上海电院Matlab大作业.doc

1、 编写Matlab函数命令M文件，完成下列功能，要求程序语句尽可能简洁：（1） 函数输入参数为正整数n，要求3n10，如果输入的参数不符合3n10，则给出提示。（2） 生成n阶随机矩阵A；（3） 生成n阶矩阵B，B的每个元素是对应位置上A矩阵元素的自然对数；（4） 求矩阵B的所有对角线元素之和m。（5） 返回值为矩阵B和m。（6） 要求：进行上机编程，调试完成后将程序书写在大作业报告中、并加以注释，将调试结果截图打印粘贴在大作业报告中。解：根据题目要求编写一个函数文件，设函数名为heer ， 则函数文件名为heer.m因为题目要求最终的返回值为B和m，故在定义函数时可设置为 function B,m=heer(n)根据要求，矩阵的阶数n是有限定范围（3n10）的，故可采用if语句实现在这个大前提下，矩阵A是系统产生的，且矩阵B在A的基础上进行对数运算，可以直接用赋值语句实现： A=rand(n,n) B=log(A)因为题目还要求矩阵B的所有对角线上的元素和，考虑到对角线上元素为Bi,i, 即元素下标相等，则可以用for 循环语句实现： for i=1:1:n sum=sum+B(i,i); end这样，整个M文件的内容就确定下来，只需在软件中先编写好该文件，再保存，即可在命令窗口直接调用该文件。下面为M文件的截图 如下图所示，设置n=2，则系统显示错误信息如下图所示，设置n=7.，程序运行结果如下2、一个50Hz的简单电力系统如下图所示，试在Simulink中建立仿真模型研究该系统性能。系统建模要求如下：（1） 发电机G采用“Synchronous Machine pu Fundamental”模型，变压器T采用“Three-Phase Transformer (Two Windings)”模型，输电线路L采用“Three-Phase Series RLC Branch”模型，负荷LD1、LD2采用“Three-Phase Parelell RLC Load”模型。（2） 发电机模型参数：采用预设模型，其中学号末位数字为1的同学使用编号为01的模型参数，学号末位数字为2的同学使用编号为02的模型参数，学号末位数字为0的同学使用编号为10的模型参数。（3） 变压器模型采用默认参数，副边电压10kV，但需要注意与发电机模型相匹配参数的设置（原边电压、频率等），变压器容量设置为发电机额定功率的1.2倍；（4） 线路参数的设置原则：忽略电容，X/R=3，线路通过发电机额定功率时首末端压降约为0.05p.u.；（5） 负荷模型采用默认参数，但需要注意与整个系统模型相匹配参数的设置（电压、频率等），负荷LD1容量设置为发电机额定功率的5，LD2容量为发电机额定功率的30%，功率因数0.95。（6） 其他模块（如短路模拟、测量、示波、powergui等）的使用根据研究要求自行确定。性能研究要求：（1） 利用powergui计算该系统的稳态潮流情况；（2） 利用powergui将系统设置为零初始状态，仿真系统达到稳态的过程；（3） 利用powergui将系统设置为稳态，仿真k点发生三相短路、持续0.15秒后切除的系统过渡过程，要求输出短路电流的波形。作业形式要求：（1） 根据题目要求进行理论分析，计算出发电机稳态时转速，短路电流周期分量以及冲击电流的大小。（2） 进行上机建模、仿真，完成后将发电机、变压器、线路、负荷的参数，以及模型图、稳态潮流结果、仿真过程曲线等结果抓图打印粘贴在大作业报告中。仿真结果必须同理论分析结果基本保持一致。（3） 对自己在建模和仿真过程中遇到的关键问题和收获、结论等进行阐述。解：（1）首先进行各元件的参数设置： 发电机参数选定7号发电机，系统默认参数如下发电机出口电压：400 V（线电压） 发电机额定容量：250 KVA 变压器参数由题意，变压器副边电压为10KV （线电压） ，原边电压为400V （线电压）容量为发电机额定功率的1.2倍 线路参数由题意，线路通过发电机额定功率时首末端压降约为0.05p.u.设系统额定电压为，则线路两端实际电压降为=对于该条单相线路来说，通过的功率为发电机额定功率250 KVA，设通过该功率时的电路电流为I 解得 故 负荷参数 负荷load1： ， 额定电压为400V（线电压）（靠近发电机出线）负荷load2：， f=50H因为 ， 额定电压为10KV （线电压）（2）模型搭建如下图所示，（3）模型仿真与理论分析发电机初始化双击Powergui，点击“电机初始化” 进入电机初始化设置窗口，如下图所示，点击“Update”发电机参数即立即改变。