【文章內(nèi)容簡介】 )演示教程：包含了各種演示教程和學習實例。(9)電力圖形用戶接口：用來進行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析。(10)電力系統(tǒng)元件庫模型：包含了電力系統(tǒng)各種非線性模塊的仿真模型。電力系統(tǒng)元件庫模型用來建立電力系統(tǒng)電路的等值仿真電力模型。電路圖模型是MATLAB提供的用于電力系統(tǒng)的一種簡潔的數(shù)學模型。它的主要特點是具有良好的人機界面，便于進行簡單的操作，省去了利用程序建立電力系統(tǒng)模型的復雜步驟。MATLAB提供了電力系統(tǒng)設計人員所熟悉的電路元件和電力系統(tǒng)元件進行電力系統(tǒng)的建模。MATLAB軟件提供了一個對電力系統(tǒng)和電路進行分析的Powergui（用戶界面）工具。： 電力系統(tǒng)分析元件模型利用此分析工具進行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的時域分析。這里結(jié)合時域分析特點介紹了3種功能，分別是穩(wěn)態(tài)電壓和電流(SteadyState Voltages and Currents)、設置初始狀態(tài)(Initial States Setting)和使用線性時變觀察器(Use LTI Viewer)，即主要可以對電力系統(tǒng)進行如下分析：獲取穩(wěn)態(tài)電壓和電流向量、改變狀態(tài)變量的初始狀態(tài)值進行時域仿真、以及對狀態(tài)方程模型進行不同輸入量的時域相應分析。根據(jù)設計原理圖在MATLAB的電力系統(tǒng)仿真模塊SimpowerSystems中選擇相應的電器元件，并且進行正確的連接，設置相應的仿真參數(shù)，最后激活仿真按鈕鍵，如若無誤，則出現(xiàn)相應的仿真波形，反之出現(xiàn)出錯提示框。根據(jù)錯誤的顯示源“source”，雙擊即可指出錯誤位置，進行相應的修改和仿真直至運行成功。 運行出錯提示框圖選擇要求庫元件連接各元件仿真參數(shù)設置仿真并顯示結(jié)果 基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿真流程 基于PSCAD和MATLAB的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真設計 基于PSCAD交流電力網(wǎng)絡的模型建立根據(jù)電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)（故障分析）的仿真研究要求，建立一個雙端供電網(wǎng)絡用于模擬簡單的系統(tǒng)在故障條件下的運行狀況，基于PSCAD/。 基于PSCAD簡單雙端供電網(wǎng)絡模型1. 選圖依據(jù)雙端供電網(wǎng)類似于兩個單電源的電力系統(tǒng)，同時又是環(huán)形網(wǎng)絡的特例。因此，雙電源網(wǎng)絡的系統(tǒng)性能介于單電源系統(tǒng)與環(huán)形系統(tǒng)之間，故以此為例兼顧兩種系統(tǒng)的研究更具代表性。此外在運用復雜環(huán)形網(wǎng)絡時，MATLAB仿真速度過于緩慢，盡管使用可變的仿真步長，設定的仿真速率仍不能滿足要求，多次出現(xiàn)計算機死機現(xiàn)象和MATLAB的滯后響應。2. 參數(shù)介紹及其算例電源s1，s2：30MVA，，50Hz； 變壓器T1，T2：50MVA， 10/110kV， ；線路L1，L2：，分別為100 km。算例：選基準容量=100MVA，基準電壓為平均電壓。S1，S2： T1，T2： L1，L2： 討論各種故障條件下的故障相電流情況。(a)、(b)、(c)所示。(1) 單相接地故障以a相為例。由正序等效定則：，此時，即kA ，其中，此時m=3故障相電流=3= (2) 兩相短路以b c兩相為例。由正序等效定則， =，m==故障相電流==(3) 兩相短路接地以b c兩相為例。由正序等效定則， =，m===，故障相電流==(4) 三相短路由正序定則： ==由上面算例分析可知，三相故障的電流值最大。