第5章-MATLAB與電力系統(tǒng)仿真(12級)

1、第5章 MATLAB與電力系統(tǒng)仿真5.1 電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型n電力系統(tǒng)一般由發(fā)電機、變壓器、電力線路、電力負(fù)荷構(gòu)成。n電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般是由電力系統(tǒng)元件的數(shù)學(xué)模型組合構(gòu)成。電源元件（Electrical Sources）;電器元件（Elements）;附加元件（Extra Library）;電機元件（Machines）;電路測量儀器（Measurements）;電力電子元件（Power Electronics）;電力圖形用戶接口（Powergui）;5.1.2電力系統(tǒng)元件庫簡介在電力系統(tǒng)元件庫包含了6類庫元件，1) 電源元件電源元件 電源元件庫包括7類元件，分別為：直流電壓源元件（DC V

2、oltage Source）;交流電壓源元件（AC Voltage Source）;交流電流源元件（AC Current Source）;受控電壓源元件（Controlled Voltage Source）;受控電流源元件（Controlled Current Source）;三相電源元件（3-Phase Source）;三相可編程電壓源元件（3-Phase Programmable Voltage Source）。（1）直流電壓源元件（DC Voltage Source） 直流電壓源元件在電力系統(tǒng)中可以用來實現(xiàn)一 個直流的電壓源，如操作電源等。MATLAB軟件 提供的直流電源為理想的直流電壓

3、源。 （2）交流電壓源元件（AC Voltage Source） 交流電壓源可以用來實現(xiàn)理想的單相正弦交流電 壓。 （3）交流電流源元件（AC Current Source） MATLAB軟件提供的交流電流源為一理想電流源 （4）受控電壓源元件（Controlled Voltage Source） MATLAB軟件提供的受控電壓源是由激勵信 號源控制的，激勵源可以是交流激勵源也可 以是直流激勵源。 （5）受控電流源元件（Controlled Current Source）(6）三相電源元件（3-Phase Source） 三相電源元件是電力系統(tǒng)設(shè)計中最常見的電路 元件，也是最重要的元件，其運行

4、特性對電力 系統(tǒng)的運行狀態(tài)起到?jīng)Q定性的作用。三相電源 元件提供了帶有串聯(lián)RL支路的三相電源。（7）三相可編程電壓源元件 （3-Phase Programmable Voltage Source） 三相可編程電壓源是可以對其進(jìn)行編程的三相電壓源，它的幅值、相位、頻率、諧波均可隨時間進(jìn)行變化，應(yīng)用非常靈活。其主要作用是提供一 個幅值、相位、頻率、基頻分量進(jìn)行實時變性編程的三相電壓源；此外，還可以提供兩個諧波分量，作用于基頻信號。 2）支路元件（Elements）支路元件用來實現(xiàn)各種串并聯(lián)支路或者負(fù)載元件，它包括12種元件 名稱名稱功能說明功能說明名稱名稱功能說明功能說明S e r i e s R

5、L C Branch串 聯(lián)串 聯(lián) R L C分支分支Series RLC Load串聯(lián)串聯(lián)RLC負(fù)載負(fù)載Parallel RLC Branch并 聯(lián)并 聯(lián) R L C分支分支Parallel RLC Load并聯(lián)并聯(lián)RLC負(fù)載負(fù)載3-Phase Series RLC Branch三 相 串 聯(lián)三 相 串 聯(lián)RLC分分支支3-Phase Series RLC Load三相串聯(lián)三相串聯(lián)RLC負(fù)載負(fù)載3-Phase Parallel RLC Branch三 相 并 聯(lián)三 相 并 聯(lián)RLC分分支支3-Phase Parallel RLC Load三相并聯(lián)三相并聯(lián)RLC負(fù)載負(fù)載Neutral Point

6、中性點中性點Connection Port 系統(tǒng)連接端子系統(tǒng)連接端子Ground地地3-Phase Fault三相電路短路故障三相電路短路故障模擬模擬Elements庫中模塊功能列表庫中模塊功能列表1 名稱名稱功能說明功能說明名稱名稱功能說明功能說明M u t u a l Inductance互感線圈互感線圈Pi Section Line 分布電容、電分布電容、電感為感為型的單型的單相電力傳輸線相電力傳輸線3 - P h a s e D y n a m i c Load三相動力三相動力負(fù)載負(fù)載Surge Arrester過載控制器過載控制器3-Phase Mutual Load三相互感三相互感

7、線圈線圈Distributed Parameters Line有分布電容、有分布電容、電感的多相分電感的多相分布電力傳輸線布電力傳輸線 3-Phase PI Section三相電力三相電力傳輸線傳輸線3 - P h a s e Breaker三相電路開關(guān)三相電路開關(guān)Elements庫中模塊功能列表庫中模塊功能列表2 名稱名稱功能說明功能說明名稱名稱功能說明功能說明Breaker一般電路開一般電路開關(guān)關(guān)Linear Transformer線性變壓器線性變壓器Multi-winding Transformer多繞組變壓多繞組變壓器器3 - P h a s e Transformer兩繞組三相兩繞組

