【文章內(nèi)容簡介】 一個系統(tǒng)。每個程序塊由輸入向量 ， 輸出向量以及表示狀態(tài)變量的向量等 3 個要素組成。在計算前 ， 需要初始化并賦初值 ， 程序塊按照需要更新的次序分類 ， 然后用 ODE 計算程序通過數(shù)值積分來模擬系統(tǒng)。MATLAN 含有大量的 ODE 計算程序 ， 有固定步長的 ， 有可變步長的 為求解復雜的系統(tǒng)提供了方便。 MATLAB 在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊 SimPowerSystem 來完成的。 MATLAB 是將計算、可視化、程序設(shè)計融合在一起的功能強大的平臺 ， 電 力系統(tǒng)仿真是將電力系統(tǒng)的模型化、數(shù)學化來模擬實際的電力系統(tǒng)的運行 ， 由于電力系統(tǒng)是個復雜的系統(tǒng) ， 運行方式也十分復雜 ， 因此采用傳統(tǒng)的方式進行仿真計算工作量大 ，也不直觀。 MATLAB 的出現(xiàn)給電力系統(tǒng)仿真帶來了新的方法和手段。通過 MATLAB 的 SimPowerSystem 的模塊對電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進行仿真 ， 從而說明其在電力系統(tǒng)仿真中的運用電力系統(tǒng)的仿真可以幫助人們通過計算機手段分析實際電力系統(tǒng)的各種運行情況 ， 通過故障仿真得出了相關(guān)的電壓穩(wěn)定性方面的結(jié)論 ， 從而證明了這種 仿真 的正確性和在分析應(yīng)用中的可行性 。 Simulink 中電力系統(tǒng)模塊庫簡介 Simulink 是一種用來實現(xiàn)計算機仿真的軟件工具。它是 MATLAB 的一個附加組件，可用于實現(xiàn)各種動態(tài)系統(tǒng)（括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)）的建模、分析和仿真。Simulink 對仿真的實現(xiàn)可以應(yīng)用于動力系統(tǒng)、信息控制、通信設(shè)計、金融財會及生物醫(yī)學等各個領(lǐng)域的研究中。 Simulink 實際上提供了一個系統(tǒng)級的建模與動態(tài)仿真的圖形用戶環(huán)境，并且憑借MATLAB 在科學計算上的天然優(yōu)勢，建立了從設(shè)計構(gòu)思到最終要求的可視化橋梁，大大彌補了傳統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)工具的不足。它 可以使系統(tǒng)的輸入變得相當容易且直觀，同時可以容易地改變輸入信號的形式，對仿真算法和仿真參數(shù)的選擇以及對輸出結(jié)果的處理基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 13 上也更加靈活自由 。 由于 Simulink 可以很方便地創(chuàng)建和維護一個完整的模型，評估不同算法和結(jié)構(gòu)并驗證系統(tǒng)性能，另外 Simulink 還可以與 MATLAB 中的 DSP 工具箱、信號處理工具箱以及通訊工具箱等聯(lián)合使用，進而實現(xiàn)軟硬件的接口，從而成為實用的控制軟件。 在 MATLAB 命令窗口鍵入 Simulink 命令 ，或單擊 MATLAB 工具欄中的 Simulink圖標，則 可以打開 Simulink 模型庫 窗口 。 如圖 31 所示。 這一模型庫包括以下各個子模型庫 :Sources(輸入源 )、 Siuk(輸出方式 )、 Discrete(離散時間模型 )、 Function amp。 Tables(功能列表 )、 Math(數(shù)學方法 )、 Signalsamp。System(信號或系統(tǒng) )、 Linear(線性環(huán)節(jié) )、 Nonlinear(非線性環(huán)節(jié) )、 Connections(連接及接口 )等。 圖 31 simulink 模型庫 在 MATLAB 命令窗口中鍵入 powerlib 命令，則打開電力系統(tǒng)模塊庫，如圖 32 所示。還可以從 Simulink 模塊瀏覽窗口直接 啟動。 該 模塊庫中有很多模塊組，主要有電源 元件 （ Electricial sources）、 線路 元件(Elements) 、電力電子 元件 (Power Electronics) 、電機元件 (Machines) 、 連接器元件（ Connectors）、電路測量儀器（ Measurements）、附加元件（ Extras）、 演示 (Demos)、電力圖形用戶接口（ Powergui） 等，雙擊每一個圖標都可以打開一個模塊組。 