MATLAB与电力系统仿真ppt课件

电力系统数学模型电力系统通常由发电机、变压器、电力线和电力负载组成。电力系统的数学模型一般由电力系统元件的数学模型组合而成。MATLAB为电力系统建模提供了一个简洁的工具。通过绘制电力系统电路图，可以自动生成数学模型。电路图模型的主要特点是具有良好的人机界面，操作简单方便，省去了用程序建立电力系统模型的重复步骤。与控制系统中的微分方程模型、状态方程模型和传递函数模型相比，用这种方法建立的数学模型具有更直观和实用的优点。另外，在建立电路图模型后，在MATLAB软件中提供power2sys函数作为短路模型的结构分析函数。power2sys函数可用于将电力系统的电路图模型转换为状态方程模型和传递函数模型。有几种方法可以启动和退出电源系统组件库。以下是两种最简单的方法。(1)从命令窗口开始：在命令窗口中输入电源并点击输入，然后在MATLAB软件中弹出电源库对话框。(2)从开始导航区开始：点击开始按钮，选择Simulink命令。然后选择电源系统模拟命令(SimPowerSystem)，并在弹出对话框中选择电源系统组件库命令。选择，3，选择，4，2。电力系统元件库简介电力系统元件库对话框中包含10个类库元件。它们是电源、线路元件、电力电子、机器、连接器、电路测量、附加、演示、电力图形用户界面和电力系统组件库模型。1)电源组件库包括7种类型的组件，即：直流电压源、交流电压源、电流源和受控电压源。受控电流源、三相电源和三相可编程电压源。(1)直流电压源DC电压源元件可用于实现电力系统中的DC电压源，如工作电源等。MATLAB软件提供的DC电源是一种理想的DC电压源。(2)交流电压源可以实现理想的单相正弦交流电压。(3)MATLAB软件提供的电流源是理想的电流源(4)MATLAB软件提供的控制电压源是由励磁信号源控制的，可以是交流励磁源或DC励磁源。(5)可控电流源，选择，6，(6)三相源三相源是电力系统设计中最常见的电路元件，也是最重要的元件。它的运行特性对电力系统的运行状态起着决定性的作用。三相电源元件提供具有串联RL支路的三相电源。(7)三相可编程电压源(三相可编程电压源)是可编程的三相电压源。它的幅值、相位、频率和谐波可以随时间变化，应用非常灵活。它的主要功能是为实时变量编程提供一个具有幅值、相位、频率和基频分量的三相电压源。此外，可以提供两个谐波分量来作用于基频信号。线路元件库包括各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。线路组件有4种类型，即支路组件、输电和配电线路组件、断路器和变压器。(1)支路元件用于实现各种串并联支路或负载元件，包括12个元件(2)输电和配电线路元件(线路)。在电力系统设计和分析中，输电线路和配电线路通常用各种类型的等效电路进行简化，以便于简化分析。输配电线路元件的功能是形成各种线路的等效电路。在输配电线路元件中，有三种元件，选定的，8，(3)断路器。在电力系统中，断路器的功能是接通和断开高压电力线，并可靠地接通或断开有载电路和故障电路。断路器部件用于在各种电路中实现高压断路器。在电力系统中，电力变压器是最重要的电气设备。它的功能是传输能量和改变电压水平。变压器有多种类型，变压器组件用于设计和实现各种类型的变压器。变压器组件包括6种类型的组件3)其他组件电力系统组件库中还有其他组件：电力电子设备、机器、连接器、电路测量和附加组件。这些组件都有特定的功能。选择，9，3。以下是一些简单的例子来说明如何使用这些电子元件。例1:交流电压源叠加设计的交流电路如图5-20所示。在该电路图中，交流电压源的幅度、频率和相位是不同的。通过仿真结果可以直接分析各个电压源的输出及其叠加结果。这种分析方法简单直接。图5-20交流电压源叠加电路图设计步骤(1)从电源组件库中选择交流电压源组件，复制粘贴到电路图中。步骤1:重命名电压源元件U1步骤2:双击交流电压源元件并设置交流电压源元件的参数，如下所示：图5-20交流电压源叠加电路图，选择，10，峰值功率：100初始相位):30频率):60采样时间：0测量：选择不测量电量步骤1:复制交流电压源元件并将其重命名U2步骤2:双击交流电压源元件。