MATLAB在电力系统仿真中的运用汇总

1、收稿日期：2006-08-25作者简介:曾江华,女,长江水利委员会设计院机电处，工程师,硕士。文章编号：1001-4179(2006 11-0041-02MAT LAB在电力系统仿真中的运用曾江华 陈晓明 金 伟 江万里 李远青（长江水利委员会设计院,湖北武汉摘要:MAT LAB是将计算、可视化、真中运用很广泛。,由于电力系统是个复杂的系统，也不直观。M AT LAB 的M LAB的POWERSY STE M BLOCK对避雷器在有电抗器补,。关 键；;仿真;运用T文献标识码:A1概述M AT LAB是由美国Mathw orks公司开发的大型软件,它是以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计

2、融合在一个交互的工作环境中，在此环境中可以实现工程计算、算法研究、建模和仿真、应用程序开发等。在M ATLAB中包括了两大部分,数学计算和工程仿真,其中在工程仿真方面,M AT LAB提 供的软件支持涉及到各个工程领域,并且在不断完善。M AT LAB所具有的程序设计灵活,直观,图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科，多平台的强大的大型 软件。M AT LAB提供的S imulink工具箱是一个在 M AT LAB环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它提供了用方框图进行建模的接口 ，与传统的仿真建模相比，更加直观、灵活。S imulink的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个

3、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。 M AT LAN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。M AT LAB在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块(P owerSystem Blockset来完成，P ower System Block是由TE QSI M公司和魁北克水电站 开发的。PS B是在S imulink环境下使用的模块，采用变步长积分法，可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的 仿真,并精

4、确地检测出断点和开关发生时刻，PS B程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的S imuli nk程序块,通过PS B可以迅速建立模型，并立即仿真。PS B程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与 S imuli nk程序之间连接作用。2电力系统元件库电力系统元件库包括了电路、电力电子、电机和电力系统等常用的基本元件和系统的仿真模型。其包含以下库元件(1电源元件。包括了交流电压源和电流源、直流电压源、可控电源及三相电 源等产生电信号的元件。(2线路元件。包括各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。(3电力电子元件。包括如二级管、晶闸管等各种电力电子元件。(4电机元件。包括各种电机模型元件

5、。(5连接器元件。包含有在各种不同情况下用于相互连接的元件。(6电路测量元件。包括电压表、电流表、阻抗表和万用表等测量元件。(7附加元件。包括三相电路、功率表，直流电机等元件。(8电力图形用户接 口。用于电力系统稳态分析。(9电力系统元件库模型。包含了电力系统各种非线性模块的仿真模型。3系统仿真F面就用M AT LBA来对避雷器在有电抗器补偿的系统中的应用进行仿真，PSB中的氧化锌避雷器的模型实际上是过电压保护的非线性电阻器，其阀片的非线性伏安特性是用U n U ref =(k i (I n I ref 1 nai表示,其中U ref , I ref代表参考电压和电流，k i与ai为各个区域的

6、系数(i =1为小电流区域,i =2为非线性区,i=3为饱和区,避雷器的伏安特性则表示为 U =cI a,c为阀片电阻的材料系数,为阀片的非线性系数。参考电压是当避雷第37卷第11期人民V 01. 37,N o. 112006年11月Y an gtze River N ov.,2006器通过参考电流时避雷器上的电压，当避雷器上电压大于参考电压时，电流将随电压的升高而迅速增大。被仿真的系统为以735kV系统通过200km输电线路向负荷供电,在线路的中点 设有串连电容补偿，在负荷侧并联有电抗器补偿，串联的电容器和并联电抗器均采用 氧化锌避雷器保护，为了简化系统，仿真仅采用单相，所有的参数均为正序参

7、数。模 型见图11系统模型3. 1 MAT LAB的模型建立(1电源。系统的线电压为 735kV , H z 。(2电源的等值阻抗,5。(3线路n, 0. 011 Qn km感为 0. 8674mH n km , 13. 41n kS段线路分别长100km。(4串联电容器。电容为101.4 负荷。负荷容量为2000MW。卩。(5并联电抗器。每相容量为110M VA。(6(7保护电容器的避雷器。保护电压500A ,伏安特性为第一段k 1=0. 955,185kV ,柱数为30柱,每柱的参考电流为50, k 2=1, a 2=25, k 3=0. 9915,。a 3=16. 5(8保护电抗器的避雷

8、器。保护电压500A ,伏安特性为第一段k 1=0. 955,1081kV ,柱数为2柱,每柱的参考电流为a 1=50, k 2=1, a 2=25, k 3=0. 9915。a 3=16. 5(9断路器。断路器1初始是闭合的,在0. 1s时断开,断路器2初始是断开的,在0. 03s断路器闭合模拟负荷侧三相短路。(10测量表。表1用于测量电容器的电压和保护电容器的避雷器的电流，表2用于测量电抗器的电压和保护电抗器的避雷器的电流。3. 2仿真结果t =0时,系统正常运行,t =0. 03s时，负荷侧发生三相短路故障，此时,线路的短路电流急剧增加(见图2 ,同时电容器两侧的电压也增加， 当电容器两

9、端的电压超过185kV时，避雷器动作，限制了电容器上的过电压(见图3。同时在电抗器上的电压降低为0。当断路器1跳闸，故障切除后，电流为0,此时在并联电抗器上会产生过电压，当期峰 值超过1081kV时,保护电抗器的避雷器动作,因此会产生脉冲电流(见图4V-I、：/;竄为心 £ 9 /IM% 纬三:需-产7, 4.；,逹7二 i! i i+ i|illb.M*片41 KJ鬧片:弓flUCHPJ Mi.itjiw 帖 UMlrL 怙st|右o线路短路电流变化图3电容器两侧电压以及避雷器1些fQNg的电流 图4避雷器2的电压和电流4结论从以上的例子可以看出，M AT LAB的电力系统工具箱可以很方便迅速地建立电力系统的各种模型，并且可以利用这些模型建立复杂的系统仿真模型，其强大的计算能力和编程能力以及可视能力，为提高仿真计算的效率和灵活性，分析和仿真电力系统提供了一个强有力的手段。（编辑:赵树湘 ?简讯？长江委设计院钮新强院长入选新世纪百千万人才工程”近日，人事部等7部委联合发文，正式公布了 2006年新世纪百千万人才工程”国家级人选,长江水利委员会设计院院长、教授级高级工程师钮新强名列其中。新世纪百千万人才工程”由人事部、科技部、教育部、财政部、国家发改委、国家自然科学