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

2、大型软件 , 它是以矩阵运算为基础, 把计算、可视化、程序设计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,

3、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 ower System Blockset来完成 , P ower System Block 是由 TE

4、 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 imulink 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 imulink 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

5、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 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 系统仿真下面就用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

6、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 U ref =(k i (I I ref 1i 表示 , 其中 U ref , I ref 代表参考电压和电流 , k i 与 i为各个区域的系数 (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, 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期人民长江V ol. 37,N o. 112006 年 11 月Y angtzeRiver 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

7、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数。模型见图 1。图 1系统模型3. 1MAT 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。 , 0. 011, 电km感为 0. 8674mH km , 13. 41km两段,线路分别长 100km 。(4 串联电容器。电容为101.

8、4 。F (5 并联电抗器。每相容量为110M VA 。(6负荷。负荷容量为2000MW 。(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 , 1=柱数为30 柱 , 每柱的参考电流为50, k 2=1, 2=25, k 3=0. 9915,。 3=16. 5(8 保护电抗器的避雷器。保护电压500A , 伏安特性为第一段k 1=0. 955,1081kV , 柱数为 1=50, k 2=1,2 柱 , 每柱的参考电流为 2=25, k 3=0. 9915,。 3=16. 5(9 断路器。断路器1 初始是闭合的 , 在 0. 1s 时断开 ,

9、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

10、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 4。图 2线路短路电流变化图 3电容器两侧电压以及避雷器1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、国家自然科学基金会和国家科