SIMULINK擴展模塊庫SimPowerSystems2016

1、Simulink的擴展模塊庫SimPowerSystems電力電子系統(tǒng)的建模和仿真工具SimPowerSystems是在Simulink環(huán)境下進行電力電子系統(tǒng)建模和仿真先進工具。SimPowerSystems是Simulink下面的一個專用模塊庫，包含電氣網絡中常見的元器件和設備，以直觀易用的圖形方式對電氣系統(tǒng)進行模型描述。模型可與其它Simulink模塊的相連接，進行一體化的系統(tǒng)級動態(tài)分析。一、SimPowerSystems專用模塊庫的特點：1. 使用標準電氣符號進行電力系統(tǒng)的拓撲圖形建模和仿真；2. 標準的AC和DC電機模型模塊；變壓器；傳輸線；信號和脈沖發(fā)生器HVDC控制；IGBT模塊和

2、大量設備模型，有斷路器，二極管，IGBT,GTO,MOSFET和晶閘管；3. 使用Simulink強有力的變步長積分器和零點穿越檢測功能，給出高度精確的電力系統(tǒng)仿真計算結果4. 為快速仿真和實時仿真提供了模型離散化方法；5. 提供多種分析方法，可以計算電路的狀態(tài)空間表達、計算電流和電壓的穩(wěn)態(tài)解、設定或恢復初始電流/電壓狀態(tài)、電力機械的潮流計算；6. 提供了擴展的電氣系統(tǒng)網絡設備模塊，如電力機械，功率電子元件，控制測量模塊和3相元器件；7. 提供36個功能演示模型，可直接運行仿真；8. 提供詳細的文檔，完整的描述了各個模塊和使用方法，還有5個詳細的案例。二、SimPowerSystems專用模塊

3、庫的強大功能：(一)SimPowerSystems中的模塊SimPowerSystems中模塊的數學模型基于成熟的電磁和機電方程，用標準的電氣符號表示。它們可以同標準的Simulink模塊一起使用建立包含電氣系統(tǒng)和控制回路的模型。連接通過與SimPowerSystems提供的測量模塊實現(xiàn)。SimPowerSystems擁有近100個模塊，分別位于7個子模塊庫中。這些庫模塊涵蓋了以下應用范圍：1. 電氣網絡(ElectricalSources&Elements)RLC支路和負載，n型傳輸線，線性和飽和變壓器，浪涌保護，電路分離器，互感，分布參數傳輸線，3相變壓器(2個和3個繞組)，AC和

4、DC電壓源，受控電壓源和受控電流源。2. 電力機械(Machines)完整或是簡化形式的異步電動機，同步電動機，永磁同步電動機，直流電動機，激磁系統(tǒng)和水輪機渦輪機/調速系統(tǒng)模型。3. 電力電子(PowerElectronics)二極管，簡化/復雜晶閘管，GTO，開關，MOSFET，IGBT和通用型橋接管模型。4. 控制和測量模塊(Measurements)電壓、電流和電抗測量，RMS測量，有功和無功功率計算，計時器，萬用表，傅立葉分析，HVDC控制，總諧波失真，abc到dqO和dqO到abc軸系變換，3相V-I測量，3相脈沖和信號發(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)

5、生器。5.三相網絡元器件（ElectricalSources&Elements）3相RLC負載和支路，3相斷路器，3相，3相電抗，n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-A/Y-A/Y-Y-A可配置3相變壓器。（二）與Simulink和MATLAB集成在一起SimPowerSystems與Simulink和MATLAB是無逢結合在一起的。仿真仍可使用Simulink強大的的變步長積分器一一其中有一些專為剛性系統(tǒng)求解而設計來精確的計算電氣系統(tǒng)模型。另外，Simulink的零點穿越檢測功能，能以機器數據精度水平計算檢測并求解不連續(xù)過程。MATLAB及其工具

6、箱所提供的功能同樣可以用來分析仿真結果，將其可視化，并進一步做整個完整系統(tǒng)的建摸，仿真和優(yōu)化設計。（三）交互式參數設定使用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；計算潮流和初始化機電摸塊；當模型中存在電抗測量模塊時可顯示電抗相對頻率的變化；可使用控制系統(tǒng)工具箱的LTIViewer工具，進行系統(tǒng)的時域、頻域響應分析；生成穩(wěn)態(tài)計算分析報告。（四）仿真和分析通過SimPowerSystems的測量模塊可以將電氣系統(tǒng)模型信號轉變?yōu)镾imuli

7、nk模型信號，并在示波器中顯示。電動機和電力電子模塊的測量輸出端也可以直接輸出Simulink模型信號。除了使用連續(xù)仿真求解器，SimPowerSystems還可以使用離散化模塊將模型離散化，利用定步長梯形積分法進行離散仿真計算。這一特性能夠顯著提高仿真計算的速度尤其是那些帶有電力電子設備的模型。另外，由于模型被離散化了，這時還可以用Real-TimeWorkshop生成模型的代碼，進一步提高仿真的速度。SimPowerSystems以M-文件形式提供了power2sys函數，可用于在仿真過程之外獲得電路的狀態(tài)空間模型表達。該函數分析電網絡拓撲結構，并計算出等價狀態(tài)空間模型。在這個函數所提供信

