MATLAB与电力系统仿真.pdf
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1、第 3 4卷 第 6 期 Vl0 l _ 3 4 No 6 河北工业大学学报 J 0URNAL OF HE BEI UNI VE RS I T Y OF TE CHN0L 0GY 2 0 0 5 年 1 2月 De c e mb e r 2 0 0 5 文章编号:1 0 0 7 2 3 7 3(2 0 0 5)0 6 0 0 0 5 0 5 MA T L AB与电力系统仿真 张少如,李志军 ,吴永俭,杜志强(1,河北师范大学 物理学院,河北 石家庄 0 5 0 0 1 6;2 河北工业大学 电工厂,天津 3 0 0 1 3 0)摘要:在介绍 MA T L A B 内容的基础上,以单机无穷大系统
2、为例,重点阐述了 MA T L A B软件在电力系统中的应 用利用 S i m u l i n k环境下的电力系统工具箱(P S B)进行仿真,通过 P o w e r g u i 进行潮流计算并设置系 统稳定运 行的初始值,给出仿真算法和精度的确定方法实践表明,M A T L A B是进行电力系统建模和仿真分析的强大实 用工具 关键词:MA T L AB;电力系统;S i mu l i n k;P o we r g u i;仿真 中图分类号:T M7 文献标识码:A M ATL AB a n d P o we r S y s t e m S i mu l a t i o n Z HA NG
3、S h a o r u ,L I Z h i-j u n ,WU Y o n g-j i a n ,DU Z h i q i a n g (1 C o l l e g e o f P h y s i c s H e b e i No r ma l Un i v e r s i t y,S h i a z h u a n g 0 5 0 0 1 6,C h i n a;2 E l e c t r i c a l E q u i p me n t F a c t o r y,H e b e i Un i v e rsi ty o f T e c h n o l o g y,T i a n d i
4、n 3 0 0 1 3 0,C h i n a)Ab s t r a e t:T h e c o n t e n t s o f MAT L AB a r e i n t r o d u c e d i n t h i s P a D e r As a l l e x a mp l e f o r o n e ma c h i n e i n fin i t e b u s s y s t e m,t h e a p p l i c a t i o n s o f MATL AB i n p o we r s y s t e m are p r e s e n t e d i n d e t
5、a i l S i mu l a t i o n i s p e r f o r me d b y ma k i n g u s e o f P o we r S y s t e m B l o c k s e t(P S B)o n S i mu l i n k P o w e r f l o w i s p e rf o rm e d a n d t h e i n i t i a l v a l u e s o f s t a b l e o p e r a t i o n a r e s e t t h r o u g h P o we r g u i S i mu l a t i o
6、 n a l g o r i t h m a n d the me t h o d o f d e t e rm i n i n g a c c u r a c y a r e p r e s e n t e d T h e p r a c t i c e i n d i c a t e s t h a t M AT L AB i s a p o we r f u l t o o l a p p l i e d t o t h e mo d e l i n g a n d s i mu l a t i o n o f p o we r s y s t e m Ke y wo r d s:MA
7、TL AB;p o we r s y s t e m;s i mu l i n k;p o we r g u i;s i mu l a t i o n 0 引言 随着电力系统的飞速发展和电网的日益扩大以及 自动化程度的不断提高,电力系统中许多计算和控 制问题 日益复杂,从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小,因此迫切要求运用电力仿真来解 决这些问题 MA T L A B仿真软件是美国 Ma t h w o r k s 公司于 1 9 9 8 年推出的,MA T L A B V e r s i o n 5 2 增加了针 对电力系统仿真的软件模块 p o w e r s y s t e mb
8、 l o c k(P S B)它包含许多电力系统和电力驱动的专用元件,将 复杂的电力系统模块化,使用简单,功能也比较全面,有利于励磁控制系统的仿真 1 MA T L A B简介 1 1 MA T L AB的特点 MA T L A B(Ma t r i x L a b o r a t o r y)是当今国际上最流行的控制系统辅助设计(C A C S D)技术的语言和软 件工具,主要用于数值计算及可视化图形处理的高科技计算语言它将数值分析、矩阵计算、图形图象 处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行 有效数值计算的众:多学科提供了一种高效率的编程工
9、具,集科学计算、自动控制、信号处理、神经网 络、图象处理等于一体MA T L A B具有 3 大特点“:1)功能强大 包括数值计算和符号计算,计算结果和编程可视化,数学和文字统一处理,离线和 收稿 日期:2 0 0 5 0 7 0 4 作者简介:张少如(1 9 7 1 一),女(汉族),讲师,天津大 学博士生 维普资讯 http:/ 6 河北工业大学学报 第 3 4 卷 在线皆可计算;2)界面友好,语言自然MA T L A B以复数矩阵为计算单元,指令表达与标准教科书的数学表达式 相近;3)开放性强MA T L A B有很好的可扩充性,可以把它当作一种更高级的语言去使用,可容易地编 写各种通用
10、或专用应用程序正是由于 MA T L A B的这些特点,使它获得了对应用学科(特别是边缘学 科和交叉学科)的极强适应力,并很快成为应用学科计算机辅助分析设计、仿真、教学乃至科技文字处 理不可缺少的基础软件,成为欧美高等院校、科研机构教学与科研必备的基本工具 1 2 S i mu l i n k工具箱 在 MA T L A B中,S im u l i n k 是一个比较特别的工具箱,它具有两个显著的功能:S i m u(仿真)与L i n k (链接),是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境 具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编 程及可视化等特点,可大大提高系统仿真的效率和可靠性;同时进一步
11、扩展了 MA T L A B的功能,可实 现多工作环境间文件互用和数据交换 S im u l in k 提供了友好的图形用户界面(G U I),模型由模块组成的 框图来表示,用户建模通过简单的单击和拖动鼠标的动作就能完成S i m u l in k 的模块库为用户提供了多 种多样的功能模块,其中有连续系统(C o n t i n u o u s)、离散 系统(D i s c r e t e)、非线性系统(N o n l i n e a r)等 几类基本系统构成的模块,以及连接、运算模块而输入源模块(S o u r c e s)和接收模块(S i nks)则为 模型仿真提供了信号源和结果输出设备
12、 1 3 P S B电力系统模块库 MA T L A B中的电力系统模块库 P S B(P o w e r S y s t e mB l o c k)以 S i m u l i n k为运算环境,涵盖了电路、电 力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型 它由以下 6 个子模块库 组成:电源模块库,基本元件模块库,O电力电子模块库,电机模块库,O连接模块库,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 乜 1 4 P o we r g u i 电力系统图形化用户接 口
13、 电力系统图形化用户接 口(P o w e r g u i)利用 S i m u l in k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)P o w e r g u i 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,P o w e r g u i 模块允许修改初始状态;3)P o w e r g u i 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
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