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 14 圖 32 電力系統(tǒng)模塊庫 1) 電源模塊 電源元件庫中包含 7 種電源元件， 如圖 33 所示， 分別是直流電壓 源（ DC Voltage Soures） 元件 、交流電壓源（ AC Voltage Soures） 元件 、交流電流源（ AC Current Soures）元件 、受控電壓源（ Controlled Voltage Soures） 元件 、受控電流源（ Controlled Current Soures） 元件 、三相電源（ 3phase Soures） 元件 和三相可編程電壓源（ 3phase Programmable Voltage Soures） 元件 。 圖 33 電源元件庫 2) 線路元件模塊 線路元件庫中包含了 各種線性網(wǎng)絡(luò)電路元件和非線性網(wǎng)絡(luò)電路元件。雙擊線路元件庫圖標，彈出線路元件庫對話框，如圖 34 所示，圖中包含了 4 類線路元件，分別是支路（ Elements）元件、輸配電線路（ Lines）元件、斷路器（ Circult Breakers）元件和變壓器（ Transformers）元件。 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 15 圖 34 線路元件庫 3 ) 電力電子元件庫 電力電子模塊庫包括理想開關(guān) （ Ideal Switch） 、二極管（ Diode）、晶閘管（ Thyristor）、可關(guān)斷晶閘管（ GTO）、功率場效應(yīng)管（ MOSFET）、絕緣門極晶體管（ IGBT）等模塊，此外還有 2 個附加的控制模塊組和一個整流橋，如圖 35 所示。 圖 35 電力電子元件 4 ) 電機元件庫 電機元件庫包括同步電機（ Synchronous Machines）、異步電機（ Asynchronous Machines）、直流電機（ DC Machines）、調(diào)節(jié)器（ Prime Movers and Regulators）和電機輸出測量分配器（ Machines Measurements）等。如圖 36 所示。 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 16 圖 36 電機元件庫 5) 連接器元件 連接器模塊庫包括 10 個常用的連接器模塊，如圖 37 所示。 圖 37 連接器元件 6) 測量元件 測量元件庫包含電壓表、電流表、萬用表和各種附加的子模塊等，如圖 38 所示。 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 17 圖 38 測量元件庫 7） 附加和演示模塊 附加模塊包括了上述各元件庫中的附加元件，演示模塊主要提供一些演示實例。 8） 電力系統(tǒng)分析元件 電力系統(tǒng)分析元件模型是用來分析電路和電力系統(tǒng)的工具。 MATLAB 軟件提供的電力系統(tǒng)分析元件是一 種功能強大的電力系統(tǒng)分析工具，如圖 39 所示，使用電力系統(tǒng)分析工具可以進行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的頻域分析，主要包括： 圖 39 電力系統(tǒng)分析元件 ① Powergui 模塊可以顯示系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的電流和電壓及電路所有的狀態(tài)變量值； ② 為了執(zhí)行仿真， Powergui 模塊允許修改初始狀態(tài)； 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 18 ③ Powergui 可以執(zhí)行負載潮流的計算，并且為了從穩(wěn)態(tài)時開始仿真可以初始化包括三相電機在內(nèi)的三相網(wǎng)絡(luò)，三相電機的類型為簡化的同步電機、同步電機或異步電機模塊； ④ 當電路中出現(xiàn)阻抗測量模塊時， Powergui 也可以顯 示阻抗隨頻率變化的波形 ； ⑤ 如果用戶擁有控制工具箱， Powergui 模塊可以產(chǎn)生用戶自己系統(tǒng)的空間模塊，自動打開 LTI 相對于時域和頻域的觀測器接口； ⑥ Powergui 可以產(chǎn)生擴展名為 .rep 的結(jié)果報告文件，這個文件包含測量模塊、電源、非線性模塊等 系 統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)值 。 系統(tǒng)模型的建立 系統(tǒng)模型 如圖 310 所示。 圖 310 單機 無窮大系統(tǒng) 基于 simulink 的模型建立 simulink 模型建立主要包括以下元件：簡化發(fā)電機、電壓 電流測量元件、斷路器、變壓器、輸電線路、 負載、短路故障發(fā)生器等， 搭建仿真模型如圖 311 所示。 圖 311 單機 無窮大系統(tǒng)仿真圖 設(shè)計流程 模塊選擇 1）從電機元件庫中選擇簡化的同步電機元件，復制后粘貼在電路圖中，如圖 312 所示 。 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 19 步驟一：將簡化的同步電機元件名稱改為： 簡化發(fā)電機。 