8、三相變壓器變壓器（2 Windings）3 - P h a s e Transformer三繞組三相三繞組三相變壓器變壓器Zigzag Phase-S h i f t i n g Transformer曲折移相變曲折移相變壓器壓器（3 Windings）3 - P h a s e Transformer12端子三相端子三相變壓器變壓器S a t u r a b l e Transformer飽和變壓器飽和變壓器12 TerminalsElements庫中模塊功能列表庫中模塊功能列表3 3）其他元件在電力系統(tǒng)元件庫中還有其他元件：電力電子元件（Power Electronics）;電機元件（Ma

9、chines）;電路測量儀器（Measurements）;附加元件（Extra Library）。這些元件都具有特定的功能 513 Park變換 只是一個坐標(biāo)變換而已，從abc坐標(biāo)變換到dq0坐標(biāo)，ua,ub,uc,ia,ib,ic,磁鏈a,磁鏈b,磁鏈c這些量都變換到dq0坐標(biāo)中 例如，同步電機abc定子三相繞組中的電流分別表示如下：)120cos()120cos(cosmcmbmaIiIiIiPark變換后電流的表示方式如下：cqcdcbqbdbaqadaqdiiiiiiiiiiii（1）abc坐標(biāo)系統(tǒng)變換為dq0坐標(biāo)系統(tǒng)的變換公式如下：在MATLAB中，使用abc坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為dq0坐標(biāo)

10、系統(tǒng)（abc_to_dq0 Transformation）元件可以實現(xiàn)這種變換。abc_to_dq0 Transformation在SimpowersystemsExtras library Discrete Measurements cbaqdiiiiii212121)32sin()32sin(sin)32cos()32cos(cos320圖5-1 abc_to_dq0模塊及模塊說明(2) dq0坐標(biāo)系統(tǒng)變換為abc坐標(biāo)系統(tǒng)的變換公式如下：01)32sin()32cos(1)32sin()32cos(1sincos32iiiiiiqdcba在MATLAB中，使用dq0坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為abc坐標(biāo)

11、系統(tǒng)（dq0_to_abc Transformation）元件可以實現(xiàn)這種變換。dq0_to_abc Transformation元件在SimpowersystemsExtras library Discrete Measurements 圖5-2 dq0_to_abc模塊及模塊說明例：利用park變換模塊將三相電壓從abc 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為dq0坐標(biāo)系。P169.mdl 5 . 2 電力系統(tǒng)時域分析 521 電力系統(tǒng)不對稱運行分析法電力系統(tǒng)不對稱運行分析法對稱分量法對稱分量法 對稱分量法是指任意不對稱的三相相量均可以分解為三組相序不同的對稱分量：正序、負(fù)序、零序分量。它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下cba

12、jjjjaaaFFFeeeeFFF1111131120240240120021n已知正序、負(fù)序、零序分量時，02124012012024011111aaajjjjcbaFFFeeeeFFFMATLAB軟件中的電力系統(tǒng)元件庫中提供了三相序分量分析（3-Phase Sequence Analyzer）元件，位于（SimPowerSystems/Extra Library/Measurements ）其參數(shù)對話框包括3個選項:基頻頻率（Fundamental frequency f1）:用來設(shè)置三相輸入信號的基頻頻率；諧波次數(shù)（Harmonic n）:用來指定進(jìn)行相序分量分析的諧波；序量選擇（Seq

13、uence）:用來選擇顯示的序分量，包括4個選項：正序分量（Positive）、負(fù)序分量（Negative）零序分量（Zero）、和所有序分量（Positive Negative Zero）。 例：三相序分量分析模型如圖，分析A相接地后，其正序、負(fù)序、零序分量的變化情況三相交流電壓源參數(shù)設(shè)置三相分布等值線路元件參數(shù)設(shè)置三相故障模塊三相故障模塊三相故障模塊是由三個獨立的斷路器組成的、能對相相故障和相地故障進(jìn)行模擬的模塊。該模塊的等效電路如圖所示。外部控制方式和內(nèi)部控制方式下的三相故障模塊圖標(biāo)如圖所示。三相故障模塊圖標(biāo)(a) 外部控制方式(b) 內(nèi)部控制方式三相故障模塊Fault 參數(shù)設(shè)置在該對話

14、框中含有以下參數(shù)：(1) Phase A Fault：選中該復(fù)選框后表示允許A相斷路器動作，否則A相斷路器將保持初始狀態(tài)(2) Phase B Fault：選中該復(fù)選框后表示允許B相斷路器動作，否則B相斷路器將保持初始狀態(tài)。(3) Phase C Fault：選中該復(fù)選框后表示允許C相斷路器動作，否則C相斷路器將保持初始狀態(tài)。(4) Fault resistances Ron：斷路器投合時的內(nèi)部電阻。故障電阻不能為0。 (5) Ground Fault：選中該復(fù)選框后表示允許接地故障。(6) Ground resistance Rg：接地故障時的大地電阻。(7) External contro

