【正文】 介紹 進(jìn)入 MATLAB系統(tǒng)后打開模塊庫瀏覽窗口，用鼠標(biāo)左鍵雙擊其中的 Power System Blocks即可彈出電力系統(tǒng)工具箱模塊庫，它包括連接元件庫 (Connectors)，電源庫 (Electrical Sources)，基本元件庫 (Elements)，元件庫 (Extra Library)，電機(jī)元件庫 (Machines)，測量元件庫 (Measurements)和電力電子元件庫 (Power Electronics)。利用這些庫模塊及其它庫模塊，用戶可方便、直觀地建立各種系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真。這部分可以仿真交流輸電線裝置。這些設(shè)備模型不僅可以單獨(dú)進(jìn)行仿真而且可以組合在一起仿真整流電路等直流輸變電的電力電子設(shè)備。這些模型可以仿真電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)設(shè)備，電力拖動設(shè)備等。如接地設(shè)備、輸電線母線等。這 一部分還起著連接 SIMULINK 模型與 POWERLIB 模型的作用。 SIMULINK 簡單模型的建立 1．簡單模型的建立 （ 1）建立模型窗口。 （ 3）對模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型。 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 12 （ 2） IMULINK 的模型具有層次性，通過底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)。 SIMULINK 功能模塊的處理 功能模塊的基本操作，包括模塊的移動、復(fù)制、刪除、轉(zhuǎn)向、 改變大小、模塊命名、顏色設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、屬性設(shè)定、模塊輸入輸出信號等。 2．在模型窗口中，選中模塊，則其 4 個角會出現(xiàn)黑色標(biāo)記。 （ 1）移動：選中模塊，按住鼠標(biāo)左鍵將其拖曳到所需的位置即可。 （ 2）復(fù)制：選中模塊，然后按住鼠標(biāo)右鍵進(jìn)行拖曳即可復(fù)制同樣的一個功能模塊。若要刪除多個模塊，可 以同時(shí)按住 Shift 鍵，再用鼠標(biāo)選中多個模塊，按 Delete 鍵即可。 （ 4）轉(zhuǎn)向：為了能夠順序連接功能模塊的輸入和輸出端，功能模塊有時(shí)需要轉(zhuǎn)向?；蛘咧苯影?Ctrl+F 鍵執(zhí)行 Flip Block，按 Ctrl+R 鍵執(zhí)行 Rotate Block。 （ 6）模塊命名： 先用鼠標(biāo)在需要更改的名稱上單擊一下，然后直接更改即可。 Hide Name 可以隱藏模塊名稱。 （ 8）參數(shù)設(shè)定：用鼠標(biāo)雙擊模塊，就可以進(jìn)入模塊的參數(shù)設(shè)定窗口，從而對模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。通過對模塊的參數(shù)設(shè)定，就可以獲得需要的功能模塊。包括 Description 屬性、 Priority 優(yōu)先級屬性、 Tag 屬性、 Open function 屬性、Attributes format string 屬性。 （ 10）模塊的輸入輸出信號：模塊處理的信號包括標(biāo)量信號和向量信號；標(biāo)量信號是一種單一信號，而向量信號為一種復(fù)合信號，是多個信號的集合，它對應(yīng)著系統(tǒng)中幾條連線的合成。某些模塊通過對參數(shù)的設(shè)定，可以使模塊輸出向量信號。用鼠標(biāo)可以在功能模塊的輸入與輸 出端之間直接連線。 1．改變粗細(xì)：線所以有粗細(xì)是因?yàn)榫€引出的信號可以是標(biāo)量信號或向量信號，當(dāng)選中Format 菜單下的 Wide Vector Lines 時(shí)，線的粗細(xì)會根據(jù)線所引出的信號是標(biāo)量還是向量而改變，如果信號為標(biāo)量則為細(xì)線，若為向量則為粗線。 2．設(shè)定標(biāo)簽：只要在線上雙擊鼠標(biāo)，即可輸入該線的說明標(biāo)簽。 