基于Matlab的电力系统暂态稳定分析【实用文档】doc

基于Matlab的电力系统暂态稳定分析【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载

基于Maｔｌａb的电力系统暂态稳定分析基于Matlab的电力系统暂态稳定分析【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载PRＳhａｒma＊1，NａrenderＨooda2法里达巴德ＹＭCA科技大学，印度DCＲ科技大学,Mｕrthal摘要:本文介绍了多机系统与基于Sｉmｕlｉnk模型的帮助下暂态稳定评估。电力系统暂态稳定是基于从时域仿真输出得到的发电机转子的相对角度。IEEE9条公交系统的自给自足的模式已经给出充分的细节，通过在不同的故障清除时间(ＦCT）的暂态稳定性分析，结果相对于模型在PＳpｉce等电磁暂态仿真程序更准确和令人满意。关键词:MAＴLAＢ；Simuｌink;FCT；暂态稳定1。简介现代电力系统由于安装大型发电机组、特高压联络线是一个复杂的系统.由于增加了操作可能导致电力系统高度危险的状态,所以对对电力系统动态稳定的需要是在不断增加的。暂态稳定评估（ＴSA）是电力系统的发展对电力系统保持平衡的能力的进化时受到扰动的动态安全评估的一部分。系统反应这类大的变化对转子角、功率流母线电压和其他系统变量对系统的干扰.暂态稳定性是表征经受故障电力系统的动态特性的情况下，初始状态下继续进行故障是平衡的。如果一个系统故障后能保持同步运行并返回到初始状态或接近它可认为该系统具有暂态稳定性。暂态稳定性是两个操作条件和干扰的功能。这使得暂态稳定分析的复杂系统的非线性关系不可忽视。在稳定评估临界清除时间(ＣCＴ）是为了维护电力系统的稳定性非常重要的参数.CCT是最大持续时间发生在电力系统的失稳可能故障。故障清除时间是随机设置的.如果故障清除时间(ＦCT）比CCT更那么相对转子角度会失去稳定和系统将失去稳定.通常用来查明了ＴＳA的方法是通过使用时域仿真,直接和人工智能的方法.时域仿真方法实现了状态空间微分的求解方法.Simulｉｎk是一个互动的环境建模和模拟各种各样的动态系统。一个系统是容易模块构建和迅速显示出结果来。Sｉmｕlink中用于研究系统的非线性的影响，并因此是一种理想的研究工具.Siｍｕlink中的用途是在电力系统的领域，并且也是在其他领域迅速发展的研究工作.在本文中的多机9台总线系统在Matlab／Simulｉnk和暂态稳定分析与位于总线故障进行建模。2。系统建模该系统使用ＩEEE9总线系统有三台发电机，六传行,三负荷和三的变压器,如图1所示.该基地是１0０MＶA,系统频率为60Hz。系统数据显示在附录１，故障发生在节点7而且故障时间是在节点5到节点7之间清除的。故障清除时间是随机设置的.整个系统用数学方程在Simulｉｎk中建模。所有节点除了电机节点外都被消除故障而且多端口表示的发电机内部没有得到。利用自动和传输导纳参数，可以得到发电机的电气网络的电力输出的自导纳参数。在附录中给出了减少导纳矩阵的程序。导纳矩阵是增加了包括发电机的暂态电抗.让后的负载阻抗包含被划分为（1）其中子矩阵M阶×Ｍ和对应的节点，发电机节点和、、是其他子矩阵。然后增广节点导纳矩阵,把地面作为参考将表示为：(2）矩阵采用克朗减少公式消除所有巴士降低期望母线。为对称的三阶段，在总线上的总线,对应于总线的行和列设置为零,在应用网络减少。在稳定性分析中，需要计算出三个减少矩阵的故障，故障和故障后的电力系统。FigureSEQFiｇure\*ARＡBＩC1ＷSＣC3机９节点系统每个机器的发电机的电力输出是由以下公式计算：（3)这里：（4）下面给出了运动方程：(5)和：（6)值得注意的是，在故障前(t＝0）下标0是用来表示预条件的。由于网络的变化，由于故障,相应的值将改变上述方程。3．Simｕlｉｎk模型完整的三个发电系统示于fｉg１已作为模拟仿真单积分模型。