15、l of fault timing：選中該復(fù)選框，三相故障模塊上將增加一個外部控制信號輸入端。開關(guān)時間由外部邏輯信號(0或1)控制。 (8) Transition status：設(shè)置斷路器的開關(guān)狀態(tài)，1表示閉合，0表示斷開 (9) Transition times：設(shè)置斷路器的動作時間，斷路器按照該文本框設(shè)置的時間進(jìn)行切換。 (10) Initial status of fault：設(shè)置斷路器的初始狀態(tài)。采用外部控制方式時，該文本框可見。三相序分量分析元件參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置：仿真時間0.1S，仿真算法：ode23tb5.2.2 電力系統(tǒng)時域分析工具電力系統(tǒng)時域分析工具Powergui模塊模塊

16、 MATLAB軟件提供了一個對電力系統(tǒng)和電路進(jìn)行分析的用戶界面工具（powergui）。 powergui是一個環(huán)境模塊。任何一個含有SimPowerSystems模塊的模型中必須含有一個。它儲存了電路模型的等效數(shù)學(xué)模型（狀態(tài)空間方程）。沒有它，仿真不能啟動，會給出一個錯誤提示。Powergui模塊圖標(biāo)通過Powergui模塊，可以對系統(tǒng)進(jìn)行可變步長連續(xù)系統(tǒng)仿真、定步長離散系統(tǒng)仿真和相量法仿真，并實現(xiàn)以下功能：(1) 顯示測量電壓、測量電流和所有狀態(tài)變量的穩(wěn)態(tài)值；(2) 改變仿真初始狀態(tài)；(3) 進(jìn)行潮流計算并對包含三相電機的電路進(jìn)行初始化設(shè)置；(4) 顯示阻抗的依頻特性圖；(5) 顯示FFT

17、分析結(jié)果；(6) 生成狀態(tài)-空間模型并打開“線性時不 變系統(tǒng)”(LTI)時域和頻域的視窗界面；(7) 生成報表，該報表中包含測量模塊、電 源、非線性模塊和電路狀態(tài)變量的穩(wěn)態(tài) 值，并以后綴名.rep保存；(8) 設(shè)計飽和變壓器模塊的磁滯特性。powergui模塊直接隸屬于powerlib，是一個相對獨立的模塊，可通過三種途徑找到：如何找到如何找到powergui模塊模塊（1）、在simulink庫瀏覽器上部的搜索框中輸入模塊名稱powergui ，右側(cè)顯示出來的圖表中最后一個就是 powergui模塊（2）、在Commandwindow下鍵入Powerlib,調(diào)出Powerlib庫，如圖，用鼠標(biāo)

18、將要用到的powergui模塊圖標(biāo)拖放到新建的窗口（3） 雙擊模塊庫瀏覽器中的SimpowerSystem文字，則會在圖示右側(cè)子窗口中的最下方顯示powergui模塊圖標(biāo) 雙擊Powergui模塊圖標(biāo)將彈出該模塊的主窗口，如圖所示。該主窗口包含“仿真類型”(Simulation Type)和“分析工具”(Analysis Tools)兩塊內(nèi)容1) “相量法仿真” Phasor simulation單選框 若選中，模型在進(jìn)行仿真時將以在Frequency文本框中填寫的值為基準(zhǔn)頻率進(jìn)行仿真。其中所填寫的基準(zhǔn)頻率必須與模型中的某個電壓源模塊或電流源模塊的頻率相符合，否則將會顯示出錯信息。 1. 仿真

19、類型仿真類型(Simulation Type) 相量法是電力系統(tǒng)正弦穩(wěn)態(tài)分析的主要手段。它只關(guān)心系統(tǒng)中電壓電流的相角和幅值，不需要求解電力系統(tǒng)狀態(tài)方程，不需要特殊的算法，因此計算速度快得多。 必須清楚的是，相量法給出的解是在特定頻率下的解。例例:用相量法分析圖5-6仿真模型為例，斷路器斷開時間為0.02s0.05s圖5-6p181_2.mdl 打開Powergui模塊，選擇“相量法分析”單選框，并在“頻率”對話框中將頻率改為60 Hz。關(guān)閉Powergui模塊，模型文件主窗口中的Powergui模塊圖標(biāo)顯示為“相量法”(Phasors)分析打開電壓測量模塊Vin，選擇“幅值相角”(Magnit

20、ude-Angle)模式，如圖所示。電壓測量模塊Vout也選擇幅值相角模式,電流測量模塊也選擇幅值相角模式仿真時間為0.1秒，仿真算法為ode15s，進(jìn)行仿真仿真波形如圖型線路等值電路的輸入端電流相量圖型線路等值電路的輸入端電壓相量圖型線路等值電路的輸出端電壓相量圖2) 離散系統(tǒng)仿真Discretize electrical model單選框單選框 點擊該單選框后，在“采樣時間”(Sample time)文本框中輸入指定的采樣時間(Ts0)，按指定的步長對離散化系統(tǒng)進(jìn)行分析。若采樣時間等于0，表示不對數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化處理，采用連續(xù)算法分析系統(tǒng)。若未選中該單選框，“采樣時間”文本框顯示為灰色。 連

