Simulink的擴(kuò)展模塊庫(kù)SimPowerSystems

1、Simulink 的擴(kuò)展模塊庫(kù) SimPowerSystems電力電子系統(tǒng)的建模和仿真工具SimPowerSystems!在 Simulink 環(huán)境下進(jìn)行電力電子系統(tǒng)建模和仿真先進(jìn)工具。SimPowerSystemsHSimulink 下面的一個(gè)專用模塊庫(kù)，包含電氣網(wǎng)絡(luò)中常見(jiàn)的元器件和設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行模型描述。模型可與其它 Simulink 模塊的相連接，進(jìn)行一體化的系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)分析。一、SimPowerSystem 文用模塊庫(kù)的特點(diǎn)：1 .使用標(biāo)準(zhǔn)電氣符號(hào)進(jìn)行電力系統(tǒng)的拓?fù)鋱D形建模和仿真；2 .標(biāo)準(zhǔn)的 AC 和 DC 電機(jī)模型模塊；變壓器；傳輸線；信號(hào)和脈沖發(fā)生器；HV

2、DC 控制；IGBT模塊和大量設(shè)備模型，有斷路器，二極管，IGBT,GTO,MOSFET 和晶閘管；3 .使用 Simulink 強(qiáng)有力的變步長(zhǎng)積分器和零點(diǎn)穿越檢測(cè)功能，給出高度精確的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算結(jié)果4 .為快速仿真和實(shí)時(shí)仿真提供了模型離散化方法；5 .提供多種分析方法，可以計(jì)算電路的狀態(tài)空間表達(dá)、計(jì)算電流和電壓的穩(wěn)態(tài)解、設(shè)定或恢復(fù)初始電流/電壓狀態(tài)、電力機(jī)械的潮流計(jì)算；6 .提供了擴(kuò)展的電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模塊，如電力機(jī)械，功率電子元件，控制測(cè)量模塊和3 相元器件；7 .提供 36 個(gè)功能演示模型，可直接運(yùn)行仿真；8 .提供詳細(xì)的文檔，完整的描述了各個(gè)模塊和使用方法，還有 5 個(gè)詳細(xì)的案例。

3、二、SimPowerSystem 文用模塊庫(kù)的強(qiáng)大功能：（一）SimPowerSystems的模塊SimPowerSystems 中模塊的數(shù)學(xué)模型基于成熟的電磁和機(jī)電方程，用標(biāo)準(zhǔn)的電氣符號(hào)表示。它們可以同標(biāo)準(zhǔn)的 Simulink 模塊一起使用建立包含電氣系統(tǒng)和控制回路的模型。連接通過(guò)與 SimPowerSystems 提供的測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)。SimPowerSystem 朗有近 100 個(gè)模塊，分別位于 7 個(gè)子模塊庫(kù)中。這些庫(kù)模塊涵蓋了以下應(yīng)用范圍：1 .電氣網(wǎng)絡(luò)（ElectricalSources&Elements）RLC 支路和負(fù)載，冗型傳輸線，線性和飽和變壓器，浪涌保護(hù)，電路分離器

4、，互感，分布參數(shù)傳輸線，3 相變壓器（2 個(gè)和 3 個(gè)繞組），AC 和 DC 電壓源，受控電壓源和受控電流源。2 .電力機(jī)械（Machines）完整或是簡(jiǎn)化形式的異步電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)，激磁系統(tǒng)和水輪機(jī)渦輪機(jī)/調(diào)速系統(tǒng)模型。3 .電力電子（PowerElectronics）二極管，簡(jiǎn)化/復(fù)雜品孫管，GTO,開關(guān),MOSFET,IGBT 和通用型橋接管模型。4 .控制和測(cè)量模塊（Measurements電壓、電流和電抗測(cè)量，RMS 測(cè)量，有功和無(wú)功功率計(jì)算，計(jì)時(shí)器，萬(wàn)用表，傅立葉分析，HVDC 控制，總諧波失真，abc 至 Udq0 和 dq0 至 Uabc 軸系變換

5、，3 相 V-I 測(cè)量，3 相脈沖和信號(hào)發(fā)生，3 相序列分析，3 相 PLL 和連續(xù)/離散同步 6-,12-脈沖發(fā)生器。5.三相網(wǎng)絡(luò)元器件（ElectricalSources&Elements）3 相 RLC 負(fù)載和支路，3 相斷路器，3 相，3 相電抗，冗型傳輸線，AC 電壓源，6-脈沖二極管和晶閘橋管，整流二極管，Y-A/Y/Y-A/YY-A 可配置 3 相變壓器。（二）與 Simulink 和 MATLAB 集成在一起SimPowerSystemsfSimulink 和 MATLAB 是無(wú)逢結(jié)合在一起的。仿真仍可使用 Simulink強(qiáng)大的的變步長(zhǎng)積分器一一其中有一些專為剛性系統(tǒng)

