【正文】 第二章 電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 9 進(jìn)一步提高仿真的速度。 ③利用定步長梯形積分算法進(jìn)行仿真計(jì)算，為快遞仿真和實(shí)時(shí)仿真提供模型離散化方法。 ①標(biāo)準(zhǔn)的 AC 和 DC 電機(jī)模型模塊、變壓器、輸電線路、信號(hào)和脈沖發(fā)生器、 HVDC控制、 IGBT 模塊和大量設(shè)備模型。 由于 SIMULINK完全集成于 MATLAB，在 SIMULINK下計(jì)算的結(jié)果可以保存到 MATLAB工作空間之中，因而就能使用 MATLAB 所具有的眾多分析、可視化及工具箱工具操作數(shù)據(jù)。 SIMULINK 的示波器可以動(dòng)畫和圖像顯示數(shù)據(jù)，運(yùn)行中可調(diào)整模型參數(shù)進(jìn)行 Whatif 分析，能夠在仿真運(yùn)算進(jìn)行時(shí)監(jiān)視仿真結(jié)果。為方便大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的操作， SIMULINK 還提供了模型結(jié)構(gòu)瀏覽的功能。在此基礎(chǔ)上，整個(gè)系統(tǒng)可以按照自定向下或自底向上的方式搭建。 SIMULINK 的分級(jí)建模能力使得體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型構(gòu)建也簡便易行。同時(shí)， SIMULINK 還未用戶準(zhǔn)備一個(gè)圖形化的調(diào)試工具，以輔助用戶進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。先進(jìn)的常微分方程求解器可用于求解剛性和非剛性的系統(tǒng)、具有時(shí)間觸發(fā)或不連續(xù)的系統(tǒng)和具有代數(shù)環(huán)的系統(tǒng)。 ④快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬。用戶也可以修改已有模塊的圖標(biāo)，重新設(shè) 定對話框，甚至換用其他形式的彈出菜單和復(fù)選框。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 8 ③增添定制模塊元件和用戶代碼。模塊包括輸入信號(hào)源、動(dòng)力學(xué)元件、代數(shù)函數(shù)和非線性函數(shù)、數(shù)據(jù)顯示模塊等。只需在 SIMULINK 元件庫中選出合適的模塊并施放到 SIMULINK 建模窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊連續(xù)就可以了。 ②以直觀的方式建模。 SIMULINK 是一種圖形化的仿真工具，用于對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和控制規(guī)律的研究制定。依托 SIMULINK 強(qiáng)健的仿真能力，用戶在原型機(jī)制造之前就可建立系統(tǒng)的模型，從而評(píng)估設(shè)計(jì)并修復(fù)瑕疵。 （ 2） SIMULINK的特點(diǎn) SIMULINK 是一種強(qiáng)有力的仿真工具，它能讓使用者在圖形方式下以最小的代價(jià)來模擬真實(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行。和其他的高級(jí)成粗相比， MATLAB 撐血的執(zhí)行速度較慢。而對于數(shù) 組，不論是算術(shù)的運(yùn)算，還是關(guān)系或邏輯的運(yùn)算，甚至于調(diào)用函數(shù)的運(yùn)算，形式上可以當(dāng)作整體，有一套有別于矩陣的、完整的運(yùn)算符和運(yùn)算函數(shù)，但實(shí)質(zhì)上卻是針對數(shù)組的每個(gè)元素施行的。 ①應(yīng)用程序接口功能強(qiáng)大， 在 MATLAB 中，矩陣運(yùn)算是把矩陣視為一個(gè)整體來進(jìn)行，基本上與線性代數(shù)的處理方法一致。 ⑤語言簡潔，編程效率高：因?yàn)?MATLAB 定義了 專門用于矩陣運(yùn)算的運(yùn)算符，使得矩陣運(yùn)算就像列出算式執(zhí)行標(biāo)量運(yùn)算一樣簡單，而且這些運(yùn)算符本身就能執(zhí)行向量和標(biāo)量的多種運(yùn)算。 ④強(qiáng)大的繪圖能力，便于數(shù)據(jù)可視化： MATLAB 不僅能繪制多種不同坐標(biāo)系中的二維曲線，還能繪制三維曲面，體現(xiàn)了強(qiáng)大的繪圖能力。 MATLAB 程序書寫形式自由，利用豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。 MATLAB 提供了和 C 語言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用MATLAB 的運(yùn)算符將使程序變得極為簡單。