MATLAB与电力系统仿真PPT课件

.1，5MATLAB和电力系统模拟，5.1电力系统的数学模型电力系统通常由发电机、变压器、电力线路和电力负荷组成。电力系统的数学模型通常由电力系统组件的数学模型组合构成。MATLAB为电力系统建模提供了简明的工具，通过绘制电力系统的图表，可以自动生成数学模型。电路图模型的主要特点是人机界面良好，易于简单操作，减少了使用程序建立电力系统模型的重复步骤。以这种方式构造的数学模型比控制系统的微分方程模型、状态方程模型、传递函数模型具有直观实用的优点。此外，在构建电路模型后，MATLAB软件将power2sys函数作为短路模型的结构分析函数提供，并可以使用power2sys函数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。2，5.1.1电源系统库1。启动和关闭电源系统库有几种启动电源系统库的方法，以下是两种最简单的方法：(1)从命令窗口(CommandWindows)开始：在命令窗口中输入powerlib，然后单击回车，MATLAB软件将启动“电源系统组件”对话框(powerlib)(2)进入启动导航区：开始选择电源系统模拟命令(SimPowerSystem)，然后从弹出对话框中选择电源系统库命令即可。3，4，2。电源系统库简介“电源系统库”对话框包含10类库组件。电源元件(ElectricalSources)、线元件(Elements)、电源电子元件(PowerElectronics)、马达元件(Machines)、连接器元件1)电源组件电源库包括直流电压源组件(DCVoltageSource)、交流电压源组件(ACVoltageSource)、交流电流源组件(ACCurrentSource)和控制电压源组件(CCurrentSource)受控电流源元素(ControlledCurrentSource)、三相电源组件(三相源)、三相可编程电压源元素(三相programmablevoltagsource)。5、(1)直流电压源组件(DCVoltageSource)直流电压源组件可用于在电源系统中实现一个直流电压源(例如工作电源)。MATLAB软件提供的直流电源是理想的直流电压源。(2)使用交流电压源组件(ACVoltageSource)交流电压源，可以实现理想的单相正弦交流电压。(3)交流电流源元素MATLAB软件提供的交流电流源是理想的电流源(4)受控电压源元素MATLAB软件提供的受控电压源可以是交流激励源，也可以是直流激励源(5)受控电流源组件(controlledcurrentsource)，6，(6)三相电源组件(三相源)三相电源组件是电力系统设计中最常见的电路组件和最重要的组件，其运行特性对电力系统的运行状态起着决定性的作用。三相电源提供带有串行RL分支的三相电源。(7)三相可编程电压源组件(三相programmablevoltagsource)三相可编程电压源是振幅、相位、频率和谐波随时间变化、应用非常灵活的三相电压源。主要作用是为振幅、相位、频率、基频分量的实时变性编程提供三相电压源。此外，还可以提供在基准频率信号上工作的两个谐波分量。，7，2)线路组件线路库包括四类：分支组件(Elements)、输电线路组件(Lines)、断路器组件(CircuitBreakers)和变压器组件(Transformers)(1)分支组件(Elements)分支组件用于实现各种串行和并行分支或负载组件，12个组件(2)输电线路组件(Lines)通常使用各种类型的等效电路简化分析，以便在电力系统设计和分析中进行分析。输电线路元件是组成各种电路的等效电路，包括切断高压电力线、可靠地连接或切断负载电路和故障电路的电力系统中的3个元件。8、(3)断路器元件(CircuitBreakers)。断路器元件用于在各种电路中实施高压断路器。在断路器元件中包含的三个元件(4)变压器元件(Transformers)电源系统中，电源变压器是用于传输能源和变更电压等级的最重要电气设备。变压器有很多种类型，变压器元件就是用来设计各种类型的变压器的。变压器元件包含6个元件。3)电气系统库中包含电气电子元件、电动机元件、连接器元件、电路测量设备和其他元件(exchanged components)以下是如何使用这些电气构件的简单示例：示例1:交流电压源的叠加设计的交流电路如图5-20所示，该图中交流电压源的振幅、频率、相位都不同，模拟结果允许直接分析各自电压源的输出以及它们的叠加结果。这种分析方法简单直接。图5-20交流电压源的嵌套电路图设计步骤(1)从电源库中选择并复制交流电压源组件，然后将其粘贴到电路图中。