MATLAB设计

第一章绪论

1.1 MATLAB的简介

Matlab和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，Java的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的Matlab 爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

Matlab的特点：

(1)、此高级语言可用于技术计算

(2)、此开发环境可对代码、文件和数据进行管理

(3)、交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题

(4)、数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等

(5)、二维和三维图形函数可用于可视化数据

(6)、各种工具可用于构建自定义的图形用户界面

(7)、各种函数可将基于Matlab的算法与外部应用程序和语言（如 C、C++、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成

(8)、不支持大写输入，内核仅仅支持小写

1.2设计内容

(1)首先理论分析电力系统运行中短路的危害和发生短路时电气设备的状况及系统的状况，并建立发电机和变压器的数学模型。

(2)运用simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真，对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。

(3)建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。

第二章电力系统仿真

2.1电力系统故障分析的基本知识

短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况。

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。

2.2 同步发电机发生短路的暂态过程分析

同步发电机在电力系统中处于重要的地位。用户与发电厂的距离越来越远，发电机三相突然短路的概率增大。由于同步发电机内部结构复杂，由多个具有电磁耦合关系的绕组构成。同步发电机突然短路的暂态过程所产生的冲击电流可能达到额定电流的十几倍,对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响 ,因此对同步发电机动态特性的研究历来是电力系统中的重要课题之一。而同步电机的突然三相短路,是电力系统的最严重的故障，它是人们最为关心、研究最多的过渡过程，虽然短路过程所经历的时间是极短的（通常约为0.1～0.3s），但对电枢短路电流和转子电流的分析计算，却有着非常重要的意义。

第三章基于MATLAB的单机-无穷大系统模型建立

3.1 系统模型的建立

系统模型如图3-1所示。

3.2

simulink模型建立主要包括以下元件：简化发电机、电压-电流测量元件、断路器、变压器、输电线路、负载、短路故障发生器等，搭建仿真模型如图3-2所示。

图3-2 单机-无穷大系统模型图

3.3 模块选择已及参数设定

（1）从电机元件库中选择简化的同步电机元件如图3-3，复制后粘贴在电路图中。

设置参数如下：

连接类型（connection type）：[3-wire Y]

电机额定参数（nominal power,L-Lvolt and freq）：[1000e6 315e3 50]

机械参数（mechanical）：[56290 0 2]

图3-4

常数发生器元件图 内部电阻（Internal impedance ）：[1.9845, 263.15e-3]

初始状态（Initial condition ）：[ 0 0 0 0 0 0 0 0 ]

设置施于简化的同步电机上的功率。

该机械功率使用一个常数发生器来设置，如图3-4所示。

双击常数发生器元件，在参数对话框中将数值设为700e6，作为机械功率值。 电压幅值使用一个常数发生器来设置，如图3-4所示，将常数发生器数值改为156e3作为电压幅值。

（2）从测量元件库中选择三相电压-电流测量（3-phase V-I Measurements ）元件，复制后粘贴在电路图中，如图3-5所示，将三相电压-电流测量元件名称改为：发电机电压-电流值。

双击三相电压-电流测量元件，在三相电压-电流测量元件参数对话框进行如下设置：

电压测量选项中包括3个选项，分别是不测量电压（no ）、测量相电压

（phase-to-ground ）和测量线电压（phase-to-phase ）。电流测量选项中有测量和不测量选项，在本例中选择测量相电压和测量电流选项。

单击OK 按钮完成对电压-电流测量元件的参数设置。

（3）从线路元件库中选择三相电路短路故障发生器元件，复制后粘贴在电路图中，如图3-6所示。

图3-5 三相电压-电流测量元件图

图3-3简化同步电机模型图