它還具有許多高性能數(shù)學(xué)計(jì)算的高級(jí)算法，庫函數(shù)極其豐富，使用方法方便靈活。 ②提供了強(qiáng)大的數(shù)字應(yīng)用功能。 MATLAB 的特點(diǎn)可以概括為以下七點(diǎn)： ①提供了便利的開發(fā)環(huán)境。 提供了新的應(yīng)用程序庫，發(fā)展歷程見表 21. 表 21 SimPowerSystems 庫發(fā)展簡史 時(shí)間 MATLAB SIMULINK SimPowerSystems 1984 MATLAB 1993 MATLAB SIMULIB 1996 MATLAB （ R08） 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 6 1997 MATLAB (R9) 1998 MATLAB (R10) MATLAB (R11) MATLAB () 2020 MATLAB (R12) 2020 MATLAB () 2020 MATLAB (R13) SIMULINK5 (R13) (R14) (R14SP1) (R14 SP2) (R14 SP3) (R2020a) (R2020b) (R2020c) MATLAB 與 SIMULNK 的特點(diǎn) （ 1） MATLAB 的特點(diǎn) 自從 MathWorks 公司推出 MATLAB 后， MATLAB 以其優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算能力和卓越的數(shù)據(jù)可視化能力很快在數(shù)學(xué)軟件中脫穎而出。 2020 年 9月推出的 對 SIMULINK 進(jìn)行拓展，提供了可適合基本電子電路和具體電力系統(tǒng)的建模與仿真工具。 2020年， MATLAB 推出 R13 版本，將 SimPowerSystems 更名，當(dāng)年的版本為 . 2020 年，推出的 。 1998年，當(dāng)時(shí)以 SimPowerSystems（ PSB）命名的電力系統(tǒng)模塊集跟隨 。他建立在加拿大 HydroQuebec電力系統(tǒng)測試和仿真實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，并由 HydroQuebec 開發(fā)而成，功能非常強(qiáng)大， SimPowerSystems 庫提供了 一種類似電路建模的方式進(jìn)行建模繪制，在仿真前，自動(dòng)將仿真系統(tǒng)圖編程狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，然后再SIMULINK下進(jìn)行仿真分析。由于 SIMULINK 的仿真平臺(tái)使用方便，功能強(qiáng)大，因此后來拓展的其他模型庫也都共同使用了這個(gè)仿真環(huán)境名稱為了MATLAB 的公共平臺(tái)。SIMULINK 的出線使得 MATLAB 在控制系統(tǒng)方針以及電腦輔助設(shè)計(jì)（ CAD）中的應(yīng)用開創(chuàng)了嶄新的一頁。也就是說，可以直接利用鼠標(biāo)在模型窗口中畫出所需要的 控制系統(tǒng)模型，然后再利用該軟件提供的功能來對付控制系統(tǒng)直接進(jìn)行模擬。該軟件發(fā)布后很快就在控制領(lǐng)域得到了廣泛的使用，但是，因?yàn)槠涿峙c著名的軟件 SIMULA 類似，所以 1993 年改名為 SIMULINK，意思是仿真鏈接。 （ 2） simlink 發(fā)展簡史 Simlink 是 Math works 公司開發(fā)的有一個(gè)產(chǎn)生重大影響的軟件產(chǎn)品，為了準(zhǔn)確的分析控制系統(tǒng)，的復(fù)雜模型， 1990 年 Math works 公司為 MATLAB 提供了嶄新的控 制系 統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具，并命名為 SIMULAB，它以工具庫的形式接在 版上?，F(xiàn)在的MATLAB 支持各種操 作系統(tǒng)，它可以運(yùn)行在十幾個(gè)操作平臺(tái)上，其中比較常見的有基于 Windows 9X/NT， OS/2， Macintosh， Sun， UNIX， Linux，等平臺(tái)的系統(tǒng)。通過不斷的改進(jìn)， MATLAB 逐步發(fā)展成一個(gè)集數(shù)值處理、圖像 處理、符號(hào)計(jì)算、文字處理、數(shù)學(xué)建模、實(shí)時(shí)控制、動(dòng)態(tài)仿真、信號(hào)處理為一體的數(shù)字應(yīng)用軟件。 到了 1984 年， Cleve Moler 和 John Little 成立了 MathWorks 公司，發(fā)行了，正式把 MATLAB 推向市場。在MATLAB 下，矩陣的運(yùn)算變得非常容易。 