基于matlab的电力系统仿真论文

基于matlab的电力系统仿真论文内容摘要：

一个系统。 每个程序块由输入向量 ， 输出向量以及表示状态变量的向量等 3 个要素组成。 在计算前 ， 需要初始化并赋初值 ， 程序块按照需要更新的次序分类 ， 然后用 ODE 计算程序通过数值积分来模拟系统。 MATLAN 含有大量的 ODE 计算程序 ， 有固定步长的 ， 有可变步长的 为求解复杂的系统提供了方便。 MATLAB 在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块 SimPowerSystem 来完成的。 MATLAB 是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台 ， 电 力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行 ， 由于电力系统是个复杂的系统 ， 运行方式也十分复杂 ， 因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大 ，也不直观。 MATLAB 的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。 通过 MATLAB 的 SimPowerSystem 的模块对电力系统中的应用进行仿真 ， 从而说明其在电力系统仿真中的运用电力系统的仿真可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况 ， 通过故障仿真得出了相关的电压稳定性方面的结论 ， 从而证明了这种 仿真 的正确性和在分析应用中的可行性。 Simulink 中电力系统模块库简介 Simulink 是一种用来实现计算机仿真的软件工具。 它是 MATLAB 的一个附加组件，可用于实现各种动态系统（括连续系统、离散系统和混合系统）的建模、分析和仿真。 Simulink 对仿真的实现可以应用于动力系统、信息控制、通信设计、金融财会及生物医学等各个领域的研究中。 Simulink 实际上提供了一个系统级的建模与动态仿真的图形用户环境，并且凭借MATLAB 在科学计算上的天然优势，建立了从设计构思到最终要求的可视化桥梁，大大弥补了传统设计和开发工具的不足。 它 可以使系统的输入变得相当容易且直观，同时可以容易地改变输入信号的形式，对仿真算法和仿真参数的选择以及对输出结果的处理基于 MATLAB 的电力系统仿真 13 上也更加灵活自由。 由于 Simulink 可以很方便地创建和维护一个完整的模型，评估不同算法和结构并验证系统性能，另外 Simulink 还可以与 MATLAB 中的 DSP 工具箱、信号处理工具箱以及通讯工具箱等联合使用，进而实现软硬件的接口，从而成为实用的控制软件。 在 MATLAB 命令窗口键入 Simulink 命令 ，或单击 MATLAB 工具栏中的 Simulink图标，则 可以打开 Simulink 模型库 窗口。 如图 31 所示。 这一模型库包括以下各个子模型库 :Sources(输入源 )、 Siuk(输出方式 )、 Discrete(离散时间模型 )、 Function amp。 Tables(功能列表 )、 Math(数学方法 )、 Signalsamp。 System(信号或系统 )、 Linear(线性环节 )、 Nonlinear(非线性环节 )、 Connections(连接及接口 )等。 图 31 simulink 模型库 在 MATLAB 命令窗口中键入 powerlib 命令，则打开电力系统模块库，如图 32 所示。 还可以从 Simulink 模块浏览窗口直接 启动。 该 模块库中有很多模块组，主要有电源 元件 （ Electricial sources）、 线路 元件(Elements) 、电力电子 元件 (Power Electronics) 、电机元件 (Machines) 、 连接器元件（ Connectors）、电路测量仪器（ Measurements）、附加元件（ Extras）、 演示 (Demos)、电力图形用户接口（ Powergui） 等，双击每一个图标都可以打开一个模块组。 基于 MATLAB 的电力系统仿真 14 图 32 电力系统模块库 1) 电源模块 电源元件库中包含 7 种电源元件， 如图 33 所示， 分别是直流电压 源（ DC Voltage Soures） 元件 、交流电压源（ AC Voltage Soures） 元件 、交流电流源（ AC Current Soures）元件 、受控电压源（ Controlled Voltage Soures） 元件 、受控电流源（ Controlled Current Soures） 元件 、三相电源（ 3phase Soures） 元件 和三相可编程电压源（ 3phase Programmable Voltage Soures） 元件。 图 33 电源元件库 2) 线路元件模块 线路元件库中包含了 各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。 双击线路元件库图标，弹出线路元件库对话框，如图 34 所示，图中包含了 4 类线路元件，分别是支路（ Elements）元件、输配电线路（ Lines）元件、断路器（ Circult Breakers）元件和变压器（ Transformers）元件。 基于 MATLAB 的电力系统仿真 15 图 34 线路元件库 3 ) 电力电子元件库 电力电子模块库包括理想开关 （ Ideal Switch） 、二极管（ Diode）、晶闸管（ Thyristor）、可关断晶闸管（ GTO）、功率场效应管（ MOSFET）、绝缘门极晶体管（ IGBT）等模块，此外还有 2 个附加的控制模块组和一个整流桥，如图 35 所示。 图 35 电力电子元件 4 ) 电机元件库 电机元件库包括同步电机（ Synchronous Machines）、异步电机（ Asynchronous Machines）、直流电机（ DC Machines）、调节器（ Prime Movers and Regulators）和电机输出测量分配器（ Machines Measurements）等。 如图 36 所示。 基于 MATLAB 的电力系统仿真 16 图 36 电机元件库 5) 连接器元件 连接器模块库包括 10 个常用的连接器模块，如图 37 所示。 