21、續(xù)系統(tǒng)仿真通常采用變步長積分算法。對小系統(tǒng)而言，變步長算法通常比定步長算法快，但是對含大量狀態(tài)變量或非線性模塊(如電力電子開關(guān))的系統(tǒng)而言，采用定步長離散算法的優(yōu)越性更為明顯。對系統(tǒng)進(jìn)行離散化時，仿真的步長決定了仿真的精確度。步長太大可能導(dǎo)致仿真精度不足，步長太小又可能大大增加仿真運行時間。判斷步長是否合適的唯一方法就是用不同的步長試探并找到最大時間步長。對于50 Hz或60 Hz的系統(tǒng)，或者帶有整流電力電子設(shè)備的系統(tǒng)，通常2050 s的時間步長都能得到較好的仿真結(jié)果。 3) “連續(xù)系統(tǒng)仿真”(Continuous)單選框點擊該單選框后，采用連續(xù)算法分析系統(tǒng)。4) “顯示分析信息”(Show

22、message during analysis)復(fù)選框選中該復(fù)選框后，命令窗口中將顯示系統(tǒng)仿真過程中的相關(guān)信息。2. 分析工具分析工具Anylasis tools 1) “穩(wěn)態(tài)電壓電流分析”(Steady-State Voltages and Currents)按鍵打開穩(wěn)態(tài)電壓電流分析窗口，顯示模型文件的穩(wěn)態(tài)電壓和電流。2) “初始狀態(tài)設(shè)置”(Initial States Setting)按鍵打開初始狀態(tài)設(shè)置窗口，顯示初始狀態(tài)，并允許對模型的初始電壓和電流進(jìn)行更改。3) “潮流計算和電機初始化”(Load Flow and Machine Initialization)按鍵打開潮流計算和電機初

23、始化窗口。4) “LTI Viewer”(Use LTI Viewer)按鍵：線性時不變系統(tǒng)觀測器，可以顯示的圖形階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng) 5) “阻抗依頻特性測量”(Impedance vs. Frequency Measurement)按鍵打開窗口，如果模型文件中含阻抗測量模塊，該窗口中將顯示阻抗依頻特性圖。6) “FFT分析”(FFT Analysis)按鍵打開FFT分析窗口。7) “報表生成”(Generate Report)按鍵打開窗口，產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)計算的報表。8) “磁滯特性設(shè)計工具”(Hysteresis Design Tool)按鍵打開窗口，對飽和變壓器模塊和三相變壓器模塊的鐵芯進(jìn)行磁滯

24、特性設(shè)計。9) “計算RLC線路參數(shù)”(Compute RLC Line Parameters)按鍵打開窗口，通過導(dǎo)線型號和桿塔結(jié)構(gòu)計算架空輸電線的RLC參數(shù)。n 穩(wěn)態(tài)電壓電流分析窗口穩(wěn)態(tài)電壓電流分析窗口Steady State Voltage and Currents按鈕按鈕 打開“穩(wěn)態(tài)電壓電流分析”窗口如圖所示。該窗口中含有以下內(nèi)容：“穩(wěn)態(tài)電壓電流分析”窗口(1) “穩(wěn)態(tài)值”(Steady state value)列表框：顯示模型文件中指定的電壓、電流穩(wěn)態(tài)值。(2) “單位”(Units)下拉框：選擇將顯示的電壓、電流值是“峰值”(Peak)還是“有效值”(RMS)。(3) “頻率”(Fr

25、equency)下拉框：選擇將顯示的電壓、電流相量的頻率。該下拉框中列出模型文件中電源的所有頻率。(4) “狀態(tài)”(States)復(fù)選框：顯示穩(wěn)態(tài)下電容電壓和電感電流的相量值。默認(rèn)狀態(tài)為不選。(5) “測量”(Measurements)復(fù)選框：顯示穩(wěn)態(tài)下測量模塊測量到的電壓、電流相量值。默認(rèn)狀態(tài)為選中。(6) “電源”(Sources)復(fù)選框：顯示穩(wěn)態(tài)下電源的電壓、電流相量值。默認(rèn)狀態(tài)為不選。(7) “非線性元件”(Nonlinear elements)復(fù)選框：顯示穩(wěn)態(tài)下非線性元件的電壓、電流相量值。默認(rèn)狀態(tài)為不選。(8) “更新穩(wěn)態(tài)值”(Reload Steady State Values)

26、按鍵：重新計算并顯示穩(wěn)態(tài)電壓、電流值。例：以圖5-7仿真模型為例，利用Powergui模塊實現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析。仿真時間為0.1秒，仿真算法為ode45圖圖5-7p178_2.mdl操作：系統(tǒng)仿真后，選擇操作：系統(tǒng)仿真后，選擇Powergui的的Steady State Voltage and Currents按鈕，顯示如圖對話按鈕，顯示如圖對話框，左側(cè)空白處是各個穩(wěn)態(tài)值，每個值有兩個分量：框，左側(cè)空白處是各個穩(wěn)態(tài)值，每個值有兩個分量：大小和相位大小和相位n 初始狀態(tài)設(shè)置窗口初始狀態(tài)設(shè)置窗口Initial States setting按鈕按鈕仿真時，常常希望仿真開始時系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，或者仿真開

