基于MATLAB的电力系统仿真

基于MATLAB的电力系统仿真

摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人民的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响的人们的日常生活。随着电力系统的飞速发展和电网的日益扩大以及自动化程度的不断提高，电力系统中许多计算和控制问题日益复杂，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况,从而有效了解电力系统概况。

本文根据电力系统的特点，利用MA TLAB的动态仿真软件Simulink搭建了含发电机、变压器、输电线路、无穷大电源等的系统的仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。通过仿真结果说明MA TIAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。

关键词：电力系统；三相短路；故障分析；matlab仿真

Electric Power System Simulation Base on MATLAB

Abstract：Now, with the development of science and techmology and the growing demand for eletrical energy, power systems get increasingly large and long-distance EHV power transmission, large capacity electric generating set, as well as the various new control devices have been widely used. This has important significance to rationally utilizing energy resources, making full use of the existing electric systems’ delivery potential and protecting the environment. On the other hand, with the fast growth of the national economy, city-centered regional power consumption is rising more and more rapidly, power demand in large electric system’laod centers is growing faster and faster, and long-distance and heavy-duty power transmission is more and more popular. Power system play an important part in people’s lives and work, power system and stable operation of a direct impact on the people’s daily life, with the rapid development of power systems and power grids is increasing with days and the degree of automation continuous improvement, many computing and control of the power system increasingly complex issues, it is impossioble to take a direct

This paper base on the characteristics of the power system, using the software MATAB simulink built with generators,transformers,power line,such as the infinite power system simulation model, and has a simulation result of three-phase short-circuit fault which happen in the main power-supply line and the fault automatic tripping isolation by the three-phase fault, and analysis of this transient. The simulation results show MATLAB power system toolbox of the power system is an effective tool.

Key words: Power system ；Three-phase short-circuit ；Fault analysis ；MATLAB simulation

第一章绪论

1.1 我国电力系统情况简介

电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷组成的电能生产、传输和转化的系统。而电力负荷则是该系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率的总称，有时也包括将这些用电设备连接起来的配电网。目前，我国正处于经济快速发展的时期，电力系统也步入了大电网、超高压、大机组、远距离的时代，但由于目前的经济发展速度远远超出了国家的预期，导致近些年来出现全国范围内电力建设落后于国民经济发展水平的局面，电力系统运行在接近电网极限输送能力状态的几率大大增加，从而较大程度上存在着发生电压崩溃事故的威胁。

我国电力系统是随着我国电力工业的发展而逐步形成的。国民经济的迅速发展，我国的电力工业得到相应的增长，逐步形成以大型发电厂和中心城市为核心、以不同电压等级的输电线路为骨架的各大区、省级和地区的电力系统。目前，全国电网已经基本上形成了500 kV和330 kV 的骨干网架。大电网已覆盖全部城市和大部分农村；以三峡为中心的全国联网工程开始启动，我国电网进入了远距离、超高压、跨大地区输电的新阶段。1987 年全国发电装机容量跃上了1 亿kW的台阶；从1978 年起到1999年，我国装机容量平均每年增加近10GW，1997 年年底全国装机容量达到了254GW的水平，年发电量也超过了1100TWh，成功地实现了持续高速增长。自1981年中国的第一条500kV 输电线路投入运行以来，500kV的线路已逐步成为各大电力系统的骨架和跨省跨地区的联络线。

1.2 本课题研究的前景和意义

随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大，在这种情况下，许多大型的电力科研实验很难进行，一是条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的；三是最初的一个新的设计构思、到通过软件进行实际情况的模拟、在应用到具体的工程中，其工作量往往消耗大量的财力物力和人力，其过程中稍有失误都有可能前功尽弃。考虑到以上情况，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具十分重要，目前比较流行的电力系统仿真工具由以下几种：（1）邦纳维尔电力局开发的BPA 程序和EMTP程序；（2）曼尼托巴高压直流输电研究中心开发的PSCAD/EMTDC程序；（3）德国西门子公司研制的电力系统仿真软件NETOMAC；（4）中国电力科学研究院开发的电力系统分析综合程序PSASP；（5）MathWorks公司开发的科学与工程计算软件MTATLAB。本文主要采用MTALTB进行电力系统的仿真，MATLAB是有效的电力系统仿真工具,它提供了简洁的工具，通过电力系统电路图的绘制，MATLAB自动生成数学模型，可以节省建立电力系统数学模型的建立。

1.3 本文的目的及主要内容

目前电力系统实验技术尚未完善，通过运用MATLAB对电力系统进行仿真分析，分析结果证明仿真的有效性，从中得出仿真的方法和意义，从而将这种仿真运用到电力系统的各个方面。

1.3.2本文主要内容

1）首先理论分析电力系统运行中短路的危害和发生短路时电气设备的状况及系统的状况，并建立发电机和变压器的数学模型。

2）运用simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真，对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。

3）建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。

第二章电力系统理论分析

在电力系统的设计和运行中，都必须考虑到可能发生的故障和不正常运行情况，因为它们会破坏电气设备的正常工作和影响对用户的供电。运行经验指出，故障大多是由短路引起的。

电力系统中发生的短路有三相短路、两相短路、一相接地短路和两相接地短路等四种。短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多。在电力系统中，短路电流可达几万到几十万安，对系统产生极大的危害：

1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，使故障元件和短路电路中的其他元件受到损害和破坏。

2）短路时的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。

3）严重的短路影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。

由此可见，短路的后果十分严重，因此对于大容量电力系统发生三相短路的分析是必要的。

2.1同步发电机发生短路的暂态过程分析

同步发电机在电力系统中处于重要的地位。用户与发电厂的距离越来越远，发电机三相突然短路的概率增大。由于同步发电机内部结构复杂，由多个具有电磁耦合关系的绕组构成。同步发电机突然短路的暂态过程所产生的冲击电流可能达到额定电流的十几倍,对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响,因此对同步发电机动态特性的研究历来是电力系统中的重要课题之一。而同步电机的突然三相短路,是电力系统的最严重的故障，它是人们最为关心、研究最多的过渡过程，虽然短路过程所经历的时间是极短的（通常约为0. 1～0. 3 s ），但对电枢短路电流和转子电流的分析计算，却有着非常重要的意义。

2.1.1 同步发电机的数学模型

本文研究的是转极式的凸极同步发电机，除a、b、c 三相定子绕组外还有转子上的一个励磁绕组和两个阻尼绕组。在分析同步发电机的数学模型时，作如下假设：①发电机参数恒定；②磁饱和、磁滞、涡流影响忽略不计；③定子三相对称；④忽略磁场高次谐波；⑤不计涡流和磁滞损耗。发电机六个绕组存在相互的电磁耦合关系。同步发电机的d轴和q轴等值电路图如图2-1所示。

图2-1 同步发电机的d 轴和q 轴等值电路图

根据电路定律，发电机六个绕组可以建立六个回路电压平衡方程，如下：

q R d d s d dt

d i R V ?ω?-+= q R q d s q dt

d i R V ?ω?++= '

'

'

'fd fd fd fd dt

d i R V ?+= ''''kd kd kd kd dt

d i R V ?+= '1'1'1'1kq kq kq kq dt

d i R V ?+= '2'2'2'2kq kq kq kq dt

d i R V ?+= 根据六个绕组之间的磁链耦合关系，得到发电机模型dq0 坐标系中的磁链方程可表述为：

)(''

kd fd md d d d i i L i L ++=?

