MATLAB在電力系統(tǒng)仿真中的運(yùn)用匯總

1、收稿日期:2006-08-25作者簡介:曾江華,女,長江水利委員會(huì)設(shè)計(jì)院機(jī)電處，工程師,碩士。文章編號：1001-4179(2006 11-0041-02MAT LAB 在電力系統(tǒng)仿真中的運(yùn)用曾江華 陳曉明 金 偉 江萬里 李遠(yuǎn)青(長江水利委員會(huì)設(shè)計(jì)院,湖北武漢摘要:MAT LAB 是將計(jì)算、可視化、真中運(yùn)用很廣泛。,由于電力系統(tǒng)是個(gè)復(fù) 雜的系統(tǒng)，也不直觀。M AT LAB 的 M LAB 的 POWERSY STE M BLOCK 對避雷 器在有電抗器補(bǔ),。關(guān) 鍵；;仿真;運(yùn)用 T文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1 概述M AT LAB 是由美國 Mathw orks 公司開發(fā)的大型軟件,它是以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)

2、，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合在一個(gè)交互的工作環(huán)境中，在此環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算、算法研究、建模和仿真、應(yīng)用程序開發(fā)等。在M ATLAB 中包括了兩大部分,數(shù)學(xué)計(jì)算和工程仿真,其中在工程仿真方面,M AT LAB 提 供的軟件支持涉及到各個(gè)工程領(lǐng)域,并且在不斷完善。M AT LAB 所具有的程序設(shè) 計(jì)靈活,直觀,圖形功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)使其已經(jīng)發(fā)展成為多學(xué)科，多平臺(tái)的強(qiáng)大的大型 軟件。M AT LAB提供的 S imulink 工具箱是一個(gè)在 M AT LAB 環(huán)境下用于對動(dòng)態(tài) 系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它提供了用方框圖進(jìn)行建模的接口，與傳統(tǒng)的 仿真建模相比，更加直觀、靈活。S imulin

3、k 的作用是在程序塊間的互聯(lián)基礎(chǔ)上建立 起一個(gè)系統(tǒng)。每個(gè)程序塊由輸入向量，輸出向量以及表示狀態(tài)變量的向量等 3 個(gè)要 素組成。在計(jì)算前，需要初始化并賦初值，程序塊按照需要更新的次序分類，然后用 ODE 計(jì)算程序通過數(shù)值積分來模擬系統(tǒng)。M ATLAN 含有大量的 ODE 計(jì)算程序, 有固定步長的，有可變步長的，為求解復(fù)雜的系統(tǒng)提供了方便。M AT LAB 在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(P owerSystem Blockset 來完成,P owerSystem Block 是由 TE QSI M 公司和魁北克水電站 開發(fā)的。PS B 是在 S imulink 環(huán)境下使用的模塊

4、，采用變步長積分法，可以對非線性、剛性和非連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行精確的 仿真,并精確地檢測出斷點(diǎn)和開關(guān)發(fā)生時(shí)刻，PS B 程序庫含有代表電力網(wǎng)絡(luò)中一般部件和設(shè)備的 S imuli nk 程序塊,通過 PS B 可以迅速建立模型，并立即仿真。PS B 程序塊程序庫中的測量 程序和控制源起到電信號與 S imuli nk 程序之間連接作用。2 電力系統(tǒng)元件庫電力系統(tǒng)元件庫包括了電路、電力電子、電機(jī)和電力系統(tǒng)等常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型。其包含以下庫元件：(1 電源元件。包括了交流電壓源和電流源、直流電壓源、可控電源及三相電 源等產(chǎn)生電信號的元件。(2 線路元件。包括各種線性網(wǎng)絡(luò)電路元件和非線性網(wǎng)絡(luò)電路元

5、件。(3 電力電子元件。包括如二級管、晶閘管等各種電力電子元件。(4 電機(jī)元件。包括各種電機(jī)模型元件。(5 連接器元件。包含有在各種不同情況下用于相互連接的元件Y an gtze River N ov. ,2006(6 電路測量元件。包括電壓表、電流表、阻抗表和萬用表等測量元件。(7 附加元件。包括三相電路、功率表，直流電機(jī)等元件。(8 電力圖形用戶接 口。用于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析。(9 電力系統(tǒng)元件庫模型。包含了電力系統(tǒng)各種非線性模塊的仿真模型。3 系統(tǒng)仿真下面就用M ATLBA 來對避雷器在有電抗器補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行仿真，PSB 中的氧化鋅避雷器的模型實(shí)際上是過電壓保護(hù)的非線性電阻器，其閥