27、始時系統(tǒng)處于某種初始狀態(tài)，這時，就可以使用“初始狀態(tài)設(shè)置”按鍵。打開“初始狀態(tài)設(shè)置”窗口如圖所示。該窗口中含有以下內(nèi)容： “初始狀態(tài)設(shè)置”窗口 (1) “Initial state values for simulation： 顯示模型文件中狀態(tài)變量的名稱和初始值。(2) Set selected state：對“初始狀態(tài)”列表框中選中的狀態(tài)變量進(jìn)行初始值設(shè)置。(3) Force initial States: 選擇從“穩(wěn)態(tài)”(To Steady State)或者“零初始狀態(tài)” (To Zero) 開始仿真。 (4) “加載狀態(tài)”(Reload States)：選擇從“指定的文件”(From

28、File)中加載初始狀態(tài)或直接以“當(dāng)前值”(From Diagram)作為初始狀態(tài)開始仿真。(5) “應(yīng)用”(Apply)按鍵：用設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行仿真。(6) “返回”(Revert)按鍵：返回到“初始狀態(tài)設(shè)置”窗口打開時的原始狀態(tài)。(7) “保存初始狀態(tài)”(Save Initial States)按鍵：將初始狀態(tài)保存到指定的文件中。(8) “格式”(Format)下拉框：選擇觀測的電壓和電流的格式。默認(rèn)格式為“浮點格式”。 (9) “分類”(Sort values by)下拉框：選擇初始狀態(tài)值的顯示順序?！盃顟B(tài)序號”(State number)：是按狀態(tài)空間模型中狀態(tài)變量的序號來顯示初始值；

29、“類型”(Type)：是按電容和電感來分類顯示初始值。例：改變圖5-7的初始狀態(tài)，使仿真開始時，電路處于零初始狀態(tài)。 圖圖5-7p178_2.mdl初始狀態(tài)設(shè)置對話框初始狀態(tài)設(shè)置對話框操作：操作：打開Powergui模塊窗口，點擊“Initial States setting按鈕按鈕”，出現(xiàn)初始狀態(tài)設(shè)置窗口，如圖所示。點擊按鍵“to zero”將全部狀態(tài)變量的初始值設(shè)為0，再單擊close按鈕，回到模型窗口，仿真，則得到示波器的輸出為零狀態(tài)的響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)注：如果系統(tǒng)中存在電機模塊，電機模塊的初始狀態(tài)需要通過“潮流計算和電機初始化”按鍵進(jìn)行設(shè)置。n 潮流計算和電機初始化窗口潮流計算和電機初始化

30、窗口(Load Flow and Machine Initialization)打開“潮流計算和電機初始化”窗口如圖所示。該窗口中含有以下內(nèi)容：潮流計算和電機初始化窗口 (1) Machines load flow： 顯示“電機”(Machines)列表框中選中電機的潮流分布。(2) Machines： 顯示簡化同步電機、同步電機、非同步電機和三相動態(tài)負(fù)荷模塊的名稱。選中該列表框中的電機或負(fù)荷后，才能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。(3) Bus type：選擇節(jié)點類型,有三種類型：P&V Generator:設(shè)置電機的輸出線電壓和有功功率；P&Q Generator:設(shè)置電機的有功和無功功率；

31、Swing Bus:設(shè)置線電壓UAB的有效值和相角，同時需要對有功功率進(jìn)行預(yù)估。通常取其電壓相角為零。一個獨立的電力網(wǎng)中只設(shè)一個平衡節(jié)點。(4) Terminal voltage UAB：對選中電機的輸出線電壓進(jìn)行設(shè)置(單位：V)。(5) “Active power：設(shè)置選中的電機或負(fù)荷的有功功率。(6) Active power guess：如果電機的節(jié)點類型為平衡節(jié)點的話，要預(yù)估的電機的有功功率。(7) Reactive power：設(shè)置選中的電機或負(fù)荷的無功功率。(8) Phase of UAN voltage：當(dāng)電機的節(jié)點類型為平衡節(jié)點時，該文本框被激活。指定選中電機a相相電壓的相角。

32、(9) Load flow frequency)：對潮流計算的頻率進(jìn)行設(shè)置，通常為60 Hz或50 Hz。 (10) Load flow initial condition： “負(fù)荷潮流初始狀態(tài)”， 常常選擇默認(rèn)設(shè)置“自動”(Auto)，使得迭代前系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)負(fù)荷潮流初始狀態(tài)。 (11) Update Circuit & Measurements： 更新電機列表，更新電壓相量和電流相量，更新“電機潮流分布”列表框中的功率分布。(12）Update Load Flow)：根據(jù)給定的參數(shù)進(jìn)行潮流計算。例：例：供電系統(tǒng)如圖所示，發(fā)電機輸出端線電壓為106.5 kV，保持恒定，并聯(lián)RLC負(fù)荷為