6、求解而設(shè)計(jì)來(lái)精確的計(jì)算電氣系統(tǒng)模型。另外，Simulink 的零點(diǎn)穿越檢測(cè)功能，能以機(jī)器數(shù)據(jù)精度水平計(jì)算檢測(cè)并求解不連續(xù)過(guò)程。MATLAB 及其工具箱所提供的功能同樣可以用來(lái)分析仿真結(jié)果，將其可視化，并進(jìn)一步做整個(gè)完整系統(tǒng)的建摸，仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。（三）交互式參數(shù)設(shè)定使用 SimPowerSystems 提供的 Powergui 模塊，用戶可以修改模型的初始狀態(tài)，從任何起始條件開始仿真分析。Powergui 交互式工具模塊提供的工具可以：顯示穩(wěn)態(tài)電壓和電流；顯示并修改初始狀態(tài)量；計(jì)算潮流和初始化機(jī)電摸塊；當(dāng)模型中存在電抗測(cè)量模塊時(shí)可顯示電抗相對(duì)頻率的變化；可使用控制系統(tǒng)工具箱的 LTIViewe

7、r 工具，進(jìn)行系統(tǒng)的時(shí)域、頻域響應(yīng)分析；生成穩(wěn)態(tài)計(jì)算分析報(bào)告。（四）仿真和分析通過(guò) SimPowerSystems勺測(cè)量模塊可以將電氣系統(tǒng)模型信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?Simulink 模型信號(hào)，并在示波器中顯示。電動(dòng)機(jī)和電力電子模塊的測(cè)量輸出端也可以直接輸出Simulink 模型信號(hào)。除了使用連續(xù)仿真求解器，SimPowerSystem 皿可以使用離散化模塊將模型離散化，利用定步長(zhǎng)梯形積分法進(jìn)行離散仿真計(jì)算。 這一特性能夠顯著提高仿真計(jì)算的速度一尤其是那些帶有電力電子設(shè)備的模型。另外，由于模型被離散化了，這時(shí)還可以用 Real-TimeWorkshop生成模型的代碼，進(jìn)一步提高仿真的速度。SimPower

8、Systems 以 M-文件形式提供了 power2sys 函數(shù)，可用于在仿真過(guò)程之外獲得電路的狀態(tài)空間模型表達(dá)。該函數(shù)分析電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并計(jì)算出等價(jià)狀態(tài)空間模型。在這個(gè)函數(shù)所提供信息的幫助下，可以使用諸如控制系統(tǒng)工具箱進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。（五）完善的文檔和示例除了產(chǎn)品使用的基本信息，SimPowerSystem 雕供的文檔還覆蓋了更多高級(jí)主題，如積分算法的選擇、如何提高仿真速度和定制模塊。文檔同樣包括了所有模塊的描述信息，5 個(gè)詳細(xì)的案例研究和一個(gè) 7 節(jié)課程使用教學(xué)。隨 SimPowerSystems 發(fā)布的還有 36 個(gè)可以直接運(yùn)行的演示模型。其中有一些展示了對(duì)某些有一定使用經(jīng)驗(yàn)的用戶

9、而言層次更高的建模概念。演示模型包括 6、12 脈沖HVDC 傳輸系統(tǒng)，3 相整流，MOSFET 變換，汽輪機(jī)/調(diào)速系統(tǒng)和一個(gè)說(shuō)明定步長(zhǎng)梯形法計(jì)算的電流飽和變壓器模型。這些都為 SimPowerSystems 的學(xué)習(xí)和使用建立了良好的起點(diǎn)。三、SimPowerSystem 文用模塊庫(kù)具體模塊介紹1. Continuous:（連接器元件庫(kù)有 10 種模塊）BusBarIhoriz)BusBarIhoriz)BusBar(thinhoriz)BusBar(thinhoriz)BusBarBusBarthinvertthinvertj jBusSar(vertBusSar(vert) )(input

10、.)(input.)LccnnectorLccnnectorlleutral(input)lleutral(input)Hautrsl(output)Hautrsl(output)_LGrcTind(output)2. ElectricalSources:（電源元件庫(kù)有 7 種電源功能模塊）3-FhasefinableVoltageS3-FhasefinableVoltageS urceurce3-FhaseSourceACCurrentSourceACCurrentSourceACACVeitageSourceVeitageSourceControlledCurrentSourceContr