'kq

mq q q q i L i L +=? )(''

kq d md fd fd fd i i L i L ++=?

)('

'fd d md kd kd kd i i L i L ++=?

q mq mq mq kq i L i L +='1'1'1?

q mq kq kq kq i L i L +='2'2'2?

其中：

d 、q ——表示直轴和交轴分量；

R 、s ——表示转子和定子分量；

l 、m ——表示漏抗和激磁电抗；

f 、k ——励磁绕组分量、阻尼绕组分量；

q d ?? ——表示轴定子绕组、轴定子绕组；

fd ? —— 表示励磁绕组的磁链。

机械部分表达式如下：

())(()t K dt T T

H t d t e m ωω?--=??021

()()0ωωω+?=t t

其中

ω?——相对额定运行点的速度变化；

H ——转动惯量；

m T ——机械转矩；

e T ——电磁转矩；

d K ——阻尼系数；

()t ω——转子机械角；

0ω——额定运行点的速度（标幺值为1）。

2.1.2 同步发电机突然短路理论分析

1. 定子电流的计算

在分析突然三相短路时，可以利用叠加原理，认为不是发生了突然短路，而是在电机的端头上突然加上了与叠加突然短路前的端电压大小相等但方向相反的三相电压。这样考虑时，同步电机的突然三相短路问题就变成了下述两种工作情况的综合问题了，即：①与短路前一样的稳态运行状态；②突然在电机端头上加上与突然短路前的端电压大小相等但方向相反的三相电压。

将电机突然三相短路后的定子电流分为两部分来计算。将它们合并后，即得同步发电机突然三相短路后的实际电流为：

)cos(cos ])11()11[(1"1'1"'"δδ+-+-+-=---t e x U x E U e x x e x x i a d d T d

d T d d T d d d )s i n (s i n )11(1

"1""δδ++-=--t e x U U e x x i a q T q T q q q 其中

q d x x 、——d 、q 轴同步电抗；

δ——同步发电机的功角；

"d T ——纵轴超瞬变电流衰减的时间常数；

a T ——定子非周期电流衰减的时间常数；

U ——同步发电机机端的相电压有效值。

2 转子电流的计算

突然三相短路后,电机转子中的电流,也象计算定子电流一样，可以分成两部分来计算，即：①原来稳态三相对称运行时的转子电流。②突然在电机端头上加上与突然短路前的端电压大小相等但方向相反的三相电压所引起的转子电流。

将电机突然三相短路后的转子电流分为两部分来计算，将它们合并后，即得同步发电机突然三相短路后的实际电流为：

① 当转子上没有阻尼绕组时，则：

)c o s (c o s 1

'1''δδ+-+=--t e x U x x e x U x x R U i a d T d f f d ad T d ffd ad fd fd ②当转子上有阻尼绕组时，则：

δcos ]1)11[('"1

'1'"211211U e x x x e x X x x x X X x x X R U i a a t d ffd ad T d ffd ad d ad ffd d ad ad d fd fd --+---+= )cos(1

"211211δ+--+-t e x U x x X X x x X a T d d ad ffd d ad ad d 阻尼绕组中的实际电流，在短路前，即稳态对称运行时，阻尼绕组的电流为零，因此，突然三相短路后的阻尼绕组的实际电流为：

)cos(cos 1

"2112111"211211"δδ+-----=--t e x U x x X X x x X e x U x X X x x X i a d T d d ad ffd d ad ad d T d ad ffd d ad ad d ld )sin(sin 1

"111''11''δδ++=--t e x U X x e x U X x i a q T q q aq x d q aq lq 其中

aq ad x x 、——d 、q 轴电枢反应电抗；

fd R ——励磁绕组电阻；

f f d X ——励磁绕组电抗；

q d X X 1111、——d 、q 轴阻尼绕组电抗。

2.2变压器短路分析

电力变压器是电力系统的核心设备之一 ，其稳定、可靠运行对电力系统安全起到非常重要的作用。然而，由于设计制造技术、工艺以及运行维护水平的限制 ,变压器的故障还是时有发生 ，尤其是近年来逐步引起人们重视的变压器近区或出口短路故障，大大影响了电力系统的安全稳定运行。统计资料表明，在变压器损坏的原因中 ，70%以上是由于变压器发生了出口短路的大电流冲击导致低压绕组变形造成的。因此，采取

切实有效措施提高低压绕组强度，对确保变压器的安全稳定运行有重要的意义。

电力变压器在发生出口短路时的电动力和机械力的作用下，绕组的尺寸或形状发生不可逆的变化，产生绕组变形。绕组变形包括轴向和径向尺寸的变化，器身位移，绕组扭曲、匝间短路等，是电力系统安全运行的一大隐患。变压器绕组经受短路故障后，有的虽未立即发生损坏，但对变压器造成的潜在危害值得引起重视：

1)绕组机械性能发生变化。由于短路的累积效应作用，当再次遭受短路电流冲击时，将可能使绕组承受不住巨大电动力的作用而失稳。

2)绝缘强度下降。一旦遭受过电压，有可能发生绕组短路，致使变压器绝缘被击穿；或在正常运行工况下，因局部放电的持续作用，使已有的绝缘损伤逐渐加重，从而导致变压器绝缘被击穿。

3) 累积效应。运行经验表明，运行变压器一旦发生绕组变形，将导致累积效应，出现恶性循环。

从计算分析和生产实践可知，一至二次电流峰值的冲击就导致变压器损坏事故的几率是很小的，但遭受过短路电流冲击的变压器已经存在一定的安全隐患。对绕组已产生变形但仍在运行的变压器而言，虽然并不一定会立即发生绝缘击穿事故，但当再遭受也许并不大的过电流或过电压，甚至在正常运行的电磁动作用下，也可能导致变压器绝缘击穿。影响系统的稳定运行。

