MATLAB与电力系统仿真参考文档

1、MATLAB,应用技术,清华大学出版社,王忠礼,段慧达,高玉峰编著,MATLAB,应用技术,5 MATLAB,与电力系统仿真,5.1,电力系统的数学模型,电力系统一般由,发电机,变压器,电力线路,和,电力负荷,构成,电力系,统的数学模型一般是由电力系统元件的数学模型组合构成,MATLAB,为电力系统的建模提供了简洁的工具，通过电力系统的电路图绘制,可以自动生成数学模型,MATLAB,应用技术,5.1.1,电力系统元件库,1,启动和退出电力系统元件库,启动电力系统元件库的方法有几种，下面介绍两种最简单的方法,1,利用指令窗口,Command Window,启动,在指令窗口中键入,powerlib

2、,单击,回车，则,MATLAB,软件中弹出电力系统元件对话框,powerlib,MATLAB,应用技术,2,利用开始,Start,导航区启动,单击开始按钮，选择仿真,Simulink,命令，再选择电力系统仿真命令,SimPowerSystem,在弹出的对话框中选择电力系统元件库,Block Library,命令即可,MATLAB,应用技术,直流电压源,2,电力系统元件库简介,与电力系统建模与仿真有关的一些元件,1,电源元件,Electrical Sources,交流电压源,交流电流源,三相压电源,受控电压源,受控电流源,三相可编程电压源,MATLAB,应用技术,三相电源参数设置,电源内部连接方

3、式,Y,Y,形连接，中性点不引出,Yn,Y,形连接，中性点引出，可以,接外电路（如：中性点经电阻或消,弧线圈接地,Yg,Y,形连接，中性点直接接地,是否根据短路容量确定阻抗,MATLAB,应用技术,2,线路元件,Elements,MATLAB,应用技术,a,支路元件,Elements,MATLAB,应用技术,三相串联,RLC,负载元件参数设置,MATLAB,应用技术,b,输配电线路元件,Lines,在电力系统设计和分析中，输配电线路一般用各种类型的等值电路来进行简化,以便于简化分析,MATLAB,应用技术,PI,型等值电路（集中参数输电线路元件,在电力系统中，中等长度的线路一般采用,PI,型等

4、值电路，忽略它们的分布参数,特性,MATLAB,应用技术,单相,PI,型模块模块参数设置,线路总长度,PI,型电路的段数,MATLAB,应用技术,单位长度正序,零序电阻,单位长度正序,零序电感,单位长度正序,零序电容,线路长度，对于长度超,过,300km,的线路，可用多,个串联,PI,型模块,三相,PI,型模块模块参数设置,MATLAB,应用技术,分布参数输电线路元件,在电力系统中，线路长度超过,300,公里的架空线路和超多,100,公里的电缆线路,就需要考虑它们的分布参数特性；此外，当分析线路的瞬变过程、线路的波过,程以及进行更精确的分析时需要使用分布参数模块,MATLAB,应用技术,分布参

5、数模块参数设置,线路相数,基波频率,单位长度电阻，对于两相或三相连续,换位线路，可输入正序或零序电阻,R1,R0,对于,N,相非对称线路，必须输,入表示线路间相互关系的,N,N,阶电阻,矩阵,单位长度电感,单位长度电容,线路长度,MATLAB,应用技术,c,断路器元件,Circuit Breakers,在电力系统中，断路器的作用是通断高压线路，断路器元件就是用来实现各种,电路中的高压断路器,MATLAB,应用技术,单相断路器模块参数设置,MATLAB,应用技术,三相故障模块参数设置,0: The selected fault breakers open,1: The selected faul

6、t breakers closed,MATLAB,应用技术,d,变压器元件,Transformers,在电力系统中，电力变压器是非常重要的电气设备，其作用是进行能量的传输,并改变电压的等级,MATLAB,应用技术,3,其他元件,在电力系统元件库中还有其他元件：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,，这些元件都具有特定的功能,在这里就不作详细介绍,MATLAB,应用技术,3,示例,例,1,交流电压源的叠加。设计两个单相交流电压源，叠加后作为线路的电源,分析线

7、路首端电压的变化情况,设计的交流电路如下图所示，在此电路图中，交流电压源的幅值、频率,相位均不相同，可以通过仿真结果直接对各自电压源的输出和他们的叠加结,果进行分析，这种分析方法简单、直接,MATLAB,应用技术,是将三相,abc,坐标系下的变量,i,a,i,b,i,c,变换成,dq,0,坐标系下的变量,i,d,i,q,i,0,5.1.3 Park,变换,a,b,c,d,q,a,g,I,g,I,gd,I,gq,MATLAB,应用技术,abc,坐标系统变换为,dq,0,坐标系统的变换公式如下,在,MATLAB,中，使用,abc,坐标系统转换为,dq,0,坐标系统,abc_to_dq0,Trans

8、formation,元件可以实现这种变换,abc_to_dq0 Transformation,在电力系统元件库,PowerLib,中的附加元件,Extras,下的测量元件,Measurements,中,0,2,2,sin,sin,sin,3,3,2,2,2,cos,cos,cos,3,3,3,1,1,1,2,2,2,d,a,q,b,c,i,i,i,i,i,i,MATLAB,应用技术,MATLAB,应用技术,dq,0,坐标系统变换为,abc,坐标系统的变换公式如下,在,MATLAB,中，使用,dq,0,坐标系统转换为,abc,坐标系统,dq0_to_abc,Transformation,软件可以

9、实现这种变换,该元件也在电力系统元件库,PowerLib,中的附加元件,Extras,下的测量元件,Measurements,中,0,sin,cos,1,2,2,2,sin,cos,1,3,3,3,2,2,sin,cos,1,3,3,a,d,b,q,c,i,i,i,i,i,i,MATLAB,应用技术,MATLAB,应用技术,5.2.1,电力系统不对称运行分析法,对称分量法,电力系统正常运行时可以认为是三相对称的，即个元件三相阻抗相同，各处,三相电压和电流对称，且具有正弦波形和正常相序,当电力系统发生不对称短路或个别地方一相或两相断开时，则对称运行方式,遭到破坏，三相电压和电流将不对称，而且波形

10、发生不同程度的畸变，即除,基波外，还含有一系列谐波分量,一般，在电力系统分析种，对于不对称故障采用简单的对称分量法进行分析,5.2,电力系统时域分析,MATLAB,应用技术,已知正序、负序、零序分量时,c,b,a,j,j,j,j,a,a,a,F,F,F,e,e,e,e,F,F,F,1,1,1,1,1,3,1,120,240,240,120,0,2,1,0,2,1,240,120,120,240,1,1,1,1,1,a,a,a,j,j,j,j,c,b,a,F,F,F,e,e,e,e,F,F,F,对称分量法,是指任意不对称的三相相量均可以分解为三组相序不同的对,称分量：正序、负序、零序分量。它们之

11、间的数学关系如下,MATLAB,应用技术,三相序分量分析,3-Phase Sequence Analyzer,元件,位置：电力系统元件库,PowerLib,中的附加,元件,Extras,下的测量元件,Measurements,中,用来指定进行序,分量分析的谐波,用来设置三相输入,信号的基频频率,用来选择显示,的序分量,MATLAB,应用技术,例,2,设计给定的电路图模型,P173,，分析,A,相接地后，其电压、电流的正,序、负序、零序变换情况,MATLAB,应用技术,MATLAB,软件提供了一个对电力系统和电路进行分析的用户界面工具,powergui,5.2.2,电力系统时域分析工具,MATLAB,应用技术,稳态电压和电流,初始状态设置,潮流和电机初始化,线