MATLAB 與 SIMULINK 概述 MATLAB 與 SIMULINK 發(fā)展簡史 （ 1） MATLAB 發(fā)展簡史 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 4 20 世紀(jì) 70年代后期，新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系系主任的 Cleve Moler 和他的同事，希望在他的線性代數(shù)授課課程中使用 LINPACK 和 EISPACK 軟件。 1998 年 MathWorks 公司推出 了 版本，針對電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電力系統(tǒng)模塊。在許多國際一流學(xué)術(shù)刊物（尤其是信息科學(xué)刊物），都可以看到 MATLAB 的應(yīng)用。 今年來， MATLAB 由于其完整的專業(yè)體系和先進(jìn)的設(shè)計(jì)開發(fā)思路，在多個(gè)領(lǐng)路都有廣泛的應(yīng)用。電力系統(tǒng)數(shù)字仿真已成為電力系統(tǒng)的研究、規(guī)劃 、運(yùn)行、設(shè)計(jì)等各個(gè)方面不和或缺的工具，特別是電力系統(tǒng)新技術(shù)的開發(fā)研究、新裝置的設(shè)計(jì)、參數(shù)的確定更是需要通過仿真來確認(rèn)。目前， UPS 在現(xiàn)代社會(huì)之中的作用越來越重要，在電力電子產(chǎn)品應(yīng)用之中也已占有相當(dāng)大的份額 ]2[ 。利用電力電子技術(shù)進(jìn)行能量儲(chǔ)存和變換，可以有效地改善電能質(zhì)量，同 時(shí)，采用變速恒頻發(fā)電技術(shù)，可以將以上的新能源與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)向用戶輸送電能。 太陽能，風(fēng)能作為可再生能源，具有很大的發(fā)展空間。在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁與交流勵(lì)磁是由電力電子裝置控制的，可以達(dá)到節(jié)能和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。變流技術(shù)的控制也是從最初的分立元件組成的控制電路發(fā)展到集成控制器。而觸發(fā)電路就是屬于變流技術(shù)的一個(gè)分支部分。其中電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心和主體，控制技術(shù)是不可或缺的組成部分。實(shí)際應(yīng)用中，在某種場合得到的電源往往不能滿足用戶的要求，需要在兩種電能之間或?qū)νN電能的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)（如電壓、電流、頻率和功率因數(shù)等）進(jìn)行交換。 通常所用的電力有直流和交流兩種。它既是電子學(xué)在強(qiáng)電或電工領(lǐng)域的一個(gè)分支，又是電工學(xué)在弱點(diǎn)或電子領(lǐng)域的一個(gè)分沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 支，或者說是強(qiáng)弱結(jié)合的新學(xué)科。因此，此設(shè)計(jì)的前提與基礎(chǔ)就是了解電力電子技術(shù)的基本知識(shí)。 正是因?yàn)殡娏Π雽?dǎo)體器件的發(fā)展，使得電力電子技術(shù)也得到了質(zhì)的轉(zhuǎn)變！電力電子技術(shù)的發(fā)展是從低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子技術(shù)向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子技術(shù)方向發(fā)展 ]1[ 。 在電力半導(dǎo)體器件經(jīng)過的 50 多年 的發(fā)展里，在器件制造技術(shù)上不斷提高，已經(jīng)歷了以硅整流管 (SR)、晶閘管 (SCR)、可關(guān)斷晶閘管 (GTO)、功率晶體管 (GTR)、功率場效晶體管 (MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)為代表的分立器件，以功率集成器件為代表的 PIC 和以智能化功率集成模塊為代表的 IPM 發(fā)展時(shí)間。 第六章 結(jié)論 ............................................... 25 第七章 致謝 ............................................... 26 參考文獻(xiàn) .................................................. 27 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 引言 電力電子器件是構(gòu)成電力電子設(shè)備的基本元件，是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，其原理、特性和