2.2.1 变压器数学模型建立

电力系统中的变压器通常是三相的，而三相变压器的磁路结构型式、绕组接线方式（主要包括Y 型和 D 型）、中点接地与否等多种因素对励磁涌流、每相输出电流有着较大影响。首先描述单相双组变压器数学模型，然后根据绕组接线方式推导出三相之的连接关系方程，建立三相变压器数学模型。

1. 单相变压器的数学模型

1） 磁链方程

假定单相变压器一、二次绕组匝数分别为和，考虑绕组漏磁通，一、二次绕组的磁通表示为：

m l Φ+Φ=Φ11

m l Φ+Φ=Φ22

式中 m Φ——主磁通；

21l l ΦΦ、——分别是一、二次绕组的漏磁通。

由磁链定义，一次绕组的磁链为：

)(12111111Φ+ΦN =ΦN =λ

式中： 1l Φ——漏磁通，由一次绕组的磁动势11I N 建立；

P ——漏磁通路径磁导率；

m P ——互磁通路径磁导率。

方程（3）的右端另作表示：

])([221111111m l P I N +I N +P I N N =λ

22121121

)(I P N N +P N +P N =m m l 类似地，二次绕组磁链为：

)(1222m Φ+ΦN =λ

1212222

2)(I P N N +P N +P N =m m l

则一、二次绕组关于绕组感应的表达式为：

[][][]1

21222112112I I =L L L L λλ

式中： 2211L L ——分别一、二次绕组自感；

2112L L ——分别为一、二次绕组互感。其中

1121112111m l m L L L +=P N +P N =

2222122

222m l m L L L +=P N +P N =

m L L P N N ==212112

2） 电压方程

用11m l L L +替换11L ，用1212/N I N m L 替换212I L ，一次绕组感应电压可以写为：

dt

d L dt d L dt d

e m l ])/([212111111I N N +I +I ==λ )('

21111I +I +I =dt

d L dt d L m l 式中： '

2I 为二次侧电流折合到一次侧的折算值。绕组端电压为感应电压和阻抗压

降之和，对于一次绕组，即

)('

211111111111I +I +I +I =+I =dt

d L dt d L r

e r u m 类似地，二次绕组端电压可以写为：

'2222

1221221'2))((e r u u +N N I N N =N N = )('

21'

2'12

'

2'2I +I +I +I =dt d L dt d L r ml 3） 连接关系方程

变压器等效电路如图2-2所示，一次侧三相绕组相电压可直接由输入交流电压计算

得到：

?????-=-=-=000000A C CA

C B BC B A AB u u u u u u u u u

式中： 000C B A u u u ——每相输入交流电压。

图2-2 变压器等效电路图

二次绕组中点接地，接地点为G ，二次侧三相绕组线电压为：

?????-=-=-=nG cG cn

nG bG bn nG aG an u u u u u u u u u

式中： nG u ——中点对地电压，n c b a nG R i i i u )(++=；

n R ——接地阻抗；

aG u 、bG u 、cG u ——分别为每相对地电压。

其中，一次侧三相绕组线电流：

?????-=-=-=BC

CA C AB BC B CA AB A i i i i i i i i i

式中： AB i 、BC i 、CA i ——分别为一次侧三相绕组的输出电流。

2.2.2 变压器短路分析

电力变压器短路故障主要是指副边输电线路上的短路。假定电网的容量很大，短路电流不至于引起电力电网电压下降，忽略空载电流，突发短路时一次侧电路的微分方程为：

dt

di L R i t U u K K

K K +=+=)sin(2011αω 解此常系数微分方程有

'''0s i n ()K t T K K K e K K

i I t C i i ωαφ-=+-+=+ 式中：'K i ——突发短路电流稳态分量的瞬时值，)sin(2'K K K

t I i ?ω+=； K I 2——突发短路电流稳态分量的幅值，22

1

22K K K X R U I +=；

K ?——'K i 与1u 的相位差，2

π?≈K ； ''K i ——突发短路电流暂态分量的瞬时值，K T t e

K C i -=''； K T ——暂态电流衰减的时间常数，K K

K R L T =；

C ——积分常数，由初始条件决定。 变压器短路时，由于负载电流比短路电流小得多，可以忽略，认为是空载情况下发生，即t=0时，0=K i 。可得0cos 2αK I C =

突发短路电流为：

K T K K K e I t I i 100cos 2)sin(2-++=ααω

突发短路电流最大值为：

K y T K K I K e I i K 2)1(2max =+=-π

式中：y K ——突发短路电流最大值与稳态短路电流最大值的比值，中小型电力变压器y K =1.2~1.4，大型电力变压器y K =1.7~1.8。

由此可见，短路产生的冲击电流最大值可达额定电流的10~20倍。

第3章基于MATLAB的单机-无穷大系统模型建立

3.1MATLAB简介

MATLAB 是由美国Mathworks公司开发的一套高性能的数值计算和可视化大型软件，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，其在科学计算、工程设计和系统仿真中运用很广泛。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SimPowerSystem 来完成的。

MATLAB是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台，电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。MATLAB 的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。通过MATLAB 的SimPowerSystem的模块对电力系统中的应用进行仿真，从而说明其在电力系统仿真中的运用电力系统的仿真可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，通过故障仿真得出了相关的电压稳定性方面的结论，从而证明了这种仿真的正确性和在分析应用中的可行性。

3.2 Simulink中电力系统模块库简介

Simulink是一种用来实现计算机仿真的软件工具。它是MATLAB的一个附加组件，可用于实现各种动态系统（括连续系统、离散系统和混合系统）的建模、分析和仿真。Simulink对仿真的实现可以应用于动力系统、信息控制、通信设计、金融财会及生物医学等各个领域的研究中。

Simulink实际上提供了一个系统级的建模与动态仿真的图形用户环境，并且凭借MATLAB在科学计算上的天然优势，建立了从设计构思到最终要求的可视化桥梁，大大弥补了传统设计和开发工具的不足。它可以使系统的输入变得相当容易且直观，同时

上也更加灵活自由。

由于Simulink可以很方便地创建和维护一个完整的模型，评估不同算法和结构并验证系统性能，另外Simulink还可以与MATLAB中的DSP工具箱、信号处理工具箱以及通讯工具箱等联合使用，进而实现软硬件的接口，从而成为实用的控制软件。

在MATLAB命令窗口键入Simulink命令，或单击MATLAB工具栏中的Simulink 图标，则可以打开Simulink模型库窗口。如图3-1所示。这一模型库包括以下各个子模型库:Sources(输入源)、Siuk(输出方式)、Discrete(离散时间模型)、Function & Tables(功能列表)、Math(数学方法)、Signals&System(信号或系统)、Linear(线性环节)、Nonlinear(非线性环节)、Connections(连接及接口)等。