33、有功功率負(fù)荷，負(fù)荷大小為5 MW,三相故障模塊在0.02 s時發(fā)生三相接地短路故障，觀測短路電流周期分量、沖擊電流大小。Chap5exm.mdl仿真電路模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑1） SI型簡化同步電機模塊型簡化同步電機模塊模塊參數(shù)設(shè)置2個輸入端子：Pm：電機的機械功率，可以是常數(shù)，或者是水輪機和調(diào)節(jié)器模塊的輸出。E：勵磁電壓，可以是常數(shù)，也可以直接與電壓調(diào)節(jié)器的輸出相連。4個輸出端子： A，B，C：為定子輸出電壓。m：電機的輸出信號同步電機參數(shù)設(shè)置雙擊簡化同步電機模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對話框雙擊簡化同步電機模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對話框在該對話框中含有如下參數(shù)：(1)

34、 Connection type：定義電機的連接類型，分為3線Y型連接和4線Y型連接(即中線可見)兩種。(2) Nom. power, L-L volt.，and freq.：三相額定視在功率Pn、額定線電壓有效值Vn、額定頻率fn。(3) Inertia, damping factor and pairs of poles：轉(zhuǎn)動慣量J ，阻尼系數(shù)Kd 和極對數(shù)p。 (4) Internal impedance：設(shè)置電機內(nèi)部阻抗 (5) “Init. cond.： 初始角速度偏移， 轉(zhuǎn)子初始角位移e， 線電流幅值ia、ib、ic， 相角pha、phb、phc。初始條件可以由Powergui模塊

35、自動獲取三相并聯(lián)RLC負(fù)荷 串聯(lián)RLC支路 2）雙繞組三相變壓器模塊）雙繞組三相變壓器模塊SimPowerSystems庫中提供的雙繞組三相變壓器模塊。該模塊的電氣端子分別為變壓器一次繞組(ABC)和二次繞組(abc)。雙繞組三相變壓器模塊圖標(biāo)變壓器一次、二次繞組的連接方法有以下五種：(1) Y型連接： (2) Yn型連接：繞組中線可見；(3) Yg型連接:模塊內(nèi)部繞組接地；(4) (D11)型連接：繞組超前Y繞組30(5) (D1) 型連接：繞組滯后Y繞組30雙繞組變壓器模塊參數(shù)設(shè)置對話框 雙擊雙繞組三相變壓器模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖在該對話框中含有如下參數(shù)：(1) Nomina

36、l power and frequency)： 額定功率Pn和額定頻率fn。(2) Winding 1 (ABC) connection： 一次繞組的連接方式。(3) “Winding parameters： 一次繞組的額定線電壓有效值、電阻和漏感。 (4) Winding 2 (abc) connection： 二次繞組的連接方式。(5) Winding parameters： 二次繞組的額定線電壓有效值、電阻和漏感。 (6) Magnetization resistance Rm： 磁阻(7) Magnetization resistance Lm：勵磁電感 仿真開始前，利用Powergu

37、i模塊對電機進(jìn)行圖5-8所示的初始化設(shè)置，單擊Update Load Flow按鍵，發(fā)電機定義為平衡節(jié)點(V=106.5k V，a相電壓相角為0，估計要送出的有功功率為4MW)，與簡化同步電機模塊輸入端口相連的兩個常數(shù)模塊機械功率Pm和勵磁電壓VLLrms的參數(shù)會被自動設(shè)置。 選擇ode23tb算法，仿真結(jié)束時間取為0.6 ，仿真，得到變壓器低壓側(cè)的a相電流仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置圖5-8 電機的初始化設(shè)置故障前，A相對地電流為零，接地短路后， A相對地電流迅速增大，沖擊電流為2.4 kA ，短路電流周期分量的幅值為1.485 kA。n LTI視窗：視窗：線性時不變系統(tǒng)觀測器，可以顯示系統(tǒng)的階

38、躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)等圖形。 打開“LTI視窗”窗口如圖所示。該窗口中含有以下內(nèi)容： (1) System inputs： 列出電路狀態(tài)空間模型中的輸入變量，選擇需要用到LTI視窗的輸入變量。(2) System outputs：列出電路狀態(tài)空間模型中的輸出變量，選擇需要用到LTI視窗的輸出變量。(3) Open New LTI Viewer：產(chǎn)生狀態(tài)空間模型并打開選中的輸入和輸出變量的LTI視窗。 (4) Open in current LTI Viewer：打開當(dāng)前LTI視窗，產(chǎn)生狀態(tài)空間模型并將選中的輸入和輸出變量疊加到當(dāng)前LTI視窗。例：用Powergui觀察觀察階躍響應(yīng)(以圖5-7(p1

39、78_2.mdl) 仿真模型為例)（2）單擊）單擊Powergui 的Use LTI Viewer按鈕按鈕，則出則出現(xiàn)圖示對話框現(xiàn)圖示對話框(左側(cè)為輸入量，右側(cè)為輸出量左側(cè)為輸入量，右側(cè)為輸出量）（1）仿真時間為仿真時間為0.1秒，仿真算法為秒，仿真算法為ode45，進(jìn)行仿真，進(jìn)行仿真選擇阻抗測量元件的電流作為系統(tǒng)輸入量，選擇阻抗測量元件的電壓作為系統(tǒng)輸出量，單擊對話框中Open new LTI Viewer按鈕，得到系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，如下圖階躍響應(yīng)n 阻抗依頻特性測量窗口阻抗依頻特性測量窗口如果如果模型文件中含阻抗測量模塊,該窗口中將顯示阻抗依頻特性圖。 打開“阻抗依頻特性測量”窗口如圖所示