3．線的折彎：按住 Shift 鍵，再用鼠標(biāo)在要折彎的線處單擊一下，就會出現(xiàn)圓圈，表示折點(diǎn)，利用折點(diǎn)就可以改變線的形狀?；蛘甙醋?Ctrl 鍵，并在要建立分支的地方用鼠標(biāo)拉出即可。運(yùn)行一個仿真的完整過程分成三個步驟：設(shè)置仿真參數(shù)，啟動仿真和仿真結(jié)果分析。 Solver 頁，它允許用戶設(shè)置仿真的開始和結(jié)束時(shí)間，選擇解法器，說明解法器參數(shù)及選擇一些輸出選項(xiàng)。 Diagnostics 頁，允許用戶選擇 Simulink 在 仿真中顯示的警告信息的等級。 ① 仿真時(shí)間：注意這里的時(shí)間概念與真實(shí)的時(shí)間并不一樣，只是計(jì)算機(jī)仿真中對時(shí)間的一種表示，比如 10 秒的仿真時(shí)間，如果采樣步長定為 ，則需要執(zhí)行 100 步，若把步長減小，則采樣點(diǎn)數(shù)增加，那么實(shí)際的執(zhí)行時(shí)間就會增加?？偟恼f來，執(zhí)行一次仿真要耗費(fèi)的時(shí)間依賴于很多因素，包括模型的復(fù)雜程度、解法 器及其步長的選擇、計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的速度等等。變步長模式可以在仿真的過程中改變步長，提供誤差控制和過零檢測。用戶還可以在第二個下拉選項(xiàng)框中選擇對應(yīng)模式下仿真所采用的算法。 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 14 ode45：缺省值，四 /五階龍格－庫塔法，適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng)，但不適用于剛性（ stiff）系統(tǒng)。一般來說，面對一個仿真問題最好是首先試試 ode45。也是一個單步解法器。 ode113 是一種多步解法器，也就是在計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻輸出時(shí)，它需要以前多個時(shí)刻的解。也是一種多步解法器。 ode23s：它是一種單步解法器，專門應(yīng)用于剛性系統(tǒng)，在弱誤差允許下的效果好于ode15s。 ode23t：是梯形規(guī)則的一種自由插值實(shí)現(xiàn)。 ode23tb：是 TRBDF2 的一種實(shí)現(xiàn)， TRBDF2 是具有兩個階段的隱式龍格－庫塔公式。 固定步長模式解法器有： ode5， ode4， ode3， ode2， ode1 和 discrete。 ode4：四階龍格－庫塔法，具有一定的計(jì)算精度。 ode2：改進(jìn)的歐拉法。 discrete：是一個實(shí)現(xiàn)積分的固定步長解法器，它適合于離散無連續(xù)狀態(tài)的系統(tǒng)。 Maximum step size（最大步長參數(shù)）：它決定了解法器能夠使用的最大時(shí)間步長，它的缺省值為 “ 仿真時(shí)間 /50” ，即整個仿真過程中至少取 50 個取樣點(diǎn)，但這樣的取法對于仿真時(shí)間較長的系統(tǒng)則可能帶來取樣點(diǎn)過于稀疏，而使仿真結(jié)果失真。 Initial step size（初始步長參數(shù)）：一般建議使用 “auto” 默認(rèn)值即可。 Absolute tolerance（絕對誤差）：表示誤差值的門限，或者是說 在狀態(tài)值為零的情況下，可以接受的誤差。 2．啟動仿真 設(shè)置仿真參數(shù)和選擇解法器之后，就可以啟動仿真而運(yùn)行。如果一切設(shè)置無誤，則開始仿真運(yùn)行，結(jié)束時(shí)系統(tǒng)會發(fā)出一鳴叫聲。 基本圖形對象分為控件對象和用戶界面菜單對象，簡稱控件和菜單 。當(dāng)某一事件發(fā)生時(shí)，應(yīng)用程序會做出響應(yīng)并執(zhí)行某些預(yù)定的功能子程序 （ Callback） 。一種為靜態(tài)控件，是一種不產(chǎn)生響應(yīng)的控件，如文本框等。屬性由兩部分組成：屬性名和屬性值，它們必須是成對出現(xiàn)的 。 （ 2） 開關(guān)按鈕 (Toggle Button)： 產(chǎn)生一個動作并指示一個二進(jìn)制狀態(tài)（開或關(guān)），當(dāng)鼠點(diǎn)擊它時(shí)按鈕將下陷，并執(zhí)行 callback（回調(diào)函數(shù)）中指定的內(nèi)容，再次點(diǎn)擊，按鈕復(fù)原，并再次執(zhí)行 callback 中的內(nèi)容 。 （ 4） 復(fù)選框 (Check Boxes)：單個的復(fù)選框用來在兩種狀態(tài)之間切換，多個復(fù)選框組成一 個復(fù)選框組時(shí)，可使用戶在一組狀態(tài)中作組合式的選擇，或稱為多選項(xiàng)。 （ 6） 靜態(tài)文本框 (Static Texts)：僅僅用于顯示單行的說明文字。 （ 8） 邊框 (Frames)：在圖形窗口圈出一塊區(qū)域。 （ 10） 彈出式菜單 (Popup Menus)： 讓用戶從一列菜單項(xiàng)中選擇一項(xiàng)作為參數(shù)輸入。 3． 控件對象的屬性 (Attributes of controller object) 用戶可以在創(chuàng)建控件對象時(shí)，設(shè)定其屬性值，未指定時(shí)將使用系統(tǒng)缺省值。 GUI 開發(fā)環(huán)境 (GUI Development Environment, GUIDE) MATLAB 提供了一套可視化的創(chuàng)建圖形窗口的工具，使用用戶界面開發(fā)環(huán)境可方便的創(chuàng)建 GUI應(yīng)用程序 , 它可以根據(jù)用戶設(shè)計(jì)的 GUI 布局，自動生成 M 文件的框架，用戶使用這一框架編制自己的應(yīng)用程序。布 局編輯器是可以啟動用戶界面的控制面板，上述工具都必須從布局編輯器中訪問，用 guide 命令可以啟動，或在啟動平臺窗口中選擇 GUIDE 來啟動布局編輯器。 5． 菜單編輯器 (Menu Editor)建立窗口菜單條的菜單和任何構(gòu)成布局的彈出菜單 在 MATLAB 中， GUI 的設(shè)計(jì)是以 M文件的編程形式實(shí)現(xiàn)的， GUI 的布局代碼存儲在 M 文件和 MAT 文件中，而在 MATLAB6 中有了很大的改變， MATLAB6 將 GUI 的布局代碼存儲在 FIG文件中，同時(shí)還產(chǎn)生一個 M 文件用于存儲調(diào)用函數(shù)，在 M文件中不再包含 GUI 的布局代碼，在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)代碼量大大減少。 （ 2） 使用幾何位置排列工具 對控件的位置進(jìn)行調(diào)整。 （ 4） 設(shè)置其他繪圖屬性。 3． 編寫代碼 (Edit code) GUI 圖形界面的功能 ,還是要通過一 定的設(shè)計(jì)思路和計(jì)算方法 ,由特定的程序來實(shí)現(xiàn)。 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 17 第 3 章 單相橋式全控整流及有源逆變電路 的 MATLAB 仿真 單相橋式全控整流及有源逆變電路的 原理和 仿真模型 單相橋式全控整流及有源逆變電路的原理 圖 31為 單 相 橋 式 整 流 帶 電 阻 電 感 性 負(fù)載 ，其 輸出 負(fù)載 R用 D42 三相可調(diào)電 阻 器， 將兩 個 900Ω 接成 并 聯(lián) 形式，電 抗 Ld用 DJK02 面板上的 700mH，直流電壓、電流 表均 在 DJK02面板上。 圖 32為 單 相 橋 式有源 逆 變 原 理圖，三相電源經(jīng)三相不控 整 流， 得到 一 個 上 負(fù) 下正 的直流電源，供 逆 變 橋 路使用， 逆 變 橋 路 逆 變 出 的交流電壓經(jīng) 升 壓變壓器 返 饋回 電 網(wǎng) 。圖 中 的電 阻 R、電 抗 Ld和 觸發(fā) 電路 與 整 流所用相同。 （ 2）提取電路與器件模塊，組成上述電路的主要元件有交直流電源，晶閘管、 RLC 負(fù)載、脈沖信號發(fā)生器、選路器等。負(fù)載可以根據(jù)需要設(shè)成純電阻、純電感、阻感等，此例中為電阻負(fù)載 R=2Ω ， α =120? ? 