图3-1 simulink模型库

在MATLAB命令窗口中键入powerlib命令，则打开电力系统模块库，如图3-2所示。还可以从Simulink模块浏览窗口直接启动。

该模块库中有很多模块组，主要有电源元件（Electricial sources）、线路元件(Elements)、电力电子元件(Power Electronics)、电机元件(Machines)、连接器元件（Connectors）、电路测量仪器（Measurements）、附加元件（Extras）、演示(Demos)、电力图形用户接口（Powergui）等，双击每一个图标都可以打开一个模块组。

图3-2 电力系统模块库

1) 电源模块

电源元件库中包含7种电源元件，如图3-3所示，分别是直流电压源（DC V oltage Soures）元件、交流电压源（AC V oltage Soures）元件、交流电流源（AC Current Soures）元件、受控电压源（Controlled V oltage Soures）元件、受控电流源（Controlled Current Soures）元件、三相电源（3-phase Soures）元件和三相可编程电压源（3-phase Programmable V oltage Soures）元件。

图3-3 电源元件库

2) 线路元件模块

线路元件库中包含了各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。双击线路元件库图标，弹出线路元件库对话框，如图3-4所示，图中包含了4类线路元件，分别是支路（Elements）元件、输配电线路（Lines）元件、断路器（Circult Breakers）元件和变压器（Transformers）元件。

图3-4 线路元件库

3 ) 电力电子元件库

电力电子模块库包括理想开关（Ideal Switch）、二极管（Diode）、晶闸管（Thyristor）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应管（MOSFET）、绝缘门极晶体管（IGBT）等模块，此外还有2个附加的控制模块组和一个整流桥，如图3-5所示。

图3-5 电力电子元件

4 ) 电机元件库

电机元件库包括同步电机（Synchronous Machines）、异步电机（Asynchronous Machines）、直流电机（DC Machines）、调节器（Prime Movers and Regulators）和电机输出测量分配器（Machines Measurements）等。如图3-6所示。

图3-6 电机元件库

5) 连接器元件

连接器模块库包括10个常用的连接器模块，如图3-7所示。

图3-7 连接器元件

6) 测量元件

测量元件库包含电压表、电流表、万用表和各种附加的子模块等，如图3-8所示。

图3-8 测量元件库

7）附加和演示模块

附加模块包括了上述各元件库中的附加元件，演示模块主要提供一些演示实例。8）电力系统分析元件

电力系统分析元件模型是用来分析电路和电力系统的工具。MATLAB软件提供的电力系统分析元件是一种功能强大的电力系统分析工具，如图3-9所示，使用电力系统分析工具可以进行稳态和暂态的频域分析，主要包括：

图3-9 电力系统分析元件

①Powergui 模块可以显示系统稳定状态的电流和电压及电路所有的状态变量值；

②为了执行仿真，Powergui 模块允许修改初始状态；

③Powergui 可以执行负载潮流的计算，并且为了从稳态时开始仿真可以初始化包括三相电机在内的三相网络，三相电机的类型为简化的同步电机、同步电机或异步电机模块；

④当电路中出现阻抗测量模块时，Powergui也可以显示阻抗随频率变化的波形；

⑤如果用户拥有控制工具箱，Powergui模块可以产生用户自己系统的空间模块，自动打开LTI 相对于时域和频域的观测器接口；

⑥Powergui 可以产生扩展名为.rep 的结果报告文件，这个文件包含测量模块、电源、非线性模块等系统的稳定状态值。

3.3 系统模型的建立

系统模型如图3-10所示。

图3-10 单机-无穷大系统

3.4 基于simulink的模型建立

simulink模型建立主要包括以下元件：简化发电机、电压-电流测量元件、断路器、变压器、输电线路、负载、短路故障发生器等，搭建仿真模型如图3-11所示。

图3-11 单机-无穷大系统仿真图

3.5设计流程

3.5.1模块选择

1）从电机元件库中选择简化的同步电机元件，复制后粘贴在电路图中，如图3-12所示。

步骤一：将简化的同步电机元件名称改为：简化发电机。

步骤二：双击简化的同步电机元件，在简化的同步电机（Simplified Synchronous Machine SI Unit）元件参数对话框中进行设置，如图所示。

图3-12 简化同步电机模型及其参数对话框

设置参数如下：

连接类型（connection type）：[3-wire Y]

电机额定参数（nominal power,L-Lvolt and freq）：[1000e6 315e3 50]

机械参数（mechanical）：[56290 0 2]

内部电阻（Internal impedance）：[1.9845, 263.15e-3]

初始状态（Initial condition）：[ 0 0 0 0 0 0 0 0 ]

步骤三：设置施于简化的同步电机上的功率。

该机械功率使用一个常数发生器来设置，如图3-13所示

将常数发生器元件名称改为：机械功率。

双击常数发生器元件，在参数对话框中将数值设为700e6，作为机械功率值。

步骤四：设置电压幅值

电压幅值使用一个常数发生器来设置，如图3-13所示，将常数发生器的名称改为：电压幅值。

基于MATLAB的电力系统潮流计算

基于MATLAB的电力系统潮流计算 %简单潮流计算的小程序，相关的原始数据数据数据输入格式如下： %B1是支路参数矩阵，第一列和第二列是节点编号。节点编号由小到大编写%对于含有变压器的支路，第一列为低压侧节点编号，第二列为高压侧节点%编号，将变压器的串联阻抗置于低压侧处理。 %第三列为支路的串列阻抗参数。 %第四列为支路的对地导纳参数。 %第五烈为含变压器支路的变压器的变比 %第六列为变压器是否是否含有变压器的参数，其中“1”为含有变压器，%“0”为不含有变压器。 %B2为节点参数矩阵，其中第一列为节点注入发电功率参数；第二列为节点%负荷功率参数；第三列为节点电压参数；第六列为节点类型参数，其中 %“1”为平衡节点，“2”为PQ节点，“3”为PV节点参数。 %X为节点号和对地参数矩阵。其中第一列为节点编号，第二列为节点对地%参数。 n=input('请输入节点数:n='); n1=input('请输入支路数:n1='); isb=input('请输入平衡节点号:isb='); pr=input('请输入误差精度:pr='); B1=input('请输入支路参数:B1='); B2=input('请输入节点参数:B2='); X=input('节点号和对地参数:X='); Y=zeros(n); Times=1; %置迭代次数为初始值 %创建节点导纳矩阵 for i=1:n1 if B1(i,6)==0 %不含变压器的支路 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/B1(i,3); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4); Y(q,q)=Y(q,q)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4); else %含有变压器的支路 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/(B1(i,3)*B1(i,5)); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3);