11、olledVoltageSourceControlledVoltageSource1) DCVoltageSource 直流電壓源2) ACVoltageSource:交流電壓源3) ACCurrentSource 交流電流源4) ControlledVoltageSource 受控電壓源5) ControlledCurrentSource 受控電流源6) 3-PhaseSourceE 相電源7) 3-PhaseProgrammableVoltageSource:相可編程電壓源1LTDCVoltageSourceDCVoltageSource3 3- -PhasePhaseDynamiDyna

12、micLoadcLoad3-Phise3-PhiseMutualMutualInductanceZ1InductanceZ1- -ZOZO3 3- -Fh4S4Fh4S4F4rallF4rallelelRLRL firanchfiranch3-Ph-asa3-Ph-asaFarall&LFarall&LELCLoadELCLoad3 3- -rh4seSeriesrh4seSeriesRLCRLCBranchBranch3 3- -Pha5ePha5eS SHTINSHTINSRLCLuadRLCLuad3-Phaxe3-PhaxeErtalcErtalc r r3-FhiSf

13、iFault3-FhiSfiFault3 3- -PhaseFIPhaseFISectionSection3 3- -PhaseTransf&rmer12PhaseTransf&rmer12- -termiiial5termiiial5BreakerBreakerDiDistributedPstributedParar&mc&mc：terstersLineLine-iJHHU-nnflp-orWv-rWv-I IMutualInductaiLcaMutualInductaiLcaParallelRDCEranchParallelRDCEranchParallel

14、RLCLoadParallelRLCLoadPISect!PISect!onLinonLin SaturihleTransformerSaturihleTransformer他卜嘛)|Seri4sKLSeri4sKL BranchBranchSeriSeriasasRLELoadRLELoad-IIIIIIH奉SurgeArresterSurgeArresterThree-FhaseTransformer(Threebindings)Three-FhaseTransformer(Threebindings)Three-phaseTransformer(TwoWindings)Three-pha

15、seTransformer(TwoWindings)LineLine封TransformerTransformerJ，ZigzagPhaseShiftingTrailsformerZigzagPhaseShiftingTrailsformer4.Machines:（電機(jī)元件庫(kù)有 16 種模塊）5.Measurements:（電路測(cè)量模塊元件庫(kù)有CurrentMeasiirementCurrentMeasiirementImpedanceMeasurementImpedanceMeasurementMultimeterMultimeterThree-Pha.EeV-IMeasurementThr

16、ee-Pha.EeV-IMeasurement9種模塊）DetailedThyristor:Diode:二極管Gto:門極可關(guān)斷晶閘管IdealSwitch:IGBT:Mosfet:MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管Three-LevelBridge:三電平變換橋Thristor:晶閘管UniversalBridge:VoltageVoltageMgaEurementMgaEurement5 種模塊）1)2)3)4)5)6)7)8)9)6.PowerElectronics:（電力電子元件庫(kù)有7.ExtraLibrary:（附加元件庫(kù)有 7 個(gè)子元件庫(kù)）雨| |AdditionalMachiAdditiona

17、lMachiControlBlocksControlBlocksu u1 1BiscreteexitsBiscreteexitsDiscrDiscr teControlBlocksteControlBlockss sMeasurementsMeasurements困FhasorLibraryFhasorLibrary3 3IObsolete1IObsolete1_ T T. ., ,lkreelkree- -rhaseLibraryrhaseLibrary8. DiscreteSystem:Thisblockisusedtodiscretizethestate-spacemodelofaSim

18、PowerSystemscircuit,withthebilinear(Tustin)approximation.DiscretetimemodelswillbeusedforMachineblocksandPowerElectronicsblocks.Dragthisblockinthetop-levelsystemofyourmodelandspecifythesampletime.9. powergui:（電力圖形用戶接口）10. ExtraLibrary 擴(kuò)展子模塊庫(kù)具體介紹:(1)AdditionalMachines:(2)ControlBlocks:DCDCNachineNachi

19、neDiscreteBCMachineVI!Syrtchrciiiied12FulseGeiieratorSyrtchrciiiied12FulseGeiieratorva KA1 1-phaseFLL-phaseFLL1 1st-OrderFilterst-OrderFilter2nd2nd- -0rderFilter0rderFilter3-phseFrogranimableSows3-phseFrogranimableSows二3-phase3-phaseFLLFLLFNMGeneratorFNMGenerator r-y44藍(lán)_TtrIWbSynchranized6Synchraniz