图2为暂态稳定研究的系统框图。子系统1是用来计算每个发电机的电力输出。该模型也有利于模拟参数的选择，如启动时间，停止时间,求解器等。FiguｒeSEＱＦigｕｒe\＊AＲAＢIC２暂态稳定分析的完整系统模型FｉｇuｒeＳEＱFｉｇure\*ＡRABＩC3Sｉｍｕｌｉnk模型计算的电力发电机1的输出4。仿真结果系统反应了ＦＣＴ值不同。故障发生在节点7而且故障时间是在节点5到节点７之间清除的。图4（a）和（b）显示发电机的相对角位置，以发电机为基准，每个发电机的角度。图（c)和(d）显示加速的力量和各发电机的角速度为FCT等于０.1图表明,转子角彼此同步地使系统稳定时，故障清除时间是０。1ｓeｃ.aｓFＣＴ增加系统将朝着不稳定的FCT越大,CCT。当FCT在0.3秒.系统不稳定。图５(a）－(d）显示的加速能力,相对角位置和角速度的发电机和图５（ｂ)显示的故障清除时间增加发电机的转子角度去同步和系统失稳。FｉｇurｅSEQFigure\＊ＡRABIC４ａ角相对角位置（故障清除在0．1s)Fｉgure4b单个发电机的角位置(故障清除在0。1s)Ｆiguｒe4ｃ发电机加速能力（故障清除在0.1s）Ｆｉｇurｅ４ｄ发电机角速度（故障清除在０。1s)ＦiｇurｅＳEQFigｕｒe\＊AＲABIC５a加快电力发电机(故障清除在０.３s)Figuｒe5ｂ发电机相对角位置(故障清除在０.3s）Figuｒe5ｃ单个发电机的角速度（故障清除在０。３s）图6（a）—(b）示出了相对转子角度和发电机的加速功率。图6（a)显示转子角同步使系统不稳定。FigureSEQFiguｒe＼＊ARABIC6a相对角（故障清除在0.5s）Fiｇure6ｂ加速功率的发电机（故障清除在0．5s）5。结论一个完整的模型来研究多机系统的暂态性能的开发利用Sｉmulink。它基本上是一个传递函数和块图表示的系统方程.模拟不同的FCT系统和结果是非常令人满意的。仿真模型是非常用户友好和暂态稳定分析模型为非线性微分方程的快速和精确解。Aｐpendixｎ=9；Y=zerｏs（n）；ｎ=ｎ-1;i＝1；k＝1；foｒｉｉ=１：locs；ａdｄ=ｌoc（ii+1）-loｃ（iｉ）；fｏrkk=１:add;Ｊ＝c(ｋ）;Y（i,i）=Y(ｉ，i）+1/e（k）;ifJ==0；dｉsｐ（'branch’)k=k+1;elｓeY（J，Ｊ）＝Ｙ(Ｊ，J)+1/e（k);Ｙ（i,Ｊ）=Ｙ（i，Ｊ）—1/e(k）;Y(J,i）=Y（i，Ｊ）;k=k＋1;ｅndenｄｉ=i+1；ｅndY参考文献：［1］P.Kｕndur，PｏweｒｓｙsteｍＳtabiliｔyanｄconｔrｏl,ＥPRIPoweｒＳytｅｍＥngｉｎeeｒiｎｇSｅries.［2］I.J．NagrathanｄD。P．Kothaｒｉ，PowersystemEnｇiｎｅeｒｉng［３］ﻩＬoｕis—ADessaｉｎtetal。，‘ＰｏwesｙstemsimulaｔｉontoolbasｅdonSｉｍulinｋ，IEEETｒaｎs.IndusｔrｉａlElectronica１999，１252—1254[4] P．MAnｄerｓｏnandA.A.Fouａd,PoｗｅrSystemＣontroｌａnｄstabｉｌitｙ1977[5]M.Ｋlein,G.J．Rogers，PＫunｄｕr，"AfuｎdameｎtａlStudyoｆＩntｅr–AreaOｓcillａｔｉoninＰowerSystems，”IＥＥＥTrａnssacｔｉonsoｎPowerSｙstem。vol6，No3,Auguｓｔ199１［6]L.Ｗang,FHowell,P。Ｋundur，C.Y。Chiｎｇanｄw.Ｘu，“atoolforsｍalｌSignaｌasｓessmentｏfPoｗeｒSystｅms，”PICA２１10,Sｙdｎeｙ,Ａustralia，May２1-2４，20０1[7］M。J。Ｇibbaｒd,N.