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1、基于Matlab的电力系统故障的仿真分析计算机仿真技术已成为电力系统研究、规划、设计和运行等各个方面的重要方法和手段,由于Matlab具有很良好的开发性、高效的数据仿真分析,特别是信号处理和直观的图形显示功能,且Matlab/Simulink环境下的PSB模型库及Simulink强大的二次开发功能和丰富的工具箱,能快速而准确地对电路及更复杂的电气系统进行仿真、计算.因此,它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析和辅助设计的理想工具.文章介绍了Matlab/Simulink的基本特点及应用M
2、atlab进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤,探讨了综合利用其Simulink环境、电力系统模块库和相关工具进行电力系统的控制设计和仿真分析,通过对具有同步发电机光控励磁系统的电力系统故障仿真分析,说明了Matlab在电力系统仿真中强大的功能.1 应用Matlab/Simulink进行电力系统仿真分析的基本方法1.1 Simulink环境下仿真工具图形编辑器(PowerSystemBlockset以下简称PSB)是一个图形编辑器工具,在Simulink环境下能建立电力系统原理并进行仿真计算.PSB库提供了电力系统仿真通用
3、的元件和装置,包括RLC支路和负载、变压器、传输线、避雷器、电机、电力电子装置等.只需通过点击和拖放PSB库内的模型即可建立用户所需要的电力系统仿真原理图,并利用模型元件的对话框来设置相关参数.使用Simulink提供的示波器模型,可显示观测点处的仿真结果及其波形.1.2 模型库根据电力系统各种电气设备特性,可将PSB库内的模型分为电源、元件、电力电子器件、电机、连接器和测量等部分.元件包括单相RLC支路和和负载模块、变压器、互感器、π型传输线、避雷器、断路器、n相分布参数线路模型等.利用Simulink二次开发功能,可方
4、便地编辑出更复杂的元件模型和集成参数对话框.电力电子包括通用的半导体元件,每个元件(除二极管外)都有门极控制输入端和Simulink输出端,可显示开关的电压和电流值.电机包括简化的和详细的同步电机、异步电机、励磁机、永磁同步电机和涡轮机等.每个模块有一个Simu2link输出来显示内部变量状态值.1.3 仿真方法和步骤Matlab实现对电力系统的仿真和分析至少有二种独立的方法.1)传统的编程方法,即通过大量的代码来实现电力系统的建模、稳态计算和暂态分析等等;但由于Matlab提供了用户可以直接调用已有的高性能数值计算.如矩
5、阵求逆、数值微积分等等,较使用C或Fortran语言开发其源程序却要简洁得多,可节省大量内存空间和开发时间.2)Simulink平台上进行仿真分析,按建模方法分为器件级仿真(又称为物理建模)和系统仿真(又称为数学建模).其中器件级仿真是利用Mat2lab的PSB中固有元件模型构建新元件的物理模型,该方法一般适用于探讨元件的内部性能;系统仿真是利用MatlabPSimulink中的控制模块来构建新元件的数学模型,该方法是研究元件的外部特性.在MatlabPSimulink平台上,借助于鼠标点击和拖放以及一些必要的参数设置即可
6、实现对电力系统的稳态和暂态分析,并可方便地研究各种先进的控制方法对电力系统的控制效果.实际上,在实际应用中,特别是对复杂电力系统的仿真分析,两种方法通常交替融合使用.应用Matlab进行电力系统仿真的主要步骤为:a系统模型的建立;b设置仿真参数和控制算法的实现;c进_______行动态仿真(包括稳态分析和暂态仿真);d结果分析.2 仿真实例使用Matlab6.0的Simulink建立单机对无穷大系统的仿真模型如图(1)所示.单机即光控励磁图1 光控励磁同步发电机系统故障模型系统同步发电机[1];无穷大系统模型,用power
7、lib中inductivesourcewithneutral模块表示;发电机模型(synchronousmachine)、变压器模型(lineartrans2formerd,yg)以及调速系统模(hydraulicturbineandgovernor即HTG);系统负荷10mV;故障时间由Timer模块控制.powergui模块中的machineloadflow;Bustype为pvgenerator;仿真参数如下:同步发电机容量200MW;UAB=15.75kV;变压器容量240MVA;电压变比15.75kVP230kV
8、.其仿真结果:当Fault模块为单相故障时,模块内部构成如图2(a)所示,以A相故障为例.其中负荷为10MW,选择SimulationPStart按钮,开始仿真.在t=1s发生故障切除后母线电流、电压波形,用Matlab6.0中Subplot及Plot命令绘出仿真结果,如图3(a)所示.当Fault模块