如下图所示。利用powergui计算该系统的稳态潮流情况如上图所示，紧接着点击“Compute and Apply”系统开始仿真稳态运行状况，再点击Powergui上的“Steady-State Voltage and Currents”如下为系统的稳态潮流由上图可知，电源端相电压峰值为326.6V，负荷端相电压峰值为7975.41V如下图所示为发电机输出的有功功率，记，与上面发电机窗口测得数据吻合如下图所示为负荷1的功率，如下图所示为负荷2的功率，如下图所示，电压波形与实测数据也正好吻合。如下图所示为稳态时的发电机频率曲线如下图所示为整理好的实际仿真数据 参数位置 相电压峰值（V）有功功率（W）无功功率（Var）发电机出口=326.5986 80858 30749负荷1侧 326.6 11855 3900负荷2侧 7975.41 67980 22350理论潮流计算如上图所示，将变压器折算到高压侧，则励磁支路折算成励磁损耗Sm。如左图所示，为变压器默认参数（标幺值） 等效为以下简化图 故其对应的相电压的幅值为综上，理论计算值得出的各点潮流可统计如下，顺便与仿真值作比较 参数比较发电机出口负荷1侧负荷2侧相电压幅值（V）有功功率（W）无功功率(Var)相电压幅值（V）有功功率（W）无功功率(Var)相电压幅值（V）有功功率（W）无功功率(Var)仿真值326.5988085830749326.61185539007975.416798022350计算值326.680522.25130253.76326.61185539007949.076798022350因此，仿真与理论计算的结果相差不多，其中误差最大的是发电机的无功功率，其中可能的原因在理论计算过程中忽略了线路的对地等值电容的功率。（4） 利用powergui将系统设置为零初始状态，仿真系统达到稳态的过程如右图所示，点击“initial States Setting”进而设置零初始状态如下负荷2侧的电流波形如下，可见电流有一个衰减的过程，直至稳定。如下为发电机出口的有功功率波形，在零状态下运行，发电机会出现一个暂态过程。但其电压基本维持不变。系统电流产生这种情况的原因是由于发电机无自动调频装置，使得发电机和系统的有功在零初始状态至稳态的过程中随着频率的下降而下降，最终平衡；由于系统有功在此过程中逐渐下降并最终稳定，故系统电流曲线也在此过程中逐渐衰减并最终稳定。系统电压产生这种情况的原因是由于设置发电机为平衡节点，发电机机端电压大小、相位保持不变，且系统无功基本平衡，故系统电压曲线基本保持稳定。（5）利用powergui将系统设置为稳态，仿真k点发生三相短路、持续0.15秒后切除的系统过渡过程，要求输出短路电流的波形。首先把系统设置为稳态如下图即为短路电流的输出波形由上图可得出该短路电流的最大冲击电流为理论分析设置统一的基准值，则， ， 所以短路电流周期分量的幅值：冲击电流： 理论分析与实际仿真的短路冲击电流不符，相差较大。因此，要考虑短路短路后周期时的电压降落，如下图所示为发电机端电压短路前后变化由图可知：则用再次理论分析得：短路电流周期分量：冲击电流：与上面理想情况下计算冲击电流相比，这里的冲击电流更接近实际仿真值。但还有稍微差别，这可能在理论计算中采用了近似潮流计算。但总体上反映了线路上三相短路时的电流变化情况。3、作业心得通过本次Matlab仿真作业的实际操作练习，完成了基本的仿真任务，同时也收获了很多知识。在编程过程中，作业要求的主体是编写一个函数命令文件，这里涉及两个基本的编程语句if条件语句和for循环语句，通过嵌套，使整个文件的功能达到题目要求的目的。最后再在命令窗口直接调用该文件即可实现文件语句的测试。在潮流仿真题中，出现了很多问题，因为发电机的功率因数没有给出，因此不能利用来计算，最终选择了利用单纯的单相线路功率损耗的计算公式来计算，后来通过理论计算说明这种方法是适宜的。第二个问题是在稳态潮流的理论计算过程中，变压的励磁回路折算问题，考虑到该变压器是升压变压器，最终的阻抗是要折算到高压侧，而低压侧又有负荷，故综合考虑了一下，我采用了将励磁回路计算成励磁损耗，这样