交流电压源元件的参数设置如下：峰值功率：75初始相位：60频率：50采样时间：0测量：选择不测量电量，选择，11，(2)从电路元件库中选择串联RLC支路，将串联RLC支路元件的参数设置如下：电阻：200电感l 100e-3电容c 150e-6测量：选择不测量电量(3)从电路测量仪器中选择电压表元件，复制粘贴到电路图中。(4)在SimulinkLiberary中选择一个示波器，复制该示波器并将其名称更改为1。(5)从连接器中选择接地和相应部件，以便合理放置。布线电路图可以完成电路图的绘制。接线时，如果提示颜色为红色，则接线有错误。在电路图的菜单选项中设置仿真参数，选择仿真菜单并激活仿真参数命令，弹出仿真参数对话框。根据相应的选项设置：开始时间：0停止时间):0.4求解器类型选项：可变步长。Ode45(域-价格)最大步长选项：自动最小步长选项：自动初始步长选项：自动相对公差选项：1e-3绝对公差选项：1e-6，选择，13。仿真结果和分析合理设置示波器参数后，激活仿真按钮，得到如图所示的仿真结果。示波器1输出的电压波形是交流电压源U1和U2的叠加，横轴为时间轴，纵轴为电压幅度。从仿真结果可以看出，在交流电路中，多个交流电压源共同作用的结果相当于一个非线性电压源。图1模拟结果，选择，14，5.1.2电力系统电路图模型的结构分析电力系统工具箱用于建立电路图模型。操作很简单。熟悉电路元件的人可以很容易地掌握建立电力系统数学模型的方法，避免了使用程序建模的复杂步骤。根据上一节所述的建模方法，可以容易地建立电力系统的电路图模型。在MATLAB软件中，提供了一种分析电路图的方法，即power2sys函数。该函数可用于分析电路图的结构特征和状态方程。电源2sys函数表示如下：PSB=电源2sys(sys，结构)用于显示电路图的结构PSB=电源2 SYS(“SYS”，“SORT”)用于显示电路图中元件和分支的信息PSB=电源2 SYS(“SYS”，“SS”)将电路图模型转换为状态方程A，B，C，D，x0，状态，输入，输出，USS，XSS，YSS，FREQYSS，HLIN=PSB=电源2SYS (SYS)用于显示电源系统模型的结构信息psb=power2sys(sys，net)用于显示电力系统的网络结构。15、5 . 1 . 3变压同步电动机是电力系统中的重要部件，它主要由定子和转子两部分组成。在研究同步电机的数学模型时，我们都假设定子三相绕组的结构完全相同，空间位置相差120度，转子铁芯和绕组完全对称于极中心轴和极间轴。在同步电机数学模型的推导中，一般采用abc坐标系表示的电压和磁链方程。Abc三轴是定子三相绕组的中心轴。定子三相绕组中的电流分别表示如下：选择、16。用这个坐标系建立同步电机的电压和磁链方程很容易理解，但所建立的方程是变系数微分方程，求解非常困难。为了克服这一困难，最简单、最有效的方法是用一组新的变量代替定子abc三相绕组的磁链和电压方程，使方程更容易求解。变量变换也称为坐标变换。最常用的坐标变换是公园变换。转换后的电流表达式如下：选择、17、(1)abc坐标系到dq0坐标系的转换公式如下：在MATLAB中，这种转换可以用ABC坐标系到dq0坐标系(abc_to_dq0Transformation)元素来实现。Abc _ to _转换信息在PowerLib上“附加”下的“测量”中。dq0坐标系到abc坐标系的转换公式如下：在MATLAB中，这种转换可以用dq0坐标系到abc坐标系(dq0_to_abcTransformation)软件来实现。此组件也在PowerLib的“附加”下的“测量”中。电力系统时域分析5.2.1电力系统不对称运行分析对称分量法正常运行时，电力系统可视为三相对称，即各分量的三相阻抗相同，各处三相电压和电流对称，具有正弦波形和正相序。当电力系统发生不对称短路或某处一、两相断开时，对称运行模式将被破坏，三相电压和电流将不对称，波形将发生不同程度的畸变，即除基波外，还包含一系列谐波分量。在电力系统分析范畴中，一般采用简单对称分量法来分析不对称故障。对称分量法是指任何不对称三相相量可以分解成三组具有不同相序的对称分量：正序、负序和零序分量。它们之间的数学关系如下：选择，22，当正序、负序和零序分量已知时，MATLAB软件中的电力系统元件库提供三相序分量分析(三相序分量分析)分量，如下