Ｍartiｎ，Ｊ.JSaｎchez-Gasca，N.Ucｈｉda，VＶiｔtalａnｄL.Ｗａng，“ReｃentApplicationｓofＬｉneaｒAｎalｙsisTechniqｕes,"IEEETrans.OnＰoｗｅrSystems，Vol16,No1Februa［8］Ｍ。Rａｎｄhawa,Ｂ．Ｓapkotａ，V.Vittａｌ，Ｓ．ＫoｌlurianｄＳ．Ｍoｎｄａｌ,”VoｌtaｇｅstabilityasseｓsmｅnｔforＬarｇePｏwerＳｙｓｔems，”proｃ。200８IEEEPoweranｄEnergｙSoｃietyGeｎerａlMeｅting.ry200２基于PSCAD4.2电力系统距离保护的仿真分析摘要：简要地介绍了ＰSCAＤ４。２软件及其工具箱，分析了输电线路距离保护的基本原理,并利用软件提供的工具箱搭建了距离保护仿真模型,设置了输电线路可能发生的接地故障和相间故障,最终得出了不同故障类型下输电线路的电压、电流以及其他量的变化规律的波形，从而实现了三段式距离保护的作用.仿真波形结果表明:利用该软件建立的模型是能够准确反应距离保护的作用机理，即距离保护装置能够快速响应故障信号并动作于断路器,实现输电线路的保护。关键词：PSCAD4.2;距离保护;接地故障;仿真AnalysisofpoweｒｓysteｍdistａｎceprotectioｎsimulatｉｏnbａｓedｏｎPSCAD４。２Ａbstraｃｔ：BriefｌｙiｎｔroｄucingPSCAD4．2softwareanｄitstoｏlbox，thｅnａnalyzinｇtｈebａsｉcprincipｌeｏfthｅtransmiｓｓionlｉｎeｄistanceprotｅctioｎ，andusｅthetoolboｘthaｔtｈｅsoｆtwarepｒovidestoｂuｉｌdaprotecｔionsimulatiｏｎmodｅlaｎｄsetａgroundfauｌtandphａsetrａnsmissionlinefａｉluｒｅsthesystemｍayoccur，ａtｌaｓｔobｔaｉnｔheｖoltａge,ｃurrenｔandwaveｆｏrmvariationｏｆothｅrdｉffeｒenttypesｏftrａｎsmiｓsioｎlinefailurｅs,enablingthree—disｔａｎcesｐrotection.Simulatｉonwaveｆormrｅsulｔsshoｗedthaｔ:usｉngｔhemｏdeｌofｔheｓoftwａrｅisaccurａtelyaｂlｅｔｏｅｓtaｂliｓhｔhｅreactiｏnｍｅｃhanismoftｈeｄiｓtａｎceｐrotecｔｉon,distaｎceproｔectiondeviｃｅcanqｕiｃklyrespoｎdtothｅｃircuｉｔbreaｋerfailuｒesignalandactonittoaｃhiｅveｐrotｅctｉonoftransmｉssioｎlｉｎes。Ｋｅywords：PSCAD4．２；ＤiｓtanceProtecｔion；GrｏｕnｄＦaulｔ；Siｍulatｉon0引言电力系统保护中，输电线路的保护主要是距离保护,其不受运行方式的影响,继电保护性能得到提高，因而获得广泛的应用[1］。文献[2］中通过对继电器模块的搭建来得到对电力系统的继电保护,但如果保护原理发生变化则相应的继电器模块也会发生变化,保护模块的移植性不强。目前,虽然电力系统的保护已经进入微机自动化时［3］,但距离保护体系并不十分完善，其中接地电阻对距离保护的影响表现突出，文献[4－6］详述了采用自适应的方法来消除接地电阻对距离保护的影响。ＰSCAD4．2是一种电力系统电磁暂态仿真软件，尤其在控制系统、无功补偿系统、高压直流输电以及继电保护系统等领域较为活跃，该软件主要对电力系统时域和频率等变量进行仿真分析,其结果一般以简单易懂的图形界面输出，使得仿真过程清晰、准确而灵活[7－８］。