圖 34 Pulse1 參數(shù)設(shè)置對話框 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 20 圖 35 選路器 Selectoe 參數(shù)設(shè)置對話框 圖 36 晶閘管設(shè)定 模型仿真及仿真結(jié)果 圖 37 單相橋式全控整流及有源逆變電路 （電阻負(fù)載 R=2）仿真曲線 ? =120? 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 21 圖 38 電阻負(fù)載 R= L= 的仿真曲線 ? =120? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 當(dāng) ? =120? 90? 時(shí) , 負(fù)載電壓 Ud 的波形負(fù)面積大于正面積，平均值為負(fù)值；輸出電流Id 的方向沒變，故負(fù)載有 ? =60? 90? 時(shí)的消耗功率轉(zhuǎn)變?yōu)?? =120? 90? 時(shí)的回饋功率，這正是整流到逆變的 轉(zhuǎn)換。 第一，帶阻抗負(fù)載時(shí)，電流逐漸增大，經(jīng)過幾個周期后達(dá)到穩(wěn)態(tài)，電路的工作情況與理論分析基本一致。 第三，帶電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻電壓和電流的波形相同，呈線性關(guān)系；帶阻感負(fù)載時(shí)，電流變化很小，這是由于電感對負(fù)載電流其平波作用。 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 22 第 4 章 三相半波整流及有源逆變電路的 MATLAB 仿真 三相半波整流及有源逆變電路 (阻感性負(fù)載 )的原理和仿真模型。不足之處是晶閘管電流即變壓器的副邊電流在一個周期內(nèi)只有 1/3 時(shí)間有電流流過，變壓器利用率較低。直流電壓、電流表由 DJK02 獲得。直流電壓、電流表均在 DJK02 上。 三相半波整流及有源逆變電路模型 仿真模型使用模塊的參數(shù)設(shè)置 （ 1）三相電源。 （ 2）六脈沖同步信號發(fā)生器 6pulse 內(nèi)部構(gòu)造 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 24 （ 3） 晶閘管參數(shù)設(shè)置如圖 （ 4）阻感性負(fù)載 R=1Ω 、 L= 選擇仿真 終止時(shí)間為 ，采用變步長算法 ode23tb(stiff／ TR． BDF2) （ 4）三相半波可控整流器模型 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 25 模型仿真及仿真結(jié)果 ： 負(fù)載電壓、電流和電壓平均值波形 150??? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 : 由圖可見，當(dāng) 150???時(shí)，變流裝置工作在逆變狀態(tài)，負(fù)載電壓 Ud 為負(fù)值；而 E Ud? ，所以負(fù)載電流 E UdId R?? 的方向不變， 其值取決于表達(dá)式分子分母的大小。 逆變角 b及逆變電壓的計(jì)算 三相半波電路在整流和逆變范圍內(nèi)，只要電流連續(xù)，每個晶閘管的導(dǎo)通角都是 2p/3，故不論控制角 a為何值，直流側(cè)輸出電壓的平均值和 a 的關(guān)系都為 為分析和計(jì)算方便起見，電路進(jìn) 入逆變狀態(tài)時(shí)，通常用逆變角 b 表示。 石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 26 第 5 章 三相橋式整流及有源逆變電路的 MATLAB 仿真 三相橋式整流及有源逆變電路 的原理和 仿真模型 三相橋式整流及有源逆變電路 的原理 實(shí)驗(yàn)線路 如 圖 51及圖 52所示。 集 成 觸發(fā) 電路的 原 理可參 考 有 關(guān) 內(nèi)容，三相 橋 式 整 流及 逆 變電路的 工 作 原 理可參見電力電子技術(shù) 教材 的有 關(guān) 內(nèi)容。 在三相 橋 式有源 逆 變電路 中 ，電 阻 、電 感與 整 流的一 致 ， 而三相不控 整 流及 心 式變壓器 均 在 DJK10掛件上，其 中 心 式變壓器用作 升 壓 U1V T 3K1K4G6K5V T 1正橋功放I1三相電源輸出AG3RG5K3Uc