8、息的幫助下，可以使用諸如控制系統(tǒng)工具箱進行更進一步的分析。（五）完善的文檔和示例除了產品使用的基本信息，SimPowerSystems提供的文檔還覆蓋了更多高級主題，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個詳細的案例研究和一個7節(jié)課程使用教學。隨SimPowerSystems發(fā)布的還有36個可以直接運行的演示模型。其中有一些展示了對某些有一定使用經驗的用戶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/調速系統(tǒng)和一個說明定步長梯形法計算的電流飽和變壓器模型。這些都為SimPowerSystems的

9、學習和使用建立了良好的起點。三、SimPowerSystems專用模塊庫具體模塊介紹1.Continuous:（連接器元件庫有10種模塊）片口號E；zlt(horiz)片口旦Farthinhorir)Ear(thinvert)EusEar(v&ft'-1Gr0urld1.1npu+.JCji-ouil直t,0utpmt)LccTLnS'：t口lNentr：ilinputNentr：=lL口切l(wèi)lt-rTcorirLtfCtor2.ElectricalSources:（電源元件庫有7種電源功能模塊）3_FhasmFrograjTimabl衛(wèi)VoltagsSource3-F

10、'L：=lSt!SlZllli'Ct!ACCuirentS心口rc屯ACVoltagesigrai匚cmtrolledCurrentSlutt匚旦signalDCVoltage5-jui-ce1) 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-PhaseSource:三相電源7) 3-PhaseProgrammableVoltageSource:三相可編程電

11、壓源3.Elements:（線路元件庫有24種模塊）與L1lit1Nntn：ilInduet：dTLiZH-VA一_zg'j_Fh：i1_e1ELCBr：aiLctLJI_Wlir.r.Hi.J1z±r：illelELCLoadJI-n-T'lSer七:lchlLine5atm-ableTr:arLEhurmerSeriezRLCBr：±TLch-XHbSeriezFJjTLu：d.dHIIIIIHAi_reetmirc4.Machines:（電機元件庫有16種模塊）Thr已e_FtL：iseTrnnsft-rm已匚Thr已已WirLdings)TIltse

12、-phaseTitansfoi-ner(TwoWiniings)Zigz：gFh=ise-5hifting1Y：遼匸£口匚仃岸匸5.Measurements:（電路測量模塊元件庫有5種模塊）C1JITE口tME8.E11THfTlMlLtImpudjdiLC9MuenentMui11meterThree-ph注三eV_TMeazu2-errientVoltageMeasurement6.PowerElectronics:（電力電子元件庫有9種模塊）gma甜mgm'9gm=WEgi丙g_'m團gmJ7DetailedThyristorDiodeGtoIde：ilSwit

13、chIGEiTfflosfetTHteeSridgeThyvi訓wUnivreXLErid老白1) DetailedThyristor:2) Diode:二極管3) Gto:門極可關斷晶閘管4) IdealSwitch:5) IGBT:6) Mosfet:MOS場效應晶體管7) Three-LevelBridge:三電平變換橋8) Thristor:晶閘管9)UniversalBridge:7.ExtraLibrary:（附加元件庫有7個子元件庫）VAdditiorLalMachines十+HiteMeasnzfemente+vtECcTitrcl+用Measnifementi+VFh：iEi

14、：rLitir：=d-y+ITEree-pkaseLibrary8.DiscreteSystem:Thisblockisusedtodiscretizethestate-spacemodelofaSimPowerSystemscircuit,withthebilinear(Tustin)approximation.DiscretetimemodelswillbeusedforMachineblocksandPowerElectronicsblocks.Dragthisblockinthetop-levelsystemofyourmodelandspecifythesampletime.9.po

15、wergui:（電力圖形用戶接口）10.ExtraLibrary擴展子模塊庫具體介紹:(1)AdditionalMachines:TLmECMachineoTLnDis'：r已t已DC_Mnchi匚吃(2)ControlBlocks:(3)DiscreteMeasurements:(4)DiscreteControlBlocks:仙*-r匚oaHiscret已1一phsE；已TIL-廠Hiscretelst-OrilerDisereteFilterFsCdYYHiEirhitt：2rLil-0rilt!i-V：±2-iablt!-TiiTLh!ilFilterjsXIlis&

16、gt;2reteJ-phaseProp-:ammableSc-ixt-ceZiju)wr也JIlizcrete3一ph注三婕I'LLHT151*TZ5HicreteLead_LagFlHizcreteFTCuntrolle:-PIDIliscrteFIDContTollmiriifl!雖HizcretePWMGener之七口二ferae=v3teXhirIlis>2reteFlateLimiter(5) Measurements:=Tvm3FhaseSequencejruilyzerVabcrQ3_phas已IrL5t：iiLt：iTL已in丄刁Acti*已&Reacti

17、veFqp已匸m_c=>abc_ti：i_dqUTr：iiL-furmatiunVPj1Active血ReactivePowerVdcp=-gdilU_basedjbitivEftFieactiveTowgy=：d-10_t:_：±bcTr:stleform=iti皿3*Fijin-it=rRMSb:&亡:斗Three-Ph：±seV-IMeasnrementT<:七：£LH：ai-TiomcDie七oreion(6) PhasorLibrary:3_Fh：iseActiveftReactivePower(FhjiEorTypa)ActiveftReactivePo'h'era.sorTypJl3hiiuenc旦Aii：iljrrerCJ'hasorType)StatzlcV:±t_CumpctleatorIjhasorTy