１电力系统距离保护的原理在电力系统继电保护中，距离保护扮演着重要的角色。它满足电力系统的选择性、灵敏性、可靠性以及能够快速切除故障,从而快速恢复电网的正常稳定运行。距离保护是反应于保护安装地点到故障发生处之间的距离(阻抗),以此来根据阻抗的大小而整定动作时间的一种保护装置[９］.为了满足选择性、速动性和灵敏性的要求，现在广泛采用的是三段式距离保护,其网络接线如图1.图1距离保护网络接线图ﻩ第1段距离保护理想情况是线路AB的全长,即，但实际是不可能的，如果BC出口处发生故障，则保护2第1段不应该动作，所以其应该躲过这种情况而整定，于是保护2段的１段整定值为(其中为继电保护中的可靠系数，一般取为0．80。9）同理，对保护1的第1段为:第2段距离保护与限时电流速断相似。当保护1的第1段末端发生故障时，对于保护2的测量阻抗就变为：则保护2的2段动作阻抗为：为了增加距离保护的可靠性,应该加设距离3段保护，可以作为距离1段与2段的后备保护，对距离3段整定值，其启动阻抗要躲开电力系统正常运行时的最小负荷阻抗来确定.距离保护由于保护装置测量阻抗的计算不同,可以分为接地距离保护和相间距离保护［10］。接地距离保护通过测量相电压，同时测量电流为带有零序电流补偿的相电流来进行保护的.其可以保护单相、两相以及三相接地故障，测量阻抗为上式中为零序补偿系数,一般近似认为其为一个实数.对于相间保护测量的是相与相之间的电压和电流，它能够反映相间故障,比如两相故障和三相短路等,其测量阻抗为由于电力系统存在以上的接地和相间距离保护，所以在仿真模块中应加设这两种保护以保证电力系统距离保护的可靠性可稳定性。2距离保护模型的建立2.1电力系统距离保护的主电路模型的建立距离保护模型采用的是两级线路的单端电源输电线路系统，即系统发电、变电、输电、配电以及用户用电。如图2所示。距离保护安装在线路1与变压器之间的断路器B１处以此来作为本线路1的主保护同时也作为下一级线路2的后备保护。当线路1与线路２之间发生接地故障或是相间故障时将电压电流所反应出的测量阻抗与控制系统的整定值比较，从而得出逻辑控制信号来使得Ｂ1动作，做到保护输电线路的目的。图2距离保护的主电路模型以上主电路中主要的元件模型参数如下.三相电源：额定电压为230ｋＶ，频率5０Hz，采用单线视图,其余默认。三相断路器：采用单线视图和高压模式,以便更好的观察断路器对于故障时的动作，其余默认。负荷：每相的有功和无功分别是10０MＷ和25MVａｒ,频率50Hｚ.三相故障源：采用故障内部控制方式，中性点接地，其中可以设置接地故障和相间故障模式.2．2电力系统距离保护的控制电路模型的建立控制系统的作用是对故障发生时,通过对输电系统电压电流的测量并对其进行FFT转化变成各相和各序值，并利用线对地阻抗、相间阻抗以及阻抗圆模块来获得逻辑值,最终来控制断路器的保护动作.利用FFT组件进行快速傅里叶变换，从而来得到基频的幅值和相角以及直流分量.线对地阻抗可以将采集来的电压电流幅值和相角以及序电流进行处理以得到直角坐标形式（即Ｒ和X）的输出阻抗,将其输入到阻抗圆组件中来得到逻辑值,它模拟了接地阻抗继电器，其原理接线如图3所示.同时由于电力系统也存在相间短路故障，比如ＡB两相,ABC三相等等，因此可以利用相间阻抗模块对输入电压电流的幅值和相角进行输电系统的保护，其原理如图4所示.图3线对地阻抗图4相间阻抗测量仿真波形分析３．1接地故障的分析在接地故障中，单相接地影响很大，下面主要对A相接地故障进行分析研究.仿真模型中故障源的故障发生时间受外部组件控制，本系统将其设置成0．２(S）发生故障持续时间也是0。2(S）。电力系统发生Ａ相接地短路之前,电压电流是三相对称的正弦波，且电源提供的有功功率和无功功率基本是保持不变的，负荷所消耗的功率是由电源所供给的。如果不计输电线路和变压器的损耗等，则有功功率和无功功率的波形在故障前分别稳定在100(MW）和25(ＭＶａr）。发生A相接地短路期间,即0.2(S）到0。4（S)。