电力电子技术与电力系统分析matlab仿真

电气2013级卓班电力电子技术与电力系统分析 课程实训报告 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：

兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016 年 1 月日

电力电子技术与电力系统分析课程实训报告 1 电力电子技术实训报告 1.1 实训题目 1.1.1电力电子技术实训题目一 一．单相半波整流 参考电力电子技术指导书中实验三负载，建立MATLAB/Simulink环境下三相半波整流电路和三相半波有源逆变电路的仿真模型。仿真参数设置如下： (1)交流电压源的参数设置和以前实验相关的参数一样。 (2)晶闸管的参数设置如下： R=0.001Ω，L =0H，V f=0.8V，R s=500Ω，C s=250e-9F on (3)负载的参数设置 RLC串联环节中的R对应R d，L对应L d，其负载根据类型不同做不同的调整。 (4)完成以下任务： ①仿真绘出电阻性负载（RLC串联负载环节中的R d= Ω，电感L d=0，C=inf，反电动势为0）下α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L 和晶闸管两端电压U vt1的波形。 d ②仿真绘出阻感性负载下（负载R d=Ω，电感L d为，反电动势E=0）α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形。 ③仿真绘出阻感性反电动势负载下α=90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形，注意反电动势E的极性。 (5)结合仿真结果回答以下问题： ①该三项半波可控整流电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异?

电力系统matlab仿真

1.目前常用的电力系统仿真软件有：BPA 程序和EMTP(程序；PSCAD /EMTDC; NETOMAC; PSASP;MATLAB 2.SimPowerSystems库产品 SimPowerSystems 4.0中含有130 多个模块，分布在7个可用子库中。这7个子库分别为“应用子库(Application Libraries)”、“电源子库(Electrical Sources)”、“元件子库(Elements)”、“附加子库(Extra Library)”、“电机子库(Machines)”、“测量子库(Measure-ments)”和“电力电子子库(Power Electronics)”。此外，SimPowerSystems 4.0中还含有一个功能强大的图形用户分析工具Powergui和一个废弃的“相量子库”(Phasor Elements) 3.MATLAB的特点:(1) 提供了便利的开发环境。(2) 提供了强大的数学应用功能。(3) 编 程语言简易高效。(4) 图形功能强大(5) 提供了功能强大的工具箱。(6) 应用程序接口功能强大。(7) MATLAB的缺点。和其它高级程序相比，MATLAB程序的执行速度较慢。 4.SIMULINK的特点:(1) 建立动态系统的模型并进行仿真。(2) 以直观的方式建模。(3) 增 添定制模块元件和用户代码。(4) 快速、准确地进行设计模拟。(5) 分层次地表达复杂系统。(6) 交互式的仿真分析。 5.SimPowerSystems库的特点:(1) 使用标准电气符号进行电力系统的拓扑图形建模和仿 真。(2) 标准的AC和DC电机模型模块、变压器、输电线路、信号和脉冲发生器、HVDC 控制、IGBT 模块和大量设备模型。(3) 使用SIMULINK强有力的变步长积分器和零点穿越检测功能，给出高度精确的电力系统仿真计算结果。(4) 利用定步长梯形积分算法进行离散仿真计算，为快速仿真和实时仿真提供模型离散化方法(5) 利用Powergui交互式工具模块可以修改模型的初始状态，从任何起始条件开始进行仿真分析(6) 提供了扩展的电力系统设备模块，如电力机械、功率电子元件、控制测量模块和三相元器件。 (7) 提供大量功能演示模型，可直接运行仿真或进行案例学习。 6.默认的程序主界面主要包括下列区域：①菜单；②工具栏；③命令窗口；④当前 路径浏览器；⑤工作空间浏览器；⑥命令历史浏览器。 7.菜单功能:(1) [File>New>M-File]：进入文本编辑窗界面，建立一个文本文件，实现 MATLAB命令文件的输入、编辑、调试、保存等处理功能，保存时文件后缀名为.m。(2) [File>New>Figure]：进入图形窗界面，建立一个图形文件，实现MATLAB图形文件的显示、编辑、保存等处理功能，保存时文件名后缀为.fig.(3) [File>New>Model]：建立一个SIMULINK模型文件，实现SIMULINK仿真模型的建模、仿真、调试、保存等处理功能，保存时文件名后缀为.mdl。 8.：进入SIMULINK仿真环境界面，作用相当于在MATLAB的命令窗口中输入 simulink命令并按回车键。 9.Matlab默认工作路径：安装路径\Matlab\work .修改路径（1）利用图标 （2）利用菜单项[File>Set Path>Add Folder]将用户拟采用的 目录添加到Matlab 搜索路径中。 10.MATLAB编程有两种工作方式：一种称为行命令方式，就是在工作窗口中一行一行地输 入程序，计算机每次对一行命令做出反应，因此也称为交互式的指令行操作方式；另一种工作方式为M文件编程工作方式。 11.变量是保存数据信息的一种最基本的数据类型。变量的命名应遵循如下规则：(1) 变量 名必须以字母开头；(2) 变量名可以由字母、数字和下划线混合组成；(3) 变量名区分字母大小写；(4) MATLAB保留了一些具有特定意义的默认变量(见表2-3)，用户编程时可以直接使用，并尽量避免另外自定义例如，Long和My_long1均是有效的变量名，Long

基于Matlab的电力系统故障研究仿真

基于Matlab的电力系统故障分析与仿真 摘要：本文介绍了MATLAB软件在电力系统中的应用，以及利用动态仿真工具Simulink和电力系统工具箱PSD进行仿真的基本方法。在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象，通过选择模块，参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。同时，设计一个GUI图形界面，将仿真波形清晰地显示在界面上以便比较和分析。结果表明，仿真波形基本符合理论分析，说明了MATLAB是电力系统仿真研究的有力工具。 关键词：电力系统；仿真；故障；MATLAB；GUI Abstract：This paper introduces the applications of MATLAB in power system analysis, and the basic simulation method of taking use of Simulink and PSD. On MATLAB simulation platform, take a single machine-infinite-bus system as modeling objects, by selecting the module, parameter settings, and connectingmodules to simulate and analysevariousfault of power system. At the same time, in order to facilitate comparison and analysis simulation waveform, design a GUI for showing waveform clearly.The results show that the simulation waveform in line with theoretical analysis, indicates that MATLAB is a powerful tool for researching simulation of power system. Keywords：PowerSystem。 Simulation。 Fault。 Matlab。 GUI 0 前言[1,2] 随着电力工业的发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，电力系统的生产和研究中仿真软件的应用也越来越广泛。现在，我们主要使用的电力系统仿真软件有：EMTP程序，用于电力系统电磁暂态计算，电力系统暂态过电压分析，暂态保护装置的综合选择等。PSCAD／EMTDC程序，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，参数随时间变化的规律。PSASP，其功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。还有MathWorks公司开发的MATLAB软件。在MATLAB中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以进行封装和自定义模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。更重要的是，MATLAB提供了丰富的工具箱资源，以及大量的实用模块，使我们可以更加深入地研究电力系统的行为特性。本篇论文将在熟练掌握MATLAB软件的基础上，对电力系统的故障进行建模、仿真、分析，并且设计一个GUI图形用户界面来反映故障波形。

