变化，而网络的其他元素不发生变化。利用上述的计算结果

Y11=Y11-1.1*1.1/+1/z13=1.0241-j8.2429-1.1*1.1/j0.3+1/j0.3=

1.0241-j7.5429

Y33= Y33= =1/(j0.3)=-j3.333

Y13==Y31= -1/z13=-j3.333

3.节点电压方程的求解方法有哪些？

答;节点电压方程的求解方法有：直接求解法和高斯消去法

4.简述节点阻抗矩阵元素的物理意义及其形成。

答：节点阻抗矩阵元素的物理意义：在节点k单独注入电流，在节点k产生的电压同注入电流之比，即等于节点k的自阻抗;在节点i产生的电压同节点k注入电流之比，即等于节点k和节点i之间的互阻抗。

节点阻抗矩阵的形成：将节点电压方程：改写成,式中就是阻抗矩阵

七、实验体会

通过本次实验，对节点导纳矩阵的求解有了更深的认识，特别是怎么求解一个网络的支路节点导纳和有变压器的支路的导纳有了更深的了解。为以后在求解类似的问题中有了一定的基础。通过实验呢更是加深了对求解的过程，应先怎么办，再怎么做有了了解。还有在本次实验中对于MATLAB的使用有了一定的基础，虽然时间很短，但在实验之后对于用MATLAB软件来求解电力系统中问题总是有一定的方便性认识更深。

八、参考资料

1.        《电力系统分析》何仰赞  华中科技大学出版社

2.        《电力系统稳态分析》陈珩  中国电力出版社

3.        《电力系统暂态分析》李光琦  中国电力出版社

4.        《电力系统计算》    水利电力出版社

实验素材：

第二篇：南昌大学微波实验报告1

实  验  报  告

实验课程：       微波技术与天线        

学生姓名：        严旭                 

学    号：         6100211127          

专业班级：      卓越111班             

         

20##年6月16日

             目  录

 实验一 微波测量系统的认识及功率测量

         实验二  微波波导波长、频率的测量、分析和计算

实验一 微波测量系统的认识及功率测量

一、实验目的

1.   熟悉基本微波测量仪器；

2.   了解各种常用微波元器件；

3.   学会功率的测量。

二、实验原理

1.   基本微波测量仪器

(1) 微波测量技术

主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量：

①  微波信号特性参量

包括微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等；

②  微波网络参数

包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。

(2) 微波测量方法

包括点频测量、扫频测量和时域测量三大类：

①  点频测量：信号只能工作在单一频点逐一进行测量；

②  扫频测量：在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；

③  时域测量：利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。

(3) 微波测量系统

由微波信号源、调配器/ 衰减器/隔离器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。

                   

图 1微波测量系统

2.   常用微波元器件

实验室里常见的几种元器件：

(1) 检波器

(2) E-T 接头

(3) H-T 接头

(4) 双T 接头

(5) 波导弯曲

(6) 波导开关

(7) 可变短路器

(8) 匹配负载

(9) 吸收式衰减器

(10)  定向耦合器

(11)  隔离器

3.   功率测量

按图1所示连接微波测量系统，在终端处接上微波小功率计探头，接通电源开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。

三、实验数据及处理

表格 1

图 2 衰减器指示与功率指示关系曲线

实验二  微波波导波长、频率的测量、分析和计算

一、实验目的

1.   学会微波测量线的使用；

2.   学会测量微波波导波长和信号源频率；

3.   分析和计算波导波长及微波频率。

二、实验原理      

1.   系统调整

主要指信号源和测量线的调整，以及晶体检波器的校准：

(1) 信号源的调整

包括振荡频率、功率电平及调制方式等。本实验主要讨论微波测量线的调整和晶体检波器的校准。

(2) 测量线的调整

①   测量线组成

由一段开槽传输线、探头、传动装置三部分组成；

②   实验中测量线的调整

一般包括的探针深度调整和耦合输出匹配（即调谐探头）。

2.   晶体检波器的工作原理

在微波测量系统中，送至指示器的微波能量通常是经过晶体二极管检波后的直流或低频电流，指示器的读数是检波电流的有效值。

(1) 晶体二极管特性

二极管的电流I 与检波电压U 的一般关系为：I=CUⁿ。式中，C 为常数，n 为检波律，U为检波电压。

检波电压U 与探针的耦合电场成正比。晶体管的检波律n 随检波电压U 改变。

弱信号工作情况下，近似为平方律检波，即n=2；

在大信号范围，n 近似等于1，即直线律。

(2) 测量晶体检波器校准曲线

最简便的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相对电压按正弦律分布，即：

（d 为离波节点的距离，Umax为波腹点电压，λg 为传输线上波长。）

传输线上晶体检波电流的表达式为：

根据上式得到晶体检波器的校准曲线：

图 3 晶体检波器的校准曲线

3.   波导波长的测量原理（测量线的基本测量原理）

(1) 原理

①   当负载与测量线匹配时测量线内是行波；

②   当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。

因此通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置zmin 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等。