电压和电流发生明显的故障振荡，表现为电压下降以及电流突然急剧增加，但随之由于控制系统给出逻辑“１”电平(故障信号)使得断路器立马动作来保护电力系统,所以电压恢复故障之前的三相对称状态,而电流因为输电线路断开从而趋于0，另一方面，由于输电线路与负荷断开使得电源发出的功率也逐步为0.其仿真波形如图５所示。图５Ａ相接地故障时各电气量变化规律在上述波形中：横坐标单位为(S)，选取时间范围是0(S）到０．5（S);纵坐标各变量单位为Ｖs（kV)、Is（kA)、Pｓ（MW）、Ｑs（MＶaｒ）；三相电压和电流中蓝色表示A相，绿色表示B相，红色表示C相.在控制系统中,最后一个或门所输出的逻辑电平TS和控制断路器的两开关的逻辑状态输出B1如图6所示。在故障未发生之前，断路器是闭合的故而是低电平，同时控制系统的逻辑输出也是低电平，但是故障发生后,由于测量阻抗在阻抗圆内，故而控制系统输出高电平，即B1为１,使得两输入选择器选择A端与常数相连接变为１,这一信号传给断路器,最终使得断路器在短路瞬间保护动作而断开。图6控制触发信号上述两个波形是重合的,其中TＳ表示或门所输出的逻辑电平，B1表示两开关的逻辑状态，在０.２（S）以前输出逻辑“０”，之后为“１"。对三相电压和电流的幅值相角进行仿真分析，由波形可知其幅值开始是平稳的,但是在故障发生后就突然发生很大的波动，故障消失后,由于断路器的保护断开使得电流幅值也趋于0，而电压基本不受影响,使用FＦＴ组件进行快速傅里叶变换来得到三相电压基频的幅值和相角如图7所示,此外图中也给出了控制故障源发生故障的时序控制ｆlt的波形，在０.2（S）发生故障,为高电平，其持续时间也是0。2(S)。图7A相接地故障时电压的幅值和相角变化曲线在上图中,横轴单位为秒（S)，vｍ表示三相电压的幅值(kV)，vｐ表示三相电压的相角（ｒaｄ)，fit的纵轴表示故障的逻辑选通“0”表示关断故障,而“1"表示出现故障，蓝色表示A相,绿色表示Ｂ相，红色表示C相.3．２相间故障的分析将模型中的三相故障源的故障类型设置成AＢ相间短路,其他参数不变。仿真得到如图8所示的电压电流、波形以及功率波形，其变化规律与单相接地大致相同,主要是故障期间波形的不太一样，因为未发生故障时两者的负荷以及输电系统结构没有发生改变,但是故障期间由于短路时等效接地电阻等因素不同而使得短路电流有所不同。图8AＢ短路时各电气量变化规律在上述波形中：横坐标单位为(S)，选取时间范围是0(S）到0．5(S)；纵坐标各变量单位为Vs（ｋV）、Is(kA）、Ｐs（MＷ）、Qｓ(MVaｒ）；三相电压和电流中蓝色表示A相,绿色表示B相，红色表示C相.结语本文利用PSCAD4。2软件搭建了电力系统距离保护的模型,能够正确反映保护范围内的各种相间故障和接地故障，并对模型进行仿真分析，结果表明该软件对电力系统的暂态过程仿真有很好的作用,从而验证了该模型是能够准确反应距离保护的作用机理。进一步表明了ＰSCAＤ4．2对电网的仿真运行分析提供了一种光明前景，使得电力系统的安全稳定运行得到进一步的增强。参考文献[1］李晓明．Ⅲ段距离保护作为后备保护的性能分析[Ｊ］.继电器,2005，3３（1５）:９－12。[2］杨兰，杨廷芳.Matlab／SIMULINＫ在继电保护设计中的应用［J].电气传动自动化,2０06，２8（1):53-55．［3]刘强.基于Mａtlaｂ的微机保护原理教学仿真平台［Ｊ］。电气电子教学学报，２007，29（3)：9５－９８。[4]索南加乐，许庆强．自适应接地距离继电器［Ｊ]．电力系统自动化，２0０5，29(17）：54-５8．[5]李岩，陈德树，尹项根等。新型自适应姆欧继电器的研究[J］．中国电机工程学报，20０3，23（1）:80—8３．[6]沈冰，何奔腾，张武军。新型自适应继电器［J].电力系统自动化，2007,31(7）:39－44．［７］李广凯，李庚银。电力系统仿真软件综述[J］.电气电子教学学报，2005，27(3):６１－65．