电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用汇总

1 八、Simulink 仿真环境 Simulink使用入门 模型的创建 连续系统的建模与仿真 子系统的创建与封装及条件执行子系统 用MATLAB命令创建和运行Simulink模型

2 8.1 Simulink 使用入门 Simulink是面向框图的仿真软件，具有以 下特点： ●用绘制方框图代替编写程序，结构和流程 清晰； ●智能化地建立和运行仿真，仿真精细、贴 近实际，自动建立各环节的方程，自动地在 给定精度要求下以最快速度进行系统仿真； ●适应面广，包括线性、非线性系统，连续、 离散及混合系统，单任务、多任务离散事件 系统。 【例8－1】创建一个正弦信号的仿真模型。 (1) 在MATLAB的命令窗口运行simulink命令， 或单击工具栏中的图标，就可以打开Simulink 模块库浏览器(Simulink Library Browser) 窗口。模块库列表 模块列表当前模块的文字说明 关键字搜索 菜单 工具条 (2) 单击工具栏上的图标或选择菜 单“File”——“New”——“Model”，新建一个 名为“untitled”的空白模型窗口。 8.1.1 Simulink入门

3 (4) 用鼠标单击所需要的输入信号源模 块“Sine Wave”(正弦信号)，将其拖放到空 白的模型窗口“untitled”，则“Sine Wave” 模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠 标选中“Sine Wave”模块，单击鼠标右键， 在快捷菜单中选择“add to ‘untitled’”命令， 就可以将“Sine Wave”模块添加到untitled窗 口。 (5) 用同样的方法打开接收模块库 “Sinks”，选择其中的“Scope”模块(示波 器)拖放到“untitled”窗口中。 (6) 在“untitled”窗口中，用鼠标指向 “Sine Wave”右侧的输出端，当光标变为十 字符时，按住鼠标拖向“Scope”模块的输入 端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的 信号线连接，一个简单模型已经建成。 (7) 开始仿真，单击“untitled”模 型窗口中“开始仿真”图标，或者 选择菜单“Simulink”——“Start”，则 仿真开始。双击“Scope”模块出现示 波器显示屏，可以看到黄色的正弦 波形。 (8) 保存模型，单击工具栏的图 标，将该模型保存为“exm08_01.mdl”文

基于matlab的电力系统短路电流计算

湖北民族学院 信息工程学院 题目: 基于matlab的电力系统短路电流计算 专业：电气工程及其自动化 班级： 0308407 学号： 030840705 学生姓名： 指导教师： 2011年6 月1 日

信息工程学院课程设计任务书 年月日

信息工程学院课程设计成绩评定表

摘要 随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大，在这种情况下，许多大型的电力科研实验很难进行，尤其是电力系统中对设备和人员等危害最大的事故故障，尤其是短路故障，而在分析解决事故故障时要不断的实验，在现实设备中很难实现，一是实际的条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。考虑这两种情况，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具十分重要，而MATLAB软件中的SIMULINK是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成开发环境，是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具，为解决具体的工程问题提供了更为快速、准确和简洁的途径。 关键词：短路电流计算，MATLAB，仿真 Abstract Along with the development of the electric power industry, the scale of the power system is more and more big, in this case, many large power research is difficult to, especially in the power system, equipment and personnel to the harm such as the biggest accident, especially fault fault location, and on the analysis of the accident to solve the fault of the experiment, in the reality constantly in equipment, it is difficult to accomplish a is practical conditions to meet; The security of the system from the perspective is not allowed in the experiment. Consider the two kinds of circumstances, for one of the most close to power system actual the operation condition of digital simulation tool is very important, and MATLAB software SIMULINK is used for the dynamic system modeling, simulation and analysis of the integrated development environment, is combined with the block diagram interface and interactive simulation of nonlinear dynamic system ability of simulation tools, to solve the specific engineering problem, provides a more rapid, accurate and simple way. Keywords: short-circuit current calculation, MATLAB, the simulatio

基于MATLAB的电力系统仿真

《电力系统设计》报告题目: 基于MATLAB的电力系统仿 学院：电子信息与电气工程学院 班级: 13级电气 1 班 姓名:田震 学号: 日期：2015年12月6日 基于MATLAB的电力系统仿真 摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来 越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人们的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。 电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，从而有效的了解电力系统概况。本文根据电力系统的特点，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了无穷大电源的系统仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。通过仿真结果说明MATLAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。 关键词：电力系统；三相短路；故障分析；MATLAB仿真 目录 一．前言.............................................. 二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建............... 1.总电路图的设计......................................

