单机无穷大系统暂态过程中保护动作时间的影响

控制系统计算机仿真论文

学 号：

姓 名：左 涛

二〇〇九年十二月七日

基于MATLAB/Simulink电力系统仿真设计

——单机无穷大系统暂态过程中保护动作时间的影响 摘 要 介绍了Matlab/Simulink、电力系统工具箱（Power System Blockset）以及Powergui 电力系统图形化用户接口（Powergui）；并运用Matlab构建了一个单机——无穷大系统模型，并在此基础上模拟了电力系统故障的暂态过程，分析保护动作时间对系统暂态稳定的影响。 关键词 仿真 电力系统 暂态过程

1 Matlab/Simulink简介

Matlab一词是由MATRIX和LABORATORY复合而成的，原意是矩形实验室。Matlab是MathWorks公司在二十世纪八十年代推向市场的一种高性能数值型计算和可视化软件产品。Matlab由主包、Simulink以及功能各异的工具箱组成，具有编程效率高、程序设计灵活、图形功能强大等优点。尤其是Matlab提供的Simulink，它是1990年MathWorks公司为Matlab提供的新的控制系统模型图形输入与仿真工具，是在Matlab环境下的一个交互式操作的动态系统建模、仿真设计和分析工具。作为Matlab语言运算环境的扩展，在保持Matlab的一般性能基础上，Simulink又增加了许多功能，它与Matlab及其工具箱结合使用，可以完全对连续系统、离散系统、连续和离散混合系统的动态性能进行仿真与分析。

2 电力系统工具箱

从MatlabVersion 5.2开始增加了针对电力系统仿真软件的软件模块Power System Blockset（PSB）。它包含丰富的元件模型，包括同步机、异步机、变压器、直流机、特殊电机的线形和非线性、有名的和标幺值系统的、不同仿真精度的设备模型库；单相、三相断路器以及各种电力系统的负荷模型、电力半导体器件库以及控制和测量环节，将复杂的电力系统模块化，使用简单，功能也比较全面。从Matlab 6.0开始它被重新命名为SPS（SimPowerSystems）。该工具箱的研究领域是用微分方程刻画的电子系统动态过程，如电磁暂态与机电暂态分析以及电力电子设备的仿真，目前尚不包含状态估计、连续潮流、最优潮流等稳定分析。〔1〕

Matlab中的电力系统模块库PSB由以下6个子模块库组成：①电源模块库，②基本元件模块库，③电力电子模块库，④电机模块库，⑤连接模块库，⑥测量模块库。在这6个基本模块库的基础上，根据需要还可以组合、封装出常用的更为复杂的模块，添加到所需模块库中去，为电力研究者带来了更大的便利。〔2〕

2.1 电力系统工具箱可完成以下功能

2.1.1电力系统的稳态分析

电力系统分析模块中有一个功能，叫做“State flow”（译为状态流），特别适用于一台或多台同步发电机的简单或复杂电力系统的稳态分析。至于系统中各个节点的潮流可以通过各节点的电压、电流相量值或通过Matlab的命令来完成稳态潮流计算。

2.1.2 电力系统的暂态分析

主要是时域仿真分析和特征根分析这两种方法，前者适用于含有一台或多台同步发电机的简单或复杂电力系统的时域暂态分析。电力系统分析模块中含有约80个时域仿真分析示例，每一个实例实际上是演示某些电力系统分析模块功能的使用方法或一个电力系统中典型问题的时域仿真。

2.2 在Matlab中建立电力系统模型的方法

2.2.1 物理建模方法

利用Matlab中固有元件模型（如上所述的电阻、电感、电力电子器件等）构建元器件的物理模型。模型构建完毕后，可以直接利用“Create subsystem”建立模块，并利用“Edit mask”对该模块进行参数设定、模型图形显示的编辑。如果该仿真研究的目的是探讨元件的内部性能，即器件级的仿真，一般可采用这种方法建模。

2.2.2 数学建模方法

利用Matlab\Simulink中的控制函数模块来构建新元件的数学模型。如果仿真的目的是研究元件的外部特性，即系统级的仿真，则一般可采用这种方法来建模。〔3〕

3 电力系统图形化用户接口

电力系统图形化用户接口(Powergui)利用 Simulink功能连接不同的电气元件，是分析 电力系统模型有效的图形化用户接口工具。可以拷贝此模块到系统模型窗口中，然后双击模块打开功能菜单：

1) Powergui模块可以显示系统稳定状态的电流和电压及电路所有的状态变量值；

2) 为了执行仿真，Powergui模块允许修改初始状态；

3) Powergui可以执行负载潮流的计算，并且为了从稳态时开始仿真可以初始化包括三相电机在内的三相网络，三相电机的类型为简化的同步电机、同步电机或异步电机模块；

4) 当电路中出现阻抗测量模块时，Powergui也可以显示阻抗随频率变化的波形；

5) 如果用户拥有控制工具箱，Powergui 模块可以产生用户自己系统的空间模块，自动

打开LTI 相对于时域和频域的观测器接口；

6) Powergui可以产生扩展名为.rep的结果报告文件，这个文件包含测量模块、电源、非线性模块等系统的稳定状态值。〔4〕

4 单机对无穷大电力系统的暂态稳定仿真

所谓电力系统暂态稳定性是指电力系统在正常运行情况下，突然受到大干扰，经过一段时间后能够达到新的稳定状态或者恢复到原来的运行状态的能力。如果电力系统在受到大干扰后仍能达到稳定运行状态，则称系统在这种运行情况下是暂态稳定的；反过来如果电力系统在受到大干扰后不能再建 …… 此处隐藏：3245字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……