40、。該窗口中含有以下內(nèi)容： (1) 圖表：窗口左上側(cè)的坐標(biāo)系表示阻抗頻率特性，左下側(cè)的坐標(biāo)系表示相角頻率特性。(2) Measurement：列出模型文件中的阻抗測量模塊，選擇需要顯示依頻特性的阻抗測量模塊。 (3) Range：指定頻率范圍(單位：Hz)。(4) “對數(shù)阻抗”(Logarithmic Impedance)：坐標(biāo)系縱坐標(biāo)的阻抗以對數(shù)值形式表示。(5) Linear Impedance：坐標(biāo)系縱坐標(biāo)的阻抗以線性形式表示。(6) Logarithmic Frequency：坐標(biāo)系橫坐標(biāo)的頻率以對數(shù)值形式表示。(7) Linear Frequency：坐標(biāo)系橫坐標(biāo)的頻率以線性形式表示。

41、例：例：以圖5-7(p178_2.mdl)仿真模型為例，用 Powergui分析阻抗值分析阻抗值-頻率特性頻率特性操作：操作：（1）進(jìn)行仿真，）進(jìn)行仿真，（2）單擊）單擊Powergui 的Impedance vs Frequency Measurements按鈕按鈕，則出現(xiàn)阻抗或則出現(xiàn)阻抗或 頻率選項對話框，選擇需顯示的頻率響應(yīng)元件頻率選項對話框，選擇需顯示的頻率響應(yīng)元件 后，點后，點display/save按鈕，則可出現(xiàn)相應(yīng)的變化按鈕，則可出現(xiàn)相應(yīng)的變化 曲線曲線阻抗值與頻率之間的關(guān)系曲線阻抗值與頻率之間的關(guān)系曲線n FFT分析窗口分析窗口打開“FFT分析”窗口如圖所示。該窗口中含有以下內(nèi)

42、容：(1) 圖表：窗口左上側(cè)的圖形表示被分析信號的波形，窗口左下側(cè)的圖形表示該信號的FFT分析結(jié)果。(2) Structure：列出工作間中帶時間的結(jié)構(gòu)變量的名稱。使用下拉菜單選擇要分析的結(jié)構(gòu)變量。這些結(jié)構(gòu)變量名可以由“示波器”(Scope)模塊產(chǎn)生。 (3) Input：列出被選中的結(jié)構(gòu)變量中包含的輸入變量名稱，選擇需要分析的輸入變量。(4) Signal number：列出被選中的輸入變量中包含的各路信號的名稱。 (5) Start time：指定FFT分析的起始時間。(6) Number of cycles：指定需要進(jìn)行FFT分析的波形的周期數(shù)。例：以圖例：以圖5-7仿真模型為例，對模型

43、中的示波器接收到的仿真模型為例，對模型中的示波器接收到的電壓、電流信號做電壓、電流信號做FFT分析。分析。仿真時間為0.1秒，仿真算法為ode45圖圖5-59p178_2.mdl用用Powergui做做FFT分析，可分析，可由“示波器”模塊產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變量：在需要進(jìn)行諧波分析的地方連接一示波器。示波器參數(shù)設(shè)在需要進(jìn)行諧波分析的地方連接一示波器。示波器參數(shù)設(shè)定：定：parametersdata historysave data to workspace： 設(shè)置變量名設(shè)置變量名formatstructure with time 由“示波器”模塊產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變量操作步驟：（1）先將模型中的示波器按圖設(shè)置參數(shù)

44、，然后對模型進(jìn)行仿真（2）點擊）點擊Powergui的的FFT分析按鈕，彈出圖示窗口分析按鈕，彈出圖示窗口（3）選擇做FFT分析的信號（4）單擊此處，顯示 FFT分析結(jié)果n 報表生成窗口報表生成窗口打開“報表生成”窗口如圖5-9所示。該窗口中含有以下內(nèi)容：(1) “報表中包含的內(nèi)容”(Items to include in the report)：包括“穩(wěn)態(tài)”(Steady state)復(fù)選框、“初始狀態(tài)”(Initial states)復(fù)選框和“電機負(fù)荷潮流”(Machine load flow)復(fù)選框，這三個復(fù)選框可以任意組合。(2) “報表中的頻率”(Frequency to inclu

45、de in the report)下拉框：選擇報表中包含的頻率?？梢允?0 Hz或者全部，默認(rèn)為60 Hz。(3) “單位”(Units)下拉框：選擇以“峰值”(Peak)還是“有效值”(Units)顯示數(shù)據(jù)。(4) “格式”(Format)下拉框：與6.1.2節(jié)相關(guān)內(nèi)容相同。(5) “報表生成”(Create Report)按鍵：生成報表并保存。 圖5-9 “報表生成”窗口n 磁滯特性設(shè)計工具窗口磁滯特性設(shè)計工具窗口打開“磁滯特性設(shè)計工具”窗口如圖所示。該窗口中含有以下內(nèi)容：(1) “磁滯曲線”(Hysteresis curve for file)圖表：顯示設(shè)計的磁滯曲線。(2) “分段”(