步驟二：雙擊簡化的同步電機元件，在簡化的同步電機 （ Simplified Synchronous Machine SI Unit） 元件參數(shù)對話框中進行設(shè)置，如圖所示 。 圖 312 簡化同步電機模型及其參數(shù)對話框 設(shè)置參數(shù)如 下： 連接類型 （ connection type）： [3wire Y] 電機額定參數(shù) （ nominal power,LLvolt and freq）： [1000e6 315e3 50] 機械參數(shù)（ mechanical）： [56290 0 2] 內(nèi)部電阻（ Internal impedance）： [, ] 初始 狀態(tài) （ Initial condition）： [ 0 0 0 0 0 0 0 0 ] 步驟三：設(shè)置施于簡化的同步電機上的功 率。 該機械功率使用一個常數(shù)發(fā)生器來設(shè)置，如圖 313 所示 將常數(shù)發(fā)生器元件名稱改為： 機械功率。 雙擊常數(shù)發(fā)生器元件，在參數(shù)對話框中將數(shù)值設(shè)為 700e6，作為機械功率值。 步驟四：設(shè)置電壓幅值 電壓幅值使用一個常數(shù)發(fā)生器來設(shè)置，如圖 313 所示， 將常數(shù)發(fā)生器的名稱改為 ：電壓幅值。 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 20 將常數(shù)發(fā)生器數(shù)值改為 156e3 作為電壓幅值。 圖 313 常數(shù)發(fā)生器元件及參數(shù)對話框 2）從測量元件庫中選擇三相電壓 電流測量 （ 3phase VI Measurements） 元 件，復制后粘貼在電路圖中，如圖 314 所示，將三相電壓 電流測量元件名稱改為 ：發(fā)電機電壓 電流值。 圖 314 三相電壓 電流測量元件及參數(shù)對話框 雙擊三相電壓 電流測量元件，在三相電壓 電流測量元件參數(shù)對話框進行如下設(shè)置： 電壓測量選項中包括 3 個選項，分別是不測量電壓 （ no ） 、測量相電壓（ phasetoground） 和測量線電壓 （ phasetophase） 。電流測量選項中有測量和不測量選項，在本例中選擇測量相電壓和測量電流選項。 單擊 OK 按鈕完成對電壓 電流測量元件的參數(shù)設(shè)置。 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 21 3）從線路元件庫 中選擇三相電路短路故障發(fā)生器元件，復制后粘貼在電路圖中，如圖315 所示 。 步驟 一 ：雙擊三相電路短路故障發(fā)生器元件，在三相電路短路故障發(fā)生器元件參數(shù)對話框中進行設(shè)置，如圖 315 所示。三相電路短路故障發(fā)生器元件參數(shù)對話框中包括 10 各選項，分別是故障相選擇（ Phase Fault）、故障點電阻（ Fault resistances Ron）、故障相接地（ Ground Fault）、外部控制（ Exeternal contorl of fault）、轉(zhuǎn)換狀態(tài)（ Transition status）、轉(zhuǎn)換時間（ Transition times）、內(nèi)部計時器的采樣時間（ Sample time of the Ts）、緩沖電阻（ Snubber resistance Rp ）、緩沖電容（ Snubber Capacitance Cp）和測量（ Measurements）。 圖 315 三相電路短路故障發(fā)生器及參數(shù)對話框 參數(shù)設(shè)置如下： 故障點電阻（ Fault resistances Ron）： 故障點接地電阻（ Ground resietances Rg）： 轉(zhuǎn)換狀態(tài)（ Transition status）： [ 1 0 ] 轉(zhuǎn)換時間（ Transition times）： [ ] 內(nèi)部計時器的采樣時間（ Sample time of the Ts）： 0 緩沖電阻（ Snubber resistance Rp）： 1e6 緩沖電容（ Snubber Capacitance Cp）： inf 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 22 測量（ Measurements）： 選擇不測量選項 單擊 OK 按鈕完成對三相電路短路故障發(fā)生器的設(shè)置。 步驟 二 ：同樣的方法設(shè)置 其他兩個 三相電路短路故障發(fā)生器 。 4） 從線路元件庫三相斷路器元件，復制后粘貼在電路圖中，如圖 316 所示。 雙擊三相短路器元件，在三相短路器元件參數(shù)對話框中進行設(shè)置，如圖 316 所示 。三相短路器元件參數(shù)對話框包含以下選項：初始狀態(tài)（ Initial status of breakers）；故障相選擇（ Switching of A、 B、 C）；轉(zhuǎn)換時間（ Transition time）；內(nèi)部計時器的采樣時間（ Sample