(2) 测量

①   测得一组驻波最小点位置z1，z2，z3，z4 …

②   计算波导波长：

③   计算工作波长：

λc 为截止波长。一般波导工作在主模状态，其λc =2a 。（波导型号为BJ-100，其宽边为a =22.86 mm。）

④   信号源工作频率：

三、实验步骤

1.   开通测试系统

①   连接微波测量系统，终端接上短路负载；

②   打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置方波）状态，将衰减器调整到合适位置；

③   调节整个探头，使内部探针耦合匹配（选频放大器输出指示最大）。

2.   波导波长测量

①   从负载端开始旋转测量线上整个探头位置，使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录zmin0；

②   继续旋转探头，得到一组指示最小点位置z1，z2，z3，z4 ，反复测3次，记入表1；

③   计算出波导波长λg，λ，f；

④   用频率计测量信号源工作频率；

⑤   对比工作频率的实际测量结果和计算值。

四、数据记录及处理

探针初始位置 zmin0 =78.10mm

表格 2

= 101.20mm      =123.70mm      =146.00mm

表格 3

=48.15mm

=33.15mm

f=9.05GHz

=9.423GHz

Δf=0.37GHz

实验三 微波驻波比、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算

一、实验目的

1.   学会驻波比的测量、分析和计算；

2.   学会反射系数的测量、分析和计算；

3.   学会输入阻抗的测量、分析和计算。

二、实验原理

在任何的微波传输系统中，为了保证传输效率，减少传输损耗和避免大功率击穿，必须实现阻抗的匹配。

描述系统匹配程度的参数有电压驻波比和复反射系数。

1.   驻波比及反射系数的测量

(1) 驻波比

在平方律检波，即n = 2时

在n≠2时

(2) 终端复反射系数

①   模值|Γl|

②   相位φl

(3) 终端负载阻抗：

其中， 

三、实验步骤

1.   等效参考面的选取与波导波长的测量

①   连接微波测量系统，终端接上短路负载；

②   打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置方波）状态，将衰减器调整到合适位置；

③   调节整个探头，使内部探针耦合匹配（选频放大器输出指示最大）；

④   终端接短路片，从负载开始，旋转测量线上的探针位置，使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录zmin0 ；

⑤   测出波导波长。

2.   驻波比测量

①   终端接待测负载，探针从zmin0 开始向信号源方向旋转，依次得到指示最大值和最小值三次，记录相应的读数，即得相应的Imin 和Imax；

3.   反射系数的测量

①   终端接上待测负载，探针从zmin0 开始向信号源方向旋转，记录波节点的位置zmin。

四、实验数据及分析

zmin0 = 79.10mm

表格 4

表格 5

表格 6

ρ=4.07

|Γ_l|=0.61

=44.37mm

φ_l =5.26π

λ=23.08mm

Z_TE10 =139.53π

β=86.66π

  Z_l=139.53π*(4.23+j3.056)

实验四 微波网络参数的测量、分析和计算

一、实验目的

1.   理解可变短路器实现开路的原理；

2.   学会不同负载下的反射系数的测量、分析和计算；

3.   学会利用三点法测量、分析和计算微波网络的[S]参数。

二、实验原理

1.   [S] 参数

(1) 测量方法

三点测量法；

(2) 测量原理

对于互易双口网络有S₁₂=S₂₁ ，故只要测量求得S₁₁ 、S₁₂及S₂₁ 三个量就可以。

图 4 双口网络

设终端接负载阻抗Z_l ，令终端反射系数为Γ_l ， 则有：a2 = Γlb2, 代入[S]参数定义式得：

于是输入端处的反射系数为：

解出：

       

在实际测量中，由于波导开口并不是真正的开路，故一般用精密可移动短路器实现终端等效开路（或用波导开口近视等效为开路），如图所示。

图 5

三、实验步骤

1.   将匹配负载接在测量线终端，并将测量线调整到最佳工作状态；

2.   将短路片接在测量线终端，从测量线终端向信源方向旋转探针位置，使选频放大器指示为零，此时的位置即为等效短路面，记作zmin0 ；

3.   接上可变短路器，在探针位置zmin0处，调节可变短路器使选频放大器指示为零，记下可变短路器的位置l₁ ；

4.   继续调节可变短路器，使选频放大器再变为零，再记下可变短路器位置l₂ ；

5.   接上待测网络，终端再接上匹配负载，测此时反射系数Γm ；

6.   终端换上可变短路器，并将其调到位置l₁ ，测得此时的反射系数Γs ；

7.   将可变短路器调到等效开路位置l0=(l₁+l₂)/2 ，测得此时的反射系数Γo ；

8.   计算 [S]参数。

四、实验数据及处理

Zmin0=79.10mm                l₁=5.71mm              l₂=24.71mm

[s]系数：=0           =6.72            =-48.5

    

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