步骤1:将电压源组件的名称更改为步骤U1。双击步骤2:交流电压源组件，然后将交流电压源组件的参数设置如下：图5-20交流电压源嵌套电路图。10，峰值振幅：100初始相位：30频率：60采样时间：0测量选项：电气测量峰值振幅：75初始相位：60频率：50采样时间：0测量选项(Measurements)，11，(2)线路库选择系列RLC分支系列RLC分支组件的参数为电阻200电感100e-3电容150 e-e(4)在仿真库(SimulinkLiberary)中，选择示波器，然后复制示波器，将其重命名为1。(5)在连接库(Connectors)中选择接地及其符号，以便正确放置。布线此电路图将完成绘制电路。如果接线时提示颜色为红色，则接线时发生错误。，12，设定模拟参数电路图选单选项中的模拟(Simulation)选单，然后启动模拟参数(SimulationParameters)指令，会弹出模拟参数对话方块。开始时间：0停止时间：0.4求解器“类型”(Type)选项：可变步长，Ode45(Domand-Price)“最大步长”(Maxstepsize)选项：自动，13，合理设置模拟结果和分析示波器参数后，激活“模拟”按钮以获得如图所示的模拟结果。示波器1输出的电压波形是交流电压源U1和U2的叠加，横轴是时间轴，纵轴是电压大小。如仿真结果所示，交流电路中多个交流电压源协同工作的结果与一个非线性电压源相同。图例1模拟结果，14，5.1.2电力系统电路图模型结构分析使用电力系统工具箱建立电路图模型，操作简单，熟悉电路组件的人可以轻松掌握如何建立电力系统的数学模型，从而避免了使用程序建模的复杂步骤。根据上节的建模方法，可以很容易地建立电气系统的图表模型。给出了在MATLAB软件中分析电路图的方法。这就是power2sys函数。利用该函数，可以更全面地分析电路图的结构特征、状态方程等。Power2sys函数的表达式如下：PSB=用于显示power2sys(sys，structure)电路图的结构PSB=用于显示power2sys (sys ， sort )电路图的元件和分支的资讯psb=power2sys，15，5.1.3Park转换同步电动机实质上是电力系统的重要组成部分，由定子和转子两部分组成。研究同步机的数学模型时，我们都假定定子三相绕组的结构完全相同，空间位置彼此相差120度，转子磁芯和绕组相对于极轴和极轴完全对称。一般来说，在推导同步器的数学模型时应用的是用ABC坐标系统表示的电压和磁通方程。Abc 3轴是定子三相绕组的中心轴。定子三相绕组的电流分别为，16，使用这个坐标系生成同步器的电压和磁通方程的时候很容易理解，但是这个方程是用具有可变系数的微分方程建立的，这个方程很难解。为了克服这个困难，最简单有效的方法是用一组新的变量代替定子ABC三相绕组的磁通和电压方程，使方程解得更容易。变量变换也称为坐标变换，最常用的坐标变换是Park变换。转换后的电流为、17，(1)将abc坐标系转换为dq0坐标系的转换公式为：在MATLAB中，可以使用ABC坐标系转换为dq0坐标系(abc_to_dq0Transformation)构件。Abc_to_dq0Transformation位于power system库(PowerLib)中“附加元件”(Extras)下的“测量元件”(Measurements)下。18，19，(2)将dq0坐标系转换为ABC坐标系的转换公式为：MATLAB可以使用dq0坐标系将这些转换到ABC坐标系(dq0_to_abcTransformation)软件中。此元件也位于电源系统库(PowerLib)的附加组件(Extras)下的测量组件(Measurements)中。20，21，5.2电力系统时域分析5.2.1电力系统不对称运行分析-对称分量法电力系统正常运行时可视为三相对称。也就是说，组件三相阻抗相同，每个三相电压和电流对称，有正弦波形和正常相位顺序。电力系统发生不对称短路或在每个位置发生一相或两相分离时，对称操作方式受损，三相电压和电流不对称，波形失真程度变化。也就是说，不仅包括基本波，还包括一系列谐波分量。一般来说，电力系统分析种对不对称故障使用简单的对称分量法进行分析。对称分量法意味着任意非对称三相量可以分解为三组不同的对称分量：正序、负序、零序分量。它们之间的数学关系是，22，如果您知道正、负、0序列组件，则可以在MATLAB软件的电力系统库中使用三相序列组件分析(3-phase sequence analyzer)组件，如下所述。此元件是电力系统库的另一个(Extras)库中的测量(Measurements)库，位于，23中，参数对话框具有三个选