长沙学院
课程设计说明书
题目牛顿拉夫逊法潮流计算
系(部) 电子信息与电气工程系
专业(班级) 电气工程及其自动化
姓名王超洋
学号2012042101
指导教师冯婉张文娟饶瑜
起止日期2014.12.22-2014.12.27
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电力系统分析课程设计任务书
系（部）：电子信息与电气工程系专业：电气工程及其自动化指导教师：冯婉
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长沙学院课程设计鉴定表
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设计说明书目录
第一章：概述 (5)
1.Matlab介绍 (5)
2.Matlab的使用优势 (5)
3.Matlab的主要特点 (6)
第二章：牛顿-拉夫逊法 (7)
1.牛顿-拉夫逊法理论介绍 (7)
2.用牛顿-拉夫逊法解方程 (7)
第三章：程序介绍 (8)
第四章：设计课题 (8)
第五章：实验程序图及结论 (9)
致谢 (18)
参考文献 (19)
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第一章：概述
1.Matlab介绍：
本次实验使用matlab软件进行设计，MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。
是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。
2.Matlab的使用优势
使用matlab进行潮流分析的优势是明显的，其中包括：
1 高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；
2 具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；
3 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；
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4 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ，为用户提供了大量方便实用的处理工具。
同时，对于新手而言，matlab的简单易用是其它软件无法做到的，它是一个
高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。
用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。
新版本的MATLAB 语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。
使之更利于非计算机专业的科技人员使用。
而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
3.Matlab的主要特点
Matlab最大的特点就在于它自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。
高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。
可用于科学计算和工程绘图。
新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。
同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。
另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。
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第二章：牛顿-拉夫逊法
1：牛顿-拉夫逊法理论介绍
牛顿-拉夫逊法在数学上是求解非线性代数方程组的有效方法。
其要点是把非线性方程求解过程变成反复地对相应的线性方程进行求解的过程。
牛顿迭代法（Newton's method）又称为牛顿-拉夫逊方法（Newton-Raphson method），它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。
多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，甚至不可能，从而寻找方程的近似根就显得特别重要。
方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根。
牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。
设r是f(x) = 0的根，选取x0作为r初始近似值，过点（x0,f(x0)）做曲线y = f(x)的切线L，L的方程为y = f(x0)+f'(x0)(x-x0)，求出L与x轴交点的横坐标 x1 = x0-f(x0)/f'(x0)，称x1为r的一次近似值。
过点（x1,f(x1)）做曲线y = f(x)的切线，并求该切线与x轴的横坐标 x2 = x1-f(x1)/f'(x1)，称x2为r的二次近似值。
重复以上过程，得r的近似值序列，其中x(n+1)=x(n)－f(x(n))/f'(x(n))，称为r的n+1次近似值，上式称为牛顿迭代公式。
2.用牛顿-拉夫逊法解方程
解非线性方程f(x)=0的牛顿法是把非线性方程线性化的一种近似方法。
把f(x)在x0点附近展开成泰勒级数f(x) = f(x0)+(x－x0)f'(x0)+(x－x0)^2*f''(x0)/2! +…取其线性部分，作为非线性方程f(x) = 0的近似方程，即泰勒展开的前两项，则有f(x0)+f'(x0)(x－x0)=f(x)=0 设f'(x0)≠0则其解为x1=x0－f(x0)/f'(x0) 这样，得到牛顿法的一个迭代序列：x(n+1)=x(n)－f(x(n))/f'(x(n))。
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第三章.程序介绍
本次程序参照教材进行编写，部分程序需要微调，执行标准以结果为准。
第四章.设计课题
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T17.1程序：
运行过程及运行结果：
运行结果图：
图形分析：
从图中可以看出，由于定精度为0.00001，所以在2次迭代以后就已满足精度需求，迭代后的结果也趋于平稳。
T17.2
由于本题的潮流计算程序和上一题是一致的，只是根据题目所给数据修改倒纳矩阵数值和输入电压及功率，所以以下只提供运行结果和结果图
运行结果及过程：
运行结果图：
致谢
历时将近一周的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。
尤其要强烈感谢我的论文指导老师—冯婉老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。
另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。
在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！
感谢这篇论文所涉及到的各位学者。
本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。
感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。
由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
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参考文献
[1] 孟祥萍，高嬿. 电力系统分析. 第二版. 北京：高等教育出版社，2013.
[2] Matlab程序内置说明书.
[3] 华智明，张瑞林. 电力系统. 重庆：重庆大学出版社，1997.
[4] 王沫然. MATLAB6.0 与科学计算. 北京：电子工业出版社，2001
[5] 刘振亚等. 特高压电网. 北京：中国经济出版社，2005
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