Xl2(a) 正序網(wǎng)絡 (b) 負序網(wǎng)絡 (c) 零序網(wǎng)絡 各序網(wǎng)絡圖形3. 元件選擇和參數(shù)設置(1) 發(fā)電機元件在PSCAD仿真環(huán)境下的發(fā)電機元件模型可以等效為理想電源與阻抗串聯(lián)的模式。打開PSCAD的“master”工具箱，點擊“Sources”模塊，選擇ESYS65 Source型號的發(fā)電機電源模型，(a)所示，同時根據(jù)算例要求設置電源S1和S2， ， (a)發(fā)電機電源模型 (b)發(fā)電機模型參數(shù)設置 發(fā)電機元件容量為30MVA，采用固定控制模式，其他設置采用默認設置，(b)所示。(2) 變壓器元件變壓器T1和T2，選擇三相雙繞組變壓器，變比為10/110kV，容量分別是50MVA，短路電壓百分比Uk%選擇為10，其他的采用默認設置，(a)、(b)所示。 (a) 變壓器模型 (b) 變壓器模型參數(shù)設置 變壓器元件(3) 輸電線元件輸電線TLine1和TLine2都采用貝瑞隆模型(采用線路恒定頻率)，并設置相應的正序和零序線路參數(shù)，線路長度各為100km，經(jīng)過計算正序線路阻抗約為50Ω，根據(jù)要求再做相應的標幺值歸算，(a)、(b)所示。 (a) 輸電線模型 (b) 輸電線模型參數(shù)設置 輸電線元件其中線路的具體參數(shù)如下：正序單位電阻：[ohm/m]；正序單位電抗：[ohm/m]零序單位電阻：[ohm/m]；零序單位電抗：[ohm/m](4) 測量元件該測量元件能夠測量線路的瞬時電壓(電壓有效值和相角)、瞬時電流以及有功功率和無功功率潮流情況。此處命名三個變量測量，分別為瞬時電流i、瞬時電壓u和電壓有效值Vrms，只需將三個變量名節(jié)點相應接上示波器，就能實時顯示各變量的波形圖。 (a) 測量計模型 (b) 測量計模型參數(shù)設置 測量計元件 基于MATLAB交流電力網(wǎng)絡的模型建立出于對基于PSCAD的電力系統(tǒng)的仿真校驗的目的，也考慮到為后續(xù)章節(jié)的PSCADMATLAB接口仿真準備，。 基于MATLAB簡單雙端供電網(wǎng)絡模型圖以下進行MATLAB仿真環(huán)境下的元件選擇和參數(shù)設置詳細介紹：(1) 電源元件在MATLAB的SimPowerSystems工具箱中的Electrical Sources中選擇三相電源，并進行相應的參數(shù)設置，(a)、(b)所示，其設置應當與前述PSCAD中的設置基本一致，容量為30MVA，其他采用默認設置。 (a) 電源模型 (b) 電源模型參數(shù)設置 電源元件(2) 變壓器元件從Elements工具箱中選擇三相雙繞組變壓器，T1和T2的變比和容量分別為10/110kV和50MVA，(a)、(b)所示。 (a) 變壓器模型 (b) 變壓器參數(shù)設置 變壓器元件(3) 輸電線元件輸電線Line1和Line2的采用模型類似前述PSCAD選擇的線路模型，同樣設有正序和零序各阻抗單位長度值，不同的是PSCAD中直接以電抗和容抗的形式表示電感和電容，而在MATLAB中則直接以電感和電容表示參數(shù)，因而兩者關(guān)系為：，其中=50Hz。(a)、(b)所示。(a) 輸電線模型(b) 輸電線模型參數(shù)設置 輸電線元件(4) 測量元件MATLAB測量元件的分類比較齊全，相應有電流表、電壓表、功率表以及一些有效值測量元件，此處選擇可以測量電壓和電流的三相VI測量計，(a)、(b)所示相應模型和參數(shù)設置，可以根據(jù)波形比較的要求選擇有名值或是標幺值表示，在PSCAD中也可以同樣設置。 (a) VI測量計模型 (b) VI測量計參數(shù)設置 測量計元件1. PSCAD/EMTDC的故障設置在PSCAD中打開“Breakers/Faults”(a)所示的三相故障設置模塊，該模塊有兩個控制端點，如圖上端點為故障類型選擇，可以定義任意類型的短路故障(由于斷線故障的邊界條件分別都包含在短路故障之中，所以此處不再單獨另設斷線故障)，另一端點為故障投入控制(可以定時選擇故障的投入和切除時間，加入邏輯控制環(huán)節(jié)，還可以規(guī)定為瞬時故障或是永久性故障)。