46、Segments)下拉框：將磁滯曲線做分段線性化處理，并設(shè)置磁滯回路第1象限和第4象限內(nèi)曲線的分段數(shù)目。左側(cè)曲線和右側(cè)曲線關(guān)于原點對稱。(3) “剩余磁通”(Remanent flux Fr)文本框：設(shè)置零電流對應(yīng)的剩磁。(4) “飽和磁通”(Saturation flux Fs)文本框：設(shè)置飽和磁通。 “磁滯特性設(shè)計工具”窗口(5) “飽和電流”(Saturation current Is)文本框：設(shè)置飽和磁通對應(yīng)的電流。(6) “矯頑電流”(Coercive current Ic)文本框：設(shè)置零磁通對應(yīng)的電流。(7) “矯頑電流處的斜率”(dF/dI at coercive current

47、)文本框：指定矯頑電流點的斜率。(8) “飽和區(qū)域電流”(Saturation region currents)文本框：設(shè)置磁飽和后磁化曲線上各點所對應(yīng)的電流值，僅需設(shè)置第1象限值。 注意該電流向量的長度必須和注意該電流向量的長度必須和“飽和區(qū)域磁飽和區(qū)域磁通通”的向量長度相同。的向量長度相同。(9) “飽和區(qū)域磁通”(Saturation region fluxes)文本框：設(shè)置磁飽和后磁化曲線上各點所對應(yīng)的磁通值，僅需要設(shè)置第1象限值。注意該向量的長度必須和“飽和區(qū)域電流”的向量長度相同。(10) “變壓器額定參數(shù)”(Transfo Nominal Parameters)文本框：指定額定功

48、率(單位：VA)、一次繞組的額定電壓值(單位：V)和額定頻率(單位：Hz)。 (11) “參數(shù)單位”(Parameter units)下拉框：將磁滯特性曲線中電流和磁通的單位由國際單位制(SI)轉(zhuǎn)換到標(biāo)幺制(p.u.)或者由標(biāo)幺制轉(zhuǎn)換到國際單位制。 (12) “放大磁滯區(qū)域”(Zoom around hysteresis)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，可以對磁滯曲線進(jìn)行放大顯示。默認(rèn)設(shè)置為“可放大顯示”。n計算計算RLC線路參數(shù)窗口線路參數(shù)窗口打開“計算RLC線路參數(shù)”窗口如圖所示。該窗口可分為三個子窗口，左上窗口輸入常用參數(shù)(單位、頻率、大地電阻和文件注釋)，右上窗口輸入線路的幾何結(jié)構(gòu)，下方窗口輸入

49、導(dǎo)線的特性。 “計算RLC線路參數(shù)”窗口常用參數(shù)子窗口常用參數(shù)子窗口(1) “單位”(Units)下拉框：在下拉菜單中，選擇以“米制”(metric)為單位時，以厘米作為導(dǎo)線直徑、幾何平均半徑GMR和分裂導(dǎo)線直徑的單位，以米作為導(dǎo)線間距離的單位；選擇以“英制”(english)為單位時，以英寸作為導(dǎo)線直徑、幾何平均半徑GMR和分裂導(dǎo)線直徑的單位，以英尺作為導(dǎo)線間距離的單位。(2) “頻率”(Frequency)文本框：指定RLC參數(shù)所用的頻率(單位：Hz)。(3) “大地電阻”(Ground resistivity)文本框：指定大地電阻(單位：m)。輸入0表示大地為理想導(dǎo)體。線路幾何結(jié)構(gòu)子窗口

50、線路幾何結(jié)構(gòu)子窗口(1) “導(dǎo)線相數(shù)”(Number of phase conductors(bundle)文本框：設(shè)置線路的相數(shù)。(2) “地線數(shù)目”(Number of ground wires(bundle)文本框：設(shè)置大地導(dǎo)線的數(shù)目。(3) 導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)表：輸入導(dǎo)線的“相序”(Phase number)、“水平擋距”(X)、“垂直擋距”(Y tower)、“擋距中央的高度”(Y min)、“導(dǎo)線的類型”(Conductor(bundle)type)共五個參數(shù)。(4) “注釋”(Comments)多行文本框：輸入關(guān)于電壓等級、導(dǎo)線類型和特性等的注釋。該注釋將與線路參數(shù)一同被保存。 導(dǎo)線特性子窗口導(dǎo)線特性子窗口(1) “導(dǎo)線類型的個數(shù)”(Number of conductor types or bundle types)文本框：設(shè)置需要用到導(dǎo)線類型(單導(dǎo)線或分裂導(dǎo)線)的數(shù)量。假如需要用到架空導(dǎo)線和接地導(dǎo)線，該文本框中就要填“2”。(2) “導(dǎo)線內(nèi)電感計算方法”(Conductor internal inductance evaluated from)下拉框：選擇用“直徑/厚度”(T/D ratio)、“幾何平均半徑”(Geometric Mean Radius