图 37 连接器元件 6) 测量元件 测量元件库包含电压表、电流表、万用表和各种附加的子模块等，如图 38 所示。 基于 MATLAB 的电力系统仿真 17 图 38 测量元件库 7） 附加和演示模块 附加模块包括了上述各元件库中的附加元件，演示模块主要提供一些演示实例。 8） 电力系统分析元件 电力系统分析元件模型是用来分析电路和电力系统的工具。 MATLAB 软件提供的电力系统分析元件是一 种功能强大的电力系统分析工具，如图 39 所示，使用电力系统分析工具可以进行稳态和暂态的频域分析，主要包括： 图 39 电力系统分析元件 ① Powergui 模块可以显示系统稳定状态的电流和电压及电路所有的状态变量值； ② 为了执行仿真， Powergui 模块允许修改初始状态； 基于 MATLAB 的电力系统仿真 18 ③ Powergui 可以执行负载潮流的计算，并且为了从稳态时开始仿真可以初始化包括三相电机在内的三相网络，三相电机的类型为简化的同步电机、同步电机或异步电机模块； ④ 当电路中出现阻抗测量模块时， Powergui 也可以显 示阻抗随频率变化的波形 ； ⑤ 如果用户拥有控制工具箱， Powergui 模块可以产生用户自己系统的空间模块，自动打开 LTI 相对于时域和频域的观测器接口； ⑥ Powergui 可以产生扩展名为 .rep 的结果报告文件，这个文件包含测量模块、电源、非线性模块等 系 统的稳定状态值。 系统模型的建立 系统模型 如图 310 所示。 图 310 单机 无穷大系统 基于 simulink 的模型建立 simulink 模型建立主要包括以下元件：简化发电机、电压 电流测量元件、断路器、变压器、输电线路、 负载、短路故障发生器等， 搭建仿真模型如图 311 所示。 图 311 单机 无穷大系统仿真图 设计流程 模块选择 1）从电机元件库中选择简化的同步电机元件，复制后粘贴在电路图中，如图 312 所示。 基于 MATLAB 的电力系统仿真 19 步骤一：将简化的同步电机元件名称改为： 简化发电机。 步骤二：双击简化的同步电机元件，在简化的同步电机 （ Simplified Synchronous Machine SI Unit） 元件参数对话框中进行设置，如图所示。 图 312 简化同步电机模型及其参数对话框 设置参数如 下： 连接类型 （ connection type）： [3wire Y] 电机额定参数 （ nominal power,LLvolt and freq）： [1000e6 315e3 50] 机械参数（ mechanical）： [56290 0 2] 内部电阻（ Internal impedance）： [, ] 初始 状态 （ Initial condition）： [ 0 0 0 0 0 0 0 0 ] 步骤三：设置施于简化的同步电机上的功 率。 该机械功率使用一个常数发生器来设置，如图 313 所示 将常数发生器元件名称改为： 机械功率。 双击常数发生器元件，在参数对话框中将数值设为 700e6，作为机械功率值。 步骤四：设置电压幅值 电压幅值使用一个常数发生器来设置，如图 313 所示， 将常数发生器的名称改为 ：电压幅值。 基于 MATLAB 的电力系统仿真 20 将常数发生器数值改为 156e3 作为电压幅值。 图 313 常数发生器元件及参数对话框 2）从测量元件库中选择三相电压 电流测量 （ 3phase VI Measurements） 元 件，复制后粘贴在电路图中，如图 314 所示，将三相电压 电流测量元件名称改为 ：发电机电压 电流值。 图 314 三相电压 电流测量元件及参数对话框 双击三相电压 电流测量元件，在三相电压 电流测量元件参数对话框进行如下设置： 电压测量选项中包括 3 个选项，分别是不测量电压 （ no ） 、测量相电压（ phasetoground） 和测量线电压 （ phasetophase）。 电流测量选项中有测量和不测量选项，在本例中选择测量相电压和测量电流选项。 单击 OK 按钮完成对电压 电流测量元件的参数设置。 基于 MATLAB 的电力系统仿真 21 3）从线路元件库 中选择三相电路短路故障发生器元件，复制后粘贴在电路图中，如图315 所示。 步骤 一 ：双击三相电路短路故障发生器元件，在三相电路短路故障发生器元件参数对话框中进行设置，如图 315 所示。 三相电路短路故障发生器元件参数对话框中包括 10 各选项，分别是故障相选择（ Phase Fault）、故障点电阻（ Fault resistances Ron）、故障相接地（ Ground Fault）、外部控制（ Exeternal contorl of fault）、转换状态（ Transition status）、转换时间（ Transition times）、内部计时器的采样时间（ Sample time of the Ts）、缓冲电阻（ Snubber resistance Rp ）、缓冲电容（ Snubber Capacitance Cp）和测量（ Measurements）。 图 315 三相电路短路故障发生器及参数对话框 参数设置如下： 故障点电阻（ Fault resistances Ron）： 故障点接地电阻（ Ground resietances Rg）： 转换状态（ Transition status）： [ 1 0 ] 转换时间（ Transition times）： [ ] 内部计时器的采样时间（ Sample time of the Ts）： 0 缓冲电阻（ Snubber resistance Rp）： 1e6 缓冲电容（ Snubber Capacitance Cp）： inf 基于 MATLAB 的电力系统仿真 22 测量（ Measurements）： 选择不测量选项 单击 OK 按钮完成对三相电路短路故障发生器的设置。 步骤 二 ：同样的方法设置 其他两个 三相电路短路故障发生器。 4） 从线路元件库三相断路器元件，复制后粘贴在电路图中，如图 316 所示。 双击三相短路器元件，在三相短路器元件参数对话框中进行设置，如图 316 所示。 三相短路器元件参数对话框包含以下选项：初始状态（ Initial status of breakers）；故障相选择（ Switching of A、 B、 C）；转换时间（ Transition time）；内部计时器的采样时间（ Sample。