(b)所示的調(diào)節(jié)盤控制，(c)所示，根據(jù)要求加入相應的邏輯關(guān)系控制環(huán)節(jié)。 (a)故障控制模型 (b)故障類型與投入控制 (c)定時邏輯控制 故障控制單元： 調(diào)節(jié)盤的位置含義位置故障類型位置故障類型1A相接地6BC兩相接地2B相接地7ABC三相接地3C相接地8AB兩相間位置故障類型位置故障類型4AB兩相接地9AC兩相間5AC兩相接地10BC兩相間此時故障的投入時間、持續(xù)時間、以及系統(tǒng)運行時間可以任意選擇。2. MATLAB的故障設置在MATLAB中打開“SimPowerSystems”電力系統(tǒng)仿真工具箱，在“Elements”(a)所示，(b)所示。 (a)故障控制模型 (b)相應的故障參數(shù)設置框圖 故障控制單元通過上述故障參數(shù)設置框圖可知，該故障模型可以同樣設置任意類型的短路故障，以及故障的投入時間和持續(xù)時間。3. 兩種故障設置的比較經(jīng)過兩種仿真環(huán)境的運行過程對比可知，在故障設置方面，PSCAD的設置更為靈活方便，因為只要在控制端點加入邏輯關(guān)系控制就可以通過切換操作快捷的改變故障的設置，而后只需通過可視化的調(diào)節(jié)盤進行故障控制。雖然MATLAB的故障也有外部定時控制，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換時間點就可以實現(xiàn)定時控制，但是其故障類型的改變必須經(jīng)過對框圖的參數(shù)修改方能完成，沒有可視化調(diào)節(jié)的功能。根據(jù)前面的算例要求，分別就單相接地故障、兩相相間故障、三相故障進行系統(tǒng)運行參數(shù)和波形的分析比較，此處觀察故障點附近線路L1的電流和電壓參數(shù)，以及故障相電流情況的觀察，詳細圖形見附錄A。以a相為例。，在持續(xù)時間內(nèi)故障相a相的電流劇增至幅值近似1kA，故障相電壓a相電壓近似為零。(a)、(b)、(c)、(d)波形比較可知，兩種環(huán)境下的波形幾乎一致。根據(jù)對稱分量法要求，b、c兩相相間故障后，相電流反向，(a)、(b) ，詳見附錄A，可以觀察到。而故障期間的故障相電壓則相應的有所下降，(c)、(d)分析，b、c兩相電壓由幅值約100kV減小至50kV，同時b、c兩相電壓在故障期間相等。兩種仿真環(huán)境下，仿真波形幾乎一致。由故障分析可知，三相短路故障的危害較為嚴重，(a)、(b)。觀察比較可知，兩種仿真環(huán)境下的波形幾乎一致。綜上所述，在各種故障條件下，兩種仿真環(huán)境下的仿真波形幾乎一致，與故障分析算例基本吻合，這說明這兩種仿真軟件都適用于電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真分析。第四章 基于PSCAD/EMTDC和MATLAB的電磁暫態(tài)接口仿真研究 PSCAD和MATLAB的接口技術(shù)介紹 接口技術(shù)的背景EMTDC ( electromagnetic transient in DC system) 是20世紀70年代中期發(fā)展起來的一個電磁暫態(tài)仿真軟件，經(jīng)過近30年的發(fā)展，目前其已具有了十分完善的EMTDC的元件模型庫和功能，被廣泛應用于交直流電力系統(tǒng)研究、電力電子仿真以及非線性控制等領(lǐng)域，日益成為一種世界各國通用的電力系統(tǒng)分析軟件。PSCAD 圖形用戶界面(GUI) 的開發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC 以進行電力系統(tǒng)仿真計算。EMTDC是PSCAD/ EMTDC仿真的核心程序，PSCAD是與EMTDC 完美結(jié)合的圖形用戶界面，該圖形界面極大地增強了EMTDC 的能力，它使得用戶可以在一個完全集合的圖形環(huán)境下構(gòu)造仿真電路，運行、分析結(jié)果和處理數(shù)據(jù)，保證并提高了研究工作的質(zhì)量和效率【20】。MATLAB語言具有強大的計算功能和豐富的圖形功能，編程效率高，擴充能力強，而且具有功能齊備的各種工具箱，所以MATLAB語言已成為目前應用最廣泛的數(shù)值計算軟件【21