基于matlab的电路仿真

基于matlab的电路仿真 杨泽辉51130215 %基于matlab的电路仿真 %关键词: RC电路仿真, matlab, GUI设计 % 基于matlab的电路仿真 %功能：产生根据输入波形与电路的选择产生输出波形 close all;clear;clc; %清空 figure('position',[189 89 714 485]); %创建图形窗口，坐标（189，89），宽714，高485；Na=['输入波形[请选择]|输入波形:正弦波|',... '输入波形:方形波|输入波形:脉冲波'];%波形选择名称数组； Ns={'sin','square','pulse'}; %波形选择名称数组； R=2; % default parameters: resistance 电阻值 C=2; % default parameters: capacitance电容值 f=10; % default parameters: frequency 波形频率 TAU=R*C; tff=10; % length of time ts=1/f; % sampling length sys1=tf([1],[1,1]); % systems for integral circuit %传递函数； sys2=tf([1,0],[1,1]); % systems for differential circuit a1=axes('position',[0.1,0.6,0.3,0.3]); %创建坐标轴并获得句柄； po1=uicontrol(gcf,'style','popupmenu',... %在第一个界面的上方创建一个下拉菜单'unit','normalized','position',[0.15,0.9,0.2,0.08],... %位置 'string',Na,'fontsize',12,'callback',[]); %弹出菜单上的字符为数组Na，字体大小为12， set(po1,'callback',['KK=get(po1,''Value'');if KK>1;',... 'st=char(Ns(KK-1));[U,T]=gensig(st,R*C,tff,1/f);',... 'axes(a1);plot(T,U);ylim([min(U)-0.5,max(U)+0.5]);',... 'end;']); %pol触发事件：KK获取激发位置，st为当前触发位置的字符串，即所选择的波形类型； %[U,T]，gensing,产生信号，类型为st的值，周期为R*C，持续时间为tff， %采样周期为1/f，U为所产生的信号，T为时间； %创建坐标轴al；以T为x轴，U为y轴画波形，y轴范围。。。 Ma=['电路类型[请选择]|电路类型:积分型|电路类型:微分型']; %窗口2电路类型的选择数组； a2=axes('position',[0.5,0.6,0.3,0.3]);box on; %创建坐标轴2； set(gca,'xtick',[]);set(gca,'ytick',[]); %去掉坐标轴的刻度 po2=uicontrol(gcf,'style','popupmenu',... %在第二个窗口的位置创建一个下拉菜单，同1 'unit','normalized','position',[0.55,0.9,0.2,0.08],... 'string',Ma,'fontsize',12,'callback',[]); set(po2,'callback',['KQ=get(po2,''Value'');axes(a2);',... %po2属性设置，KQ为选择的电路类型，'if KQ==1;cla;elseif KQ==2;',... %1则清除坐标轴，2画积分电路，3画微分电路 'plot(0.14+0.8i+0.02*exp(i*[0:.02:8]),''k'');hold on;',... 'plot(0.14+0.2i+0.02*exp(i*[0:.02:8]),''k'');',... 'plot(0.84+0.2i+0.02*exp(i*[0:.02:8]),''k'');',... 'plot(0.84+0.8i+0.02*exp(i*[0:.02:8]),''k'');',... 'plot([0.16,0.82],[0.2,0.2],''k'');',... 'plot([0.16,0.3],[0.8,0.8],''k'');',... 'plot([3,4,4,3,3]/10,[76,76,84,84,76]/100,''k'');',... 'plot([0.4,0.82],[0.8,0.8],''k'');',... 'plot([0.6,0.6],[0.8,0.53],''k'');',... 'plot([0.6,0.6],[0.2,0.48],''k'');',... 'plot([0.55,0.65],[0.53,0.53],''k'');',... 'plot([0.55,0.65],[0.48,0.48],''k'');',... 'text(0.33,0.7,''R'');',...

MATLAB在电力系统仿真中的运用汇总

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 11-0041-02 MAT 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:A 1概述 M AT LAB 是由美国Mathw orks 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。在M AT LAB 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, 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 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。

基于MATLAB的电力系统仿真

《电力系统设计》报告 题目: 基于MATLAB的电力系统仿学院：电子信息与电气工程学院 班级: 13级电气 1 班 姓名:田震 学号: 20131090124 日期：2015年12月6日

基于MATLAB的电力系统仿真 摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人们的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。 电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，从而有效的了解电力系统概况。本文根据电力系统的特点，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了无穷大电源的系统仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。通过仿真结果说明MATLAB电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。 关键词：电力系统；三相短路；故障分析；MATLAB仿真

目录 一．前言 (4) 二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 (5) 1.总电路图的设计 (5) 2.各个元件的参数设定 (6) 2.1供电模块的参数设定 (6) 2.2变压器模块的参数设置 (6) 2.3输电线路模块的参数设置 (7) 2.4三相电压电流测量模块 (8) 2.5三相线路故障模块参数设置 (8) 2.6三相并联RLC负荷模块参数设置 (9) 3.仿真结果 (9)

matlab程序设计与应用(第二版)第三章部分课后答案

第三章1. (1)A=eye(3) (2)A=100+100*rand(5,6) (3)A=1+sqrt(0.2)*randn(10,50) (4)B=ones(size(A)) (5)A+30*eye(size(A)) (6)B=diag(diag(A)) 2. B=rot90(A) C=rot90(A,-1) 3. B=inv(A) ;A的逆矩阵 C=det(A) ;A的行列式的值 D=A*B E=B*A D=E 因此A与A-1是互逆的。 4. A=[4 2 -1;3 -1 2;12 3 0]; b=[2;10;8]; x=inv(A)*b x = -6.0000 26.6667 27.3333 5. (1) diag(A) ；主对角线元素 ans = 1 1 5 9 triu(A) ；上三角阵

ans = 1 -1 2 3 0 1 -4 2 0 0 5 2 0 0 0 9 tril(A) ；下三角阵 ans = 1 0 0 0 5 1 0 0 3 0 5 0 11 15 0 9 rank(A) ；秩 ans = 4 norm(A) ；范数 ans = 21.3005 cond(A) ；条件数 ans = 11.1739 trace(A) ；迹 ans = 16 （2）略 6. A=[1 1 0.5;1 1 0.25;0.5 0.25 2] A = 1.0000 1.0000 0.5000 1.0000 1.0000 0.2500 0.5000 0.2500 2.0000

[V,D]=eig(A) V = 0.7212 0.4443 0.5315 -0.6863 0.5621 0.4615 -0.0937 -0.6976 0.7103 D = -0.0166 0 0 0 1.4801 0 0 0 2.5365

MATLAB程序设计基础

第三章MATLAB程序设计基础 chapter 3: Foundation of MATLAB program design 一、数据及数据文件(Data and Data file) 1. 数据类型：(Data mode)为适应各种不同计算和处理的需求，MATLAB提供了多种数据类型，主要有： 数值数组(Numeric array)— 包括整形(int8,uint8,int16,uint16,int32,uint32)单精度 (signal), 双精度(duble)（MATLAB最常用的变量类型）, 稀疏（sparce）数组。按维数分有一维、二维和多维数 组。 Int---Integrate. Uint---Unsigned Integer data 字符数组(Character array)：由字符串组成的数组 单元数组(Cell array)：用不同类型和大小的数组组成的数组，同 一个元胞数组中各元胞的内容可以不同。 结构数组(Structure array)：与单元数组类似，但其数据的组织能 力更强，更富于变化。 Java类（Java class）：由JavaAPI或第三方定义的类函数。 函数句柄(Function handle)：可以在一个参数列表中传递，并使 用feval运行. 在工作空间浏览器中不同的数据类型有着不同的图标标识。2. 数据文件(Data file) MATLAB支持的各种数据文件(Readable file formats of MATLAB)的主要类型及其存取方法如下述： （1）二进制数据文件:(Binary date file)以.mat为扩展名。是标准的MATLAB数据文件，以二进制编码形式存储。.mat文件可以由MATLAB提供的save和load命令直接存取。 （2）ASCⅡ码数据文件：（ASCⅡcode data file）扩展名为.txt, .dat