6、片的非線性 伏安特性是用 UnU ref =(k i (InI ref 1nai 表示,其中 U ref , I ref 代表參考電壓和電流，k i 與ai為各個(gè)區(qū)域的系數(shù)(i =1 為小電流區(qū)域,i =2 為非線性區(qū),i=3 為飽和區(qū)，避雷器的伏安特性則表示為 U =CIa,c 為閥片電阻的材料系數(shù)，為閥片的非線性系數(shù)。參考電壓是當(dāng)避雷第 37 卷第 11 期人民長江V ol. 37,N o. 112006 年 11 月器通過參考電流時(shí)避雷器上的電壓，當(dāng)避雷器上電壓大于參考電壓時(shí)，電流將隨電壓的升高而迅速增大被仿真的系統(tǒng)為以 735kV 系統(tǒng)通過 200km 輸電線路向負(fù)荷供電,在線路的中點(diǎn)

7、 設(shè)有串連電容補(bǔ)償，在負(fù)荷側(cè)并聯(lián)有電抗器補(bǔ)償，串聯(lián)的電容器和并聯(lián)電抗器均采用 氧化鋅避雷器保護(hù)，為了簡化系統(tǒng)，仿真僅采用單相，所有的參數(shù)均為正序參數(shù)。模 型見圖 1圖 1 系統(tǒng)模型3. 1 MAT LAB 的模型建立(1 電源。系統(tǒng)的線電壓為 735kV , H z(2電源的等值阻抗，5。(3 線路。n, 0. 011Qn電 m感為 0. 8674mHnkm , 13. 41nk 兩段線路分別長 100km負(fù)荷。負(fù)荷容量為 2000MW。(7 保護(hù)電容器的避雷器。保護(hù)電壓185kV ,柱數(shù)為 30 柱,每柱的參考電流為500A ,伏安特性為第一段 k 仁 0. 955,a1 =50, k 2=

8、1,a2=25, k 3=0. 9915,。a3=16. 5(8 保護(hù)電抗器的避雷器。保護(hù)電壓1081kV ,柱數(shù)為 2 柱,每柱的參考電流為500A ,伏安特性為第一段 k 仁 0. 955,a1=50, k 2=1,a2=25, k 3=0. 9915。(9 斷路器。斷路器 1 初始是閉合的，在 0. 1s 時(shí)斷開,斷路器 2 初始是斷開的，在 0. 03s 斷路器閉合模擬負(fù)荷側(cè)三相短路(10 測量表。表 1 用于測量電容器的電壓和保護(hù)電容器的避雷器的電流，表 2 用于測量電抗器的電壓和保護(hù)電抗器的避雷器的電流。3. 2 仿真結(jié)果t =0 時(shí)，系統(tǒng)正常運(yùn)行，t =0. 03s 時(shí)，負(fù)荷側(cè)發(fā)

9、生三相短路故障，此時(shí),線路的短路電流急劇增加(見圖 2 ,同時(shí)電容器兩側(cè)的電壓也增加 當(dāng)電容器兩端的電壓超過 185kV 時(shí)，避雷器動(dòng)作，限制了電容器上的過電壓(見圖 3。同時(shí)在電抗器上的電壓降低為 0。 當(dāng)斷路器 1 跳閘，故障切除后，電流為 0,此時(shí)在并聯(lián)電抗器上會(huì)產(chǎn)生過電壓，當(dāng)期峰 值超(4 串聯(lián)電容器。電容為101.4 卩。(5 并聯(lián)電抗器。每相容量為110M VA。（6a3=16. 5過 1081kV 時(shí),保護(hù)電抗器的避雷器動(dòng)作，因此會(huì)產(chǎn)生脈沖電流(見圖 4線路短路電流變化2圖i,JAMTSlMBimM| EPW WWW* H!YVtlVkMMMf0圖 3 電容器兩側(cè)電壓以及避雷器

10、1IMTJVI4V*|=sUF節(jié)砌叭|H|lnu |!Ap|ifHvK j pimfi - ”.urfiuif的電流圖 4 避雷器 2 的電壓和電流4 結(jié)論從以上的例子可以看出，M AT LAB 的電力系統(tǒng)工具箱可以很方便迅速地建立 電力系統(tǒng)的各種模型，并且可以利用這些模型建立復(fù)雜的系統(tǒng)仿真模型，其強(qiáng)大的計(jì)算能力和編程能力以及可視能力，為提 高仿真計(jì)算的效率和靈活性，分析和仿真電力系統(tǒng)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的手段。（編輯:趙樹湘?簡訊？長江委設(shè)計(jì)院鈕新強(qiáng)院長入選新世紀(jì)百千萬人才工程近日，人事部等 7 部委聯(lián)合發(fā)文，正式公布了 2006 年新世紀(jì)百千萬人才工 程”國家級人選,長江水利委員會(huì)設(shè)計(jì)院院長、教授級高級工程師鈕新強(qiáng)名列其中。新世紀(jì)百千萬人才工程”由人事部、科技部、教育部、財(cái)政部、國家發(fā)改委、 國家自然科學(xué)基