［８］李学生．PＳCAD建模与仿真［Ｍ］．北京:中国电力出版社,2013.[9]贺家李，李永丽，董新洲等.电力系统继电保护原理[M］。北京：中国电力出版社，２0１0。[10]张保会，尹项根．电力系统继电保护［M］.北京：中国电力出版社，２０05。《电力系统设计》报告题目：基于MATLAB的电力系统仿学院：电子信息与电气工程学院班级:13级电气1班姓名:田震学号：20131090124日期：2015年12月6日基于MATLAB的电力系统仿真摘要：目前,随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来越庞大,超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快,大电网负荷中心的用电容量越来越大,长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人们的生活和工作中担任重要角色,电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题.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,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，从而有效的了解电力系统概况。本文根据电力系统的特点，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了无穷大电源的系统仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。通过仿真结果说明MATLAB电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。关键词：电力系统；三相短路;故障分析；MATLAB仿真目录HYPERLINK\l”_Toc437449423"一．前言 2二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 3HYPERLINK\l”_Toc437449425"1.总电路图的设计 3HYPERLINK\l”_Toc437449426"2.各个元件的参数设定 42。1供电模块的参数设定 4_Toc437449429”2.3输电线路模块的参数设置 5_Toc437449431"2.5三相线路故障模块参数设置 6_Toc437449433"3。仿真结果 7一．前言：电力系统故障分析主要是研究电力系统中由于故障所引起的电磁暂态过程，搞清楚暂态发生的原因、发展过程及后果，从而为防止电力系统故障、减小故障损失提供必要的理论知识.电力系统可能发生的故障类别比较多，一般可分为简单故障和复合故障。简单故障指的是电力系统正常运行时某一处发生短路或断相故障，而复合故障则是指两个或两个以上简单故障组合。在这些故障中,三相短路故障是电力系统中危害最严重的故障.本次通过对无穷大功率电源供电系统三相短路仿真,来简要的介绍下MATLAB在电力系统故障分析中的应用。短路问题是电力技术方面的基本问题之一.在发电厂、变电站以及整个电力系统的设计和运行工作中,都必须事先进行短路计算和仿真,以此作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、在电力系统中合理地配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。为此，掌握短路发生以后的物理过程以及对短路过程的仿真计算方法是非常必要的。二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建1.总电路图的设计设线路参数为L=50Km，,；变压器的额定容量，短路电压，短路损耗,空载损耗，空载电流,变比,高低压绕组均为Y形联接；并设供电点电压为110kV。