【文章內(nèi)容簡介】 之出現(xiàn)出錯提示框，如圖 所示。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。仿真流程如圖 所示。 圖 運行出錯提示框圖 圖 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真流程 基于 PSCADMATLAB 的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài) 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/EMTDC 的電力網(wǎng)絡如 所示。 圖 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： /km，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。各級序網(wǎng)絡圖形如圖 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。 a 正序網(wǎng)絡 b 負 序網(wǎng)絡 c 零序網(wǎng)絡 圖 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，如圖 a 所示，同時根據(jù)算例要求設置電源 S1 和 S2，電壓為 ， a 發(fā)電機電源模型 b 發(fā)電機模型參數(shù)設置 圖 發(fā)電機元件 容量為 30MVA，采用固定控制 模式，內(nèi)阻 ，其他設置采用默認設置，如圖 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，即為銅損耗標幺值 設置，其他的采用默認設置，如圖 a 、 b 所示。 a 變壓器模型 b 變壓器模型參數(shù)設置 圖 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，零序值近似為 倍的正序值，根據(jù)要求再做相應的標幺值歸算，具體設置如圖 a 、 b 所示。 a 輸電線模型 b 輸電線模型參數(shù)設置 圖 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，設置參數(shù)框圖如圖 所示。 a 測量計模型 b 測量計模型參數(shù)設置 圖 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，現(xiàn)根據(jù)上一節(jié)圖 可以建立 MATLAB 環(huán)境下的電路模型，如圖 所示，其參數(shù)同上圖 設置。 圖 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，如圖 a 、 b 所示，其設置應當與前述 PSCAD中的設置基本一致， Source1 和 Source2 的電壓為 ，容量為 30MVA，內(nèi)阻，其他采用默認設置。 a 電源模型 b 電源模型參數(shù)設置 圖 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，模型及其參數(shù)設置如圖 a 、 b 所示。 a 變壓器模型 b 變壓器參數(shù)設置 圖 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)，因而兩者關系為：，其中 50Hz。該模型如圖 a 、 b 所示。 a 輸電線模型 b 輸電線模型參數(shù)設置 圖 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，如圖 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 圖 測量計元件 統(tǒng)的故障設置 1. PSCAD/EMTDC 的故障設置 在 PSCAD 中打開“ Breakers/Faults”工具箱找到如圖 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 。其中故障類型端點由圖 b 所示的調(diào)節(jié)盤控制，故障投入端點由圖 c 所示，根據(jù)要求加入相應的邏輯關系控制環(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 圖 故障控制單元 調(diào)節(jié)盤各數(shù)字代表的故障類型說明如下表 所示： 表 調(diào)節(jié)盤的位置含義 位置 故障類型 位置 故 障類型 1 A 相接地 6 BC 兩相接地 2 B 相接地 7 ABC 三相接地 3 C 相接地 8 AB 兩相間 位置 故障類型 位置 故障類型 4 AB 兩相接地 9 AC兩相間 5 AC 兩相接地 10 BC 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。此處設定系統(tǒng)的運行時間為 ，在 時投入故障，持續(xù)時間為 。 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”電力元器件中找到故障模塊如 圖 a 所示，其相應的參數(shù)框圖如圖 b 所示。 a 故障控制模型 b 相應的故障參數(shù)設置框圖 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。 真分析 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 時投入故障，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。通過附錄 A 中的圖 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，由波形圖 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，從附錄 A 中的圖 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，從附錄 A 中的圖 a 、 b 觀察得到電流幅值最高可達近 。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。 基于 PSCAD/EMTDC 和 MATLAB 的電磁暫態(tài)接口仿真研究 PSCAD 和 MATLAB 的接口介紹 EMTDC electromagic 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)境下構造仿真電路，運行、分析結果和處理數(shù)據(jù)，保證并提高了研究工作的質量和效率【 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】 。 PSCAD/ EMTDC 是暫態(tài)分析程序， MATLAB 是數(shù)學模型軟件包，它們之間具有互補性，通過兩者之間的接口能把它們的優(yōu)點結合起來。通過 PSCAD/EMTDC 程序與 MATLAB 語言接口 以下稱 PSCADMATLAB 接口 ，用戶可以將 MATLAB 中的數(shù)學和控制功能模塊 包括各種工具箱 應用到 PSCAD/ EMTDC 程序中。同時，用戶還可以通過編制 M 文件來定義用戶所 需的元件模型。由于 M 文件采用語法簡單、可讀性強、調(diào)試容易、人機交互性強的 MATLAB 語言來編制，因此用戶可以方便地根據(jù)需要自定義元件模型，這些用戶自定義元件模型可以跟 PSC