20、ed6_ _FviilseGeneratorFviilseGenerator-dTimerTimer(3)DiscreteMeasurements:VBK.-SLK3phaEe3phaEeZ ZHLEHLEt tantarteantarteOUEOUEActii/6&TLeactivePowerActii/6&TLeactivePower1wFpSAlHFIHVUWL/vU“*kinInffltrrRar.nvSrTrtS軟bjtQ_dqObjtQ_dqOTransform4tionTransform4tionDiscreteDiscretePHrDrivenFundiamen

21、tPHrDrivenFundiamentalValuealValueDiDiscretescreteVariVariablabl FrequeiicyFrequeiicyMeanMeanvaluevalueDiscreteActiveDiscreteActive強(qiáng)ReactiveReactivePowerPowerBiBiscreteFourierscreteFourierDiDiscrettscrettM M uivuiv lulu DisersteRMSvalueDisersteRMSvalueDiDiscrTotalH*monieDistortionscrTotalH*monieDist

22、ortionFjJ-A0=twwDiDiscrscreteete3 3& &phasephaseFLLTrienFLLTrienP&siP&sititive-SeqiiftnceFundamentalValueve-SeqiiftnceFundamentalValueDiscreteDiscrete3 3- -phph 餐FLL-DrienFLL-DrienF Fosiosititive-Sequenceve-SequenceActivefeActivefeReactivePowerReactivePowerDiDiscrete3-phaseFositive-S

23、equeuescrete3-phaseFositive-Sequeuee eFundainerLtalValueFundainerLtalValueDiscreteDiscrete3 3- -phasephaseSequsncgAnaljrrerSequsncgAnaljrrerDisde3-phaseTotalFewerDisde3-phaseTotalFewerDiscrete3-phaseDiscrete3-phasePcsiPcsitive-Sequencetive-SequenceActiveActive& &ResictivePowerResictivePower2

24、g，.!14iM：ee二-r33wwflKT-4二0JP2二二dqObasedActivedqObasedActive& &ReactivePowerReactivePowerdqO_to_ibcTransf&rmationdqO_to_ibcTransf&rmationFFTFFTCnenjasi*trq.h士.u 厘(4)DiscreteControlBlocks:FaDiscretel-phasePH.Discretel-phasePH./Discrete1stDiscrete1st- -OrderDiscreteFilterOrderDiscreteFi

25、lter加ayyDiEcrete2iLdOrd.!&rVariable-TunedFilterDiEcrete2iLdOrd.!&rVariable-TunedFilter0MBiscrete3Biscrete3- -phaseFrcgranmibleScurcphaseFrcgranmibleScurc AITDiscrete3Discrete3_ _phasePLLphasePLL1*T11*T：tSiEcrsteLaadLagSiEcrsteLaadLagADiKcrttttDiKcrttttFIFIControllerControllerPIDDiscretePILCo

26、ntrollerDiscretePILControllertrDiscreteF*MGeneratorDiscreteF*MGeneratorDfc&cnre6DiscreteRateLimiterDiscreteRateLimiterF九3BiscretsVirtualFLLBiscretsVirtualFLLDiscrete2nd0rderFilterDiscrete2nd0rderFilter加*BiscreteButterworthFilterBiscreteButterworthFilterDiscrete12PulseKYDCControlDiscrete12PulseKY

27、DCControl1DiscretDiscret 3 3- -phas&FMMGeneratorphas&FMMGenerator1一.ra VDiscreteGamniaNleasurementDiscreteGamniaNleasurementHDiEcreteSyinehronized12=PulDiEcreteSyinehronized12=Pul寫電GerteratorGerteratorEDiDiscreteSynchronizedscreteSynchronized6 6- -P PILILL LE E6 6GeneratorGeneratorDiscreteVa

28、rDiscreteVari iableTransportDelayableTransportDelayn TimerTimer(5)Measurements:11X3 3- -PhaseSequenceAn?lyrerPhaseSequenceAn?lyrer3 3- -phasephase工nwtnwt皿七皿eousActiveeousActivea aReactiveFowerReactiveFowerVAKasc二abc_to_dqOTransformationabc_to_dqOTransformationnActive&ReactivePowerActive&Reac

29、tivePower1dqO-LasedActivedqO-LasedActive& &ReiaictivePowerReiaictivePowerTBEd-qOtoabcd-qOtoabcTransTransf formatormati ionon*CFouriFouri白r rERMSRMS0ThreePtLaseV-ThreePtLaseV-工MeMe：a.sura.suranientanientFaTFDTotd.HanhonicDistoronTotd.HanhonicDistoron(6)PhasorLibrary:J0叱3 3- -Fhas4ActiveFhas4Active& &KectivKectiv Power(PhasorT