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(200611-0041-02MATLAB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:MATLAB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。MATLAB的MLAB的POWERSYSTEMBLOCK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MATLAB是由美国Mathworks公司开发的大型软件，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

2、以实现工程计算、算法研究、建模和仿真、应用程序开发等。在MATLAB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,MATLAB提供的软件支持涉及到各个工程领域，并且在不断完善。MATLAB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。MATLAB提供的Simulink工具箱是一个在MATLAB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，与传统的仿真建模相比，更加直观、灵活。Simulink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

3、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。MATLAN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。MATLAB在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块(PowerSystemBlockset来完成，PowerSystemBlock是由TEQSIM公司和魁北克水电站开发的。PSB是在Simulink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，PSB程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的Simulink程序块，通过

4、PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。PSB程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与Simulink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

5、。(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MATLBA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UnUref=(ki(Inirefinai表示，其中Uref,Iref代表参考电压和电流,ki与ai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=cIa,c为阀片电阻的材料系数,a为阀片的非线性系数。参考电压是当避雷第

6、37卷第11期人民长江V ol.37,No.112006年11月Y angtzeRiverNov.,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3.1MATLAB的模型建立(1电源。系统的线电压为735kV，Hz(2电源的等值阻抗,5。(3线路。n,0.oiionkm,电感为0.8674mHnkm,1

7、3.4inkm,两段线路分别长100km。(4串联电容器。电容为101.4卩F。(5并联电抗器。每相容量为110MVA。(6负荷。负荷容量为2000MW。(7保护电容器的避雷器。保护电压185kV,柱数为30柱,每柱的参考电流为500A,伏安特性为第一段k1=0.955,a1=50,k2=1,a2=25,k3=0.9915,a3=16.5。(8保护电抗器的避雷器。保护电压1081kV,柱数为2柱,每柱的参考电流为500A,伏安特性为第一段k1=0.955,a1=50,k2=1,a2=25,k3=0.9915,a3=16.5。(9断路器。断路器1初始是闭合的，在0.1s时断开，断路器2初始是断开

8、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2jM<"3D

9、ilD孑黔亡icMinij目比Hn导ypnir為也M线路短路电流变化图3电容器两侧电压以及避雷器113-JD地口W«y«s<jauf61.MMI£t«!Mf*tbiome1vpX|血uwcscq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,MATLAB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