其对应的Simulink仿真模型如下:图1无穷大功率电源供电系统的Simulink仿真图表1仿真电路中各模块名称及提取路径模块名提取路径无穷大功率电源10000MV/A，110kVSourceSimPowerSystems/EletricalSources三相并联RLC负荷模块5MWSimPowerSystems/Elements串联RLC支路Three-PhaseSeriesRLCBranchSimPowerSystems/Elements双绕组变压器模块Three-PhaseTransformerSimPowerSystems/Elements三相故障模块Three-PhaseFaultSimPowerSystems/Elements三相电压电流测量模块Three—PhaseFaultSimPowerSystems/Measurements示波器模块ScopeSimulink/Sinks电力系统图形用户截面PowerguiSimPowerSystems2。各个元件的参数设定2。1供电模块的参数设定图2供图2供电模块的参数设置2。2变压器模块的参数设置变压器T采用标幺值，则在Simulink的三相变压器模型中，一次、二次绕组漏感和电阻的标幺值以额定功率和一次、二次侧各自的额定线电压为基准值,励磁电阻和励磁电感以额定功率和一次侧额定线电压为基准值。则一次侧的基准值为二次侧的基准值为因此,一次绕组漏感和电阻的标幺值为同理，，，，，则变压器模块的参数设置如下图3所示：图3采用标幺值时变压器模块的参数设置2.3输电线路模块的参数设置输电线路L采用“Three—PhaseSeriesRLCBranch"模型。根据给定的参数计算可得:，输电线路模块的参数设置如下图4所示:图4输电线路模块的参数设置2。4三相电压电流测量模块三相电压电流测量模块“Three-PhaseV-1Measurement”将在变压器低压侧测量到的电压、电流信号转变成Simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，其参数设置如下图5所示。图5三相电压电流测量模块2。5三相线路故障模块参数设置仿真时,故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块“Three—PhaseFault”来设置，如图6所示.该模块参数区域中的主要选项说明如下：1）PhaseAFault、PhaseBFault和PhaseCFault用来选择短路故障相。2)Faultresistaances用来设置短路点的电阻,此值不能为零。3）GroundFault选项用来选择短路故障是否为短路接地故障。4）Groundresistances当故障类型是短路接地故障时显示该项，用来设置接地故障时的大地电阻。5）Externalcontroloffaulttiming可以添加控制信号来控制该模块故障的启动和停止.6）Transitionstatus和Transitiontimes用来设置转换状态和转换时间；其中，Transitionstatus表示故障开关的状态,通常用“1"表示闭合，“0”表示断开;Transitiontimes表示故障开关的动作时间；并且每个选项都有两个数值，而且它们是一一对应的.7)Snubbersresistance和snubbersCapacitance用来设置并联缓冲电路中的过渡电阻和过渡电容.8)Measurements用来选择测量量。6图6三相线路故障模块参数设置2。6三相并联RLC负荷模块参数设置图7三相并联RLC负荷模块参数设置3.仿真结果图中，黄色线电流数据，代表了“A"相闭合，“B、C”相断开；蓝色线电流数据，代表了“B"相闭合，“A、C”相断开；紫丝线电流数据,代表了“C”相闭合，“A、B”相断开。