基于Matlab计算程序的电力系统运行分析

课程设计 课程名称：电力系统分析 设计题目：基于Matlab计算程序的电力系统运行分析学院：电力工程学院 专业：电气工程自动化 年级： 学生姓名： 指导教师： 日期： 教务处制

目录 前言 (1) 第一章参数计算 (2) 一、目标电网接线图 (2) 二、电网模型的建立 (3) 第二章潮流计算 (6) 一．系统参数的设置 (6) 二．程序的调试 (7) 三、对运行结果的分析 (13) 第三章短路故障的分析计算 (15) 一、三相短路 (15) 二、不对称短路 (16) 三、由上面表对运行结果的分析及在短路中的一些问题 (21) 心得体会 (26) 参考文献 (27)

前言 电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算。即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷.各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。 在电力系统中可能发生的各种故障中，危害最大且发生概率较高的首推短路故障。产生短路故障的主要原因是电力设备绝缘损坏。短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。其中三相短路时三相电流仍然对称，其余三类短路统成为不对称短路。短路故障大多数发生在架空输电线路。电力系统设计与运行时，要采取适当的措施降低短路故障的发生概率。短路计算可以为设备的选择提供原始数据。

武大电气matlab电路仿真实验报告

实验一：直流电路 1．电阻电路的计算 程序： 1电阻电路的计算 第1题 %本题选用回路法，列出的方程为Z*I=U的形式，求出回路电流，然后进一步求解Z=[ 20 -12 0; %阻抗矩阵 -12 32 -12; 0 -12 18]; U=[10 0 0]'; %电压向量 I=inv(Z)*U; %回路电路向量 i3=I(1)-I(2); %求i3 u4=I(2)*8; %求u4 u7=I(3)*2; %求u7 fprintf('(1) i3= %8.4fA\n u4= %8.4fV\n U7= %8.4fV\n',i3,u4,u7) us=10/u4*4; %根据电路线性性质，由上题的u4变化的倍数求出us Ub=[us 0 0]'; %变化后的电压向量 Ib=inv(Z)*Ub; %变化后的回路电流向量 ib3=Ib(1)-Ib(2); %变化后的i3 ub7=Ib(3)*2; %变化后的u7 fprintf('(2) us= %8.4fV\n i3= %8.4fA \n U7= %8.4fV\n',us,ib3,ub7) 输出结果：(1) i3= 0.3571A u4= 2.8571V U7= 0.4762V (2) us= 14.0000V i3= 0.5000A U7= 0.6667V 2、求解电路里的电压 程序： %导纳矩阵A A=[0.6 0.125 -0.125 -0.1 0 -5 0 1 -1 0 0 0 0 -10 0 -0.125 0.325 -0.2 0 0 0

0 0 1 -1 0 0 5 -0.10 -0.2 0.55 -0.25 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 -1 0 -1 0]; %电流矩阵B B=[0 0 5 0 0 24 0]'; V=inv(A)*B; fprintf('V(1)=%f V\nV(2)=%f V\nV(3)=%f V\nV(4)=%f V\nV(5)=%f V\n',V(1),V(2),V(3),V(4),V(5)); 输出结果：V(1)=117.479167 V(2)=299.770833 V(3)=193.937500 V(4)=102.791667 V(5)=24.000000 1．求解含有受控源的电路里的电流 程序： %A为阻抗方程 A=[ 0 0 1 0 0 0 4 0 -4 12 -4 -4 -4 0 0 -4 8 0 0 0.5 0 0 0 1 0 -1 0 0 1 0 -1 0 0 1 0 -1]; B=[2 0 0 0 0 0]';%B为电压方程 I=inv(A)*B; fprintf('i1= %.0f A\ni2= %.0f A\n',I(1),I(2)); 输出结果：i1= 1 A i2= 1 A 实验二：直流电路（2） 1．求最大功率损耗 程序： A=[ 1 0 -1/10000 1/10000]; is=0; B=[10 is]'

基于matlab的电力系统潮流计算

昆明学院2014届毕业论文（设计） 论文（设计）题目基于MATLAB的电力系统潮流计算子课题题目 姓名白春涛 学号 201004170201 所属院系自动控制与机械工程 专业年级电气工程及其自动化2010级 指导教师王荔芳 2014 年 5 月

摘要 电力系统潮流计算是最基本、最常用的计算。根据系统给定的运行条件、网络及元件参数，通过电力系统潮流计算可以确定各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率发布以及功率损耗等。电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。因此潮流计算在电力系统的规划设计、生产运行、调度管理及科学研究中都有着广泛的应用。 由于电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统，在潮流计算时涉及到大量的矢量计算和矩阵运算，手工计算已经无法满足需要，因而需要一个具有高效处理矩阵运算的语言。本次设计的主要目的就是利用MATLAB最重要的组件之一Simlink中的电力元件库（SimPowerSystens）构建电力系统仿真模型。对电力系统进行仿真计算，利用MATLAB的强大计算功能，编写M语言，设置变量参数，得出计算结果并进行分析，并得出结论。结果表明运用MATLAB对复杂电力系统潮流进行分析与仿真，能够准确直观地考察电力系统稳态的静态特征，验证了MATLAB在电力系统仿真中的强大作用。 关键词：电力系统潮流计算；MATLAB；仿真

Abstract Power system power flow calculation is the most basic, the most commonly used computing.According to the system of a given operation conditions, network and component parameters, through the power system flow calculation on each busbar voltage can be determined (amplitude and phase Angle), released in the network power and power loss, etc.The result of the power system flow calculation is the basis of the calculation and fault analysis of power system stability.So the power flow calculation in power system planning and design, production, scheduling management and has a wide application in scientific research. Because of the power system is a highly nonlinear complex system, when the power flow calculation involves a lot of vector and matrix calculation, manual calculation has been unable to meet this need, and therefore need a language with efficient processing matrix operations.The main purpose of this design is to use one of the most important component of MATLAB in the Simlink power component library (SimPowerSystens) power system simulation model was constructed.For power system simulation, using the powerful calculation function of MATLAB, write M language, set a variable parameters, it is concluded that the calculation results and analysis, and conclusion.Results show that using the MATLAB to complex trend analysis and simulation, power system accurately visually inspect the static characteristics of electric power system steady state, the powerful functions of MATLAB in power system simulation is verified. Key words: power system flow calculation;MATLAB;The simulation