malab在电力系统仿真中的应用

malab在电力系统仿真中的应用

0matlab的作用机制电力系统是一个复杂的动态系统。另一方面，需要确保必要的电量质量和数量。另一方面，它处于不断干扰的过程中。干扰发生的时间、地点、类型和严重程度是随机的。如果干扰发生在系统的动态过程中，如果出现稳定性问题，系统可能会立即发生，造成巨大的经济损失和社会影响。对于某一特定的稳定运行状态,以及对于某一特定的扰动,如果在扰动后系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态,则对此初始状态及对此扰动而言,是暂态稳定的。电力系统暂态稳定分析的主要目的是检查系统在大扰动下(如故障、切机、切负荷、重合闸操作等情况),各发电机组间能否保持同步运行,如果能保持同步运行,并具有可以接受的电压和频率水平,则称此电力系统在这一大扰动下是暂态稳定的。在电力系统规划、设计、运行等工作中都要进行大量的暂态稳定分析。通过暂态稳定分析,还可以研究和考察各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能,因此通过时域仿真来验证所求结果是否正确,即电力系统在某一状态时是否是稳定的具有重要意义。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,在此环境中可以实现工程计算、算法研究、建模和仿真、应用程序开发等。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,简称PSB)来完成,PSB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。Simpowersystems其中包括了电路仿真所需的各种元件模型,如图1所示。包括有电源模块、基础电路模块、电力电子模块、电机模块、连线器模块、检测模块以及附加功率模块等7种模块库。每个模块库中包含各种基本元件模型,如电源模块中有直流电压、电流源,交流电压源、电流源,受控电压源、电流源等五种电源模型。电力电子模块库包含了理想开关元件、晶闸管、功率场效应管、可关断晶闸管等多种功率开关元件模型;电机模块库中包含了各种电机模型,如异步电动机、同步电动机、永磁同步电动机等。只需将模块中的元件拖到Simulink窗口中,通过参数设置,对话框设置参数就可以实现电路和电力系统的仿真。1模拟模型的介绍1.1发电机转子耦合励磁系统发电机转子等值电路如图2所示。Matlab中未简化的同步发电机电气部分采用五阶模型,d轴考虑2个绕组,q轴考虑3个绕组,其电压方程组如下:式中,U为各绕组端电压;I为各绕组电流;Rs为定子每相绕组电阻;Rkd,Rkq为转子绕组电阻;准为各绕组的总磁链;P为微分算子;ωR为转子角速度。磁链方程组如下:式中,Ld,Lq分别为纵轴和横轴同步电感;Lfd为2个纵轴绕组之间的互感系数;Lmd和Lmq分别表示发电机转子横轴和纵轴的电感;Lkd和Lkq分别表示发电机转子横轴和纵轴的漏感。其机械系统的方程为:式中,Kd为阻尼系数;J为转动惯量;Tm和Te分别表示机械转矩和电磁转矩。励磁系统数学模型为:式中,TA为励磁系统时间常数;kA为励磁系统增益系数;Vref为励磁系统设定电压;Vt为发电机端口电压幅值。1.2pi型段数模拟Matlab中提供的线路模型有PI型及分布参数2种输电线模型,当使用前者模拟长线路时直接输入PI型段数,而后者可以更详细地模拟两相、三相和六相对称线路。此外,还可以用串联RLC和并联RLC代替线路。RLC提供各种型号的变压器,可以根据需要选取。2htg及opcition系统同步电机采用6阶仿真模型,原动力和励磁系统分别采用Simulink中的HTG和ExcitionSystem并采用PSS控制系统。三相短路是电力系统最危险的故障,本例采用三相短故障分析,其他短路故障可在模型中改动短路元件参数来运行。2.1三相短路模型在10s时,发生单相接地短路,10.1s故障切除人三机仿真模型如图3所示。图3的具体封闭图如图4、5、6所示。2.2多进阶段型电路设计,在充发电机,变压器采用默认参数,其他元件参数如图3所示。对仿真参数进行如下设置。Type(求解程序类型)选项:variable-step(可变步长),ode23tb(stiff/TR-BDF2)Maxstepsize(最大步长)选项:1/60其他采用默认值,电路在10s发生三相短路故障,10.1s故障切除。在用powergui模块进行潮流分配计算后。进行系统仿真。2.3线路测量的电压和功率两电机相对转子角度曲线如图7所示。三机角速度与三机机端电压如图8所示。线路B1、B2、B3、B4、B5、B6测量的电压和功率如图9所示。在10s时发生三相短路故障,10.1s故障切除,由图形可以看出,在PSS的控制下,系统相对转子角的摇摆趋于稳定,系统是暂态稳定的。3matlab仿真电力系统的优势通过对整个系统的仿真,可以得到以下结论:1)Matlab7.0中的PSB是一种专门应用于电力系统动态仿真的工具箱,其中的电力系统的元件模型相当丰富,用户还可以利用Matlab本身的一些工具来建立自定义模型。利用Matlab强大的计算功能和编程技术,可以提高仿真计算的灵活性和效率,为仿真电力系统,分析电力系统提供了一种新的手段。2)当改变元器件本身的参数,如短路故障类型、电机的功率、定子和转子的电阻、电感,负载的功率、变压器的容量等,就能实现对电力系统不同工况下运行过程的仿真分析,便于对不同参数和负载情况进行比较。3)利用Matlab可以方便地进行电力系统潮流计算,稳定分析,新元件的设计及测定,具有界而灵活、开放直观、互动性强等优点。4)由于PowerSystemBlockset简化了开关元件的处理,认为是理想模型,在提高仿真