基于matlab语言的电力系统暂态稳定仿真

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1、基于MATLAB语言的电力系统暂态稳定仿真　　张晓春，郭小进，邹登海，王良佑               （武汉电力学校电力科技开发公司，湖北武汉　430079）　　　　［摘　要］　介绍了MATLAB环境下Simulink动态仿真工具及电力系统工具箱的功能和特点；利用Simulink环境下的电力系统工具箱，进行一个单机对无穷大系统的暂态稳定仿真；讨论了建模及仿真方法。　　［关键词］　电力系统；数字仿真；暂态稳定　　　　MATLAB语言是MathWorks公司在80年代推向市场的一种数值型计算软件。MATLAB具有编程效率高、程序设计灵活、图形功能强

2、等优点，它已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。MATLAB提供的Simulink工具箱是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持多种采样速率的多速率系统。　　Simulink为用户提供了用方框图进行建模的模型接口。它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。并且用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，用户可以用从上到下或从下到上的结构创建模型。　　电力系统工具箱（PowerSystemBlockset以下简称PSB）在Simu

3、link环境下使用。电力系统工具箱提供了一个现代化的设计工具，它使科学家、工程师能迅速建立模型，并立即仿真。不但电路模型能够快速建立起来，而且与之相联系的机械、热力、控制系统及其它设备规律的分析均包含在其中。这是因为电力系统部分的仿真是同Simulink范围内的其它工具箱相联系的。由于Simulink以MATLAB作为计算基础，所以MATLAB的其它工具箱也可以同时被用户使用。PSB仿真结果的有效性已被加拿大魁北克电站的运行数据、试验数据以及其仿真实验室提供的数据所证实［1］。1　MATLAB中的电力系统工具箱　　　　在MATLAB提示符下键入po

4、werlib命令，这个命令打开Simulink窗口，并且展示电力系统工具箱中的不同子模块工具箱。在powerlib中几乎提供了组成电力系统的所有元件，如机电设备、电力电子元件、测量元件等。信号显示、模块连接等模块一般可以在Simulink工具箱中找到。同时，用户可以根据需要在Simulink环境下定制自己特殊的模块。在powerlib中提供了图形用户界面（powergui），它可以使电路稳态分析得到简化，并且MATLAB中的power2sys函数可以将电路仿真结果转换为A、B、C、D4个矩阵表示的状态变量形式，实现对仿真结果的计算和分析。　　PSB

5、同EMTP（ElectromagneticTransientsProgram）仿真软件相比较，具有以下特点：   工作平台。PSB在Microsoftwindows95或WindowsNT的操作系统下使用，具有友好的用户界面。EMTP在DOS操作系统下使用，与PSB相比其用户界面较差。　　建立仿真模型。PSB提供了MATLAB窗口命令建模及用其图形库中图形直接建模2种形式，对于图形建模只需简单的“激活和拖曳”过程就可以建立模型。EMTP是在DOS／Edit下使用命令建立模型。因此，PSB建立模型更方便、直观。　　仿真参数设置与仿真结果的分析。PSB

6、图形建模仿真参数的设置，是对Simulation／Parameters菜单的选项进行设置，并能将仿真结果返回到MAT－LAB工作空间，因此可以直接运用MATLAB中的命令、函数及其它工具箱对仿真结果进行分析，其编程效率极高。EMTP通过命令设置仿真参数，仿真结果以文件的形式保存，需要编制基础的分析软件，编程效率较低。　　仿真速度。由于PSB是在MATLAB支持下进行仿真，而MATLAB的程序是解释执行，所以仿真速度较慢。EMTP仿真是DOS下的一个应用程序，所以仿真速度较快。2　电力系统暂态稳定仿真实例2．1　系统接线方式　　电力系统同步运行稳定性

7、分析中，常采用的模型是单机对无穷大系统（SMIB），这是一种最简单的、也是最基本的运行方式，如图1所示。   δ——功角；Em——发电机电势；　　　　　U——系统母线电压。　　假定在发电机高压母线上发生三相金属性短路，t＝t0时刻切除故障，可以用等面积定则判断发电机的暂态稳定性。下面将采用仿真来观察发电机运行情况。在我国，目前仍然以三相短路作为考核暂态稳定的扰动模式之一。因此在以下的仿真中采用的故障形式为三相短路［4］。2．2　建立仿真模型   单机对无穷大系统的仿真模型如图2所示。　　图2中，S是无穷大系统模型，用powerlib中Inducti

8、vesourcewithneutral模块表示；G是一个子模块，在这个子模块中包含发电机模型（Syn－chronousMa