基于H∞控制理论的电力系统稳定器蔡超豪,王奇１引言ﻫ电力系统稳定器（PSS）作为一种附加的励磁控制装置对电力系统稳定性的改善具有重要作用。但由于它是在系统某典型运行点将电力系统模型线性化而设计的，当运行点发生变化时,PSＳ对振荡的抑制作用会有所减弱，必须仔细选择其参数才能使其具有较好的适应性。H∞控制理论是当代控制理论中一个引人注目的分支,它以某一闭环传递函数的Ｈ∞范数作为性能指标谋求最优控制,H∞控制理论可以解决具有建模误差、参数不确定和干扰频谱不固定系统的控制问题。将其应用于电力系统稳定器设计，可以将系统的非线性作为不确定因素计入设计方案，因而设计出的稳定器具有很好的鲁棒性。本文研究了H∞设计中权函数的选择方法,应用Matlab工具箱进行电力系统稳定器的设计。实例仿真表明,基于Ｈ∞控制理论的电力系统稳定器,配合PID电压调节器使用，具有良好的动态品质和调节精度，并能在较大的运行范围内抑制振荡，提高电力系统的动态稳定性。为了方便起见本文将常规的电力系统稳定器简称为CPＳS,而将按H∞控制理论设计的稳定器简称为HPSS。ﻫ2混合灵敏度问题

许多控制问题均可统一于标准H∞控制问题.在实际控制系统中,经常是干扰和受控对象的不确定性同时存在。同时抑制干扰和受控对象的不确定性称为H∞控制的混合灵敏度问题。以图1的反馈控制系统为例，G（s）为被控对象的传递函数,K（ｓ）为控制器，y为系统输出信号，u为控制输入，ｖ为对象输出,r为参考输入,e为控制误差,d为加权后的干扰输入。W1(s）、W２（s）、W３(s)、V（ｓ）为加权函数，w是加权前的干扰信号，ｚ1、z2、z3为加权后的输出.如果不考虑加权函数,干扰w到输出z１、z２、z3的闭环传递函数绝对值分别称为灵敏度函数S、输入灵敏度函数R和互补灵敏度函数T:

S=(I＋GK）—１

Ｒ＝Ｋ（I＋ＧＫ)－1＝KSＴ=GＫ（I＋GK）—1＝I－S

∥S∥∞是闭环系统对干扰抑制能力的度量，∥R∥∞是对加性摄动（中低频模型参数摄动）G+ΔG中允许摄动ΔG幅度大小的度量，而∥T∥∞是对乘性摄动(高频未建模不确定性）（I+Δ)G中允许摄动Δ幅度大小的度量.ﻫ干扰w到输出z1、z2、z3的传递函数阵为:混合灵敏度优化问题就是寻求真实有理函数控制器K，使得闭环系统稳定,且满足性能指标这样混合灵敏度问题就转化为一个标准H∞控制问题。由图1也可得出:ﻫ式中P称为增广被控对象。增广被控对象也可用状态方程来表示：求解H∞控制问题经常采用增广对象的状态空间表达式来进行。所以先在频率域内选择加权函数W1、W2、W3、Ｖ，使之满足闭环系统设计的多目标要求，然后转化成状态空间表达式,在时域内进行优化设计。Ｍatlａb鲁棒控制工具箱中提供了专门的函数来构造增广对象的状态空间表达式。由增广对象求控制器K，需要解２个黎卡提方程,Matlaｂ工具箱中也设置了专门的函数来求解。ﻫ３加权函数选择ﻫ３.１加权函数V（s)

V(ｓ)用来配置闭环控制系统的极点。如果控制对象的开环系统具有弱阻尼极点(离虚轴很近）的话，在构成控制器以后这些极点将作为闭环系统极点出现,使设计的控制系统不能取得满意的效果。为此采用部分极点配置技术，选择加权函数V=M／E，用Ｅ抵消控制对象的弱阻尼极点，用M来重新安排开环系统极点的位置,增大极点的实部,使阻尼比达0．3以上。

3．2加权函数W1(s）

W１（s）是灵敏度函数S的加权函数。由于干扰通常发生在低频范围，为了抑制干扰，期望Ｓ在低频段的增益尽量小,所以低频段的加权值应尽量大，故选W1(s)为具有低通性质的真实有理函数,即W1（s)反映了干扰的频谱特性.如低频干扰的频率宽度为ω1，取W1(s)的转折角频率ω′１≥ω1,若不能满足，则可将W1(s)取为二阶函数。

3．3加权函数W3(s）ﻫW3（ｓ）是互补灵敏度函数T的加权函数，为乘性摄动的范数上界，并且有S+T＝Ｉ。对于给定的频率ω,如果要求S的增益很小，那么T将近似为I，由性能指标看出Ｗ3必须很小,从而降低了系统的鲁棒稳定性。相反地，如果要求系统具有较强的鲁棒稳定