MATLAB软件在饱和电抗器中的典型应用
matlab应用第八章 MATLAB在电力系统中的典型应用
图
Double squirrel-cage（双鼠笼式）；
8-6
（2）Reference frame：用于选择仿真的参考坐标
系，可供选择的有旋转轴系（Rotor）、静止轴系
（Stationary）和同步轴系（Synchronous）三种；
（3）Mechanical input：机械参数输入，可供选择
的有Torque Tm（机械转矩）、Speed w（转速）、
图8-1 Machines（电机）模块库图标
08 §8-1认识Machines（电机）模块库
方法2：在MATLAB命令窗口中敲 出powerlib，敲回车键，即可打 开SimPowerSystems的模块库了， 在该模块库中即可看到Machines （电机）模块库的图标，如图8-3 所示。
图8-2 Machines （电机）模块库的 基本组成
图8-7 Asynchronous Machine pu units模块的Parameters参数对话框
08 §8-2 学习Asynchronous Machine（异步电机）模块库
Configuration（电机结构参数）
图8-8表示Asynchronous Machine SI units（国际单位异步电机）模块的 Configuration（电机结构参数）的对话框。 图中所示参数与标幺值异步电机模块的参 数含义相同，恕不赘述。
图8-8 Asynchronous Machine SI units 模块的Configuration参数对话框
08 §8-2 学习Asynchronous Machine（异步电机）模块库
Parameters（电磁参数）
图8-9表示Asynchronous Machine SI units（国 际单位异步电机）模块的Parameters（电磁参数） 对话框，现将图中所示各个参数的含义分别说明如下： （1）Nominal power Pn (VA), voltage (line-line) Vn (V), and frequency fn (Hz)：额定功率Pn/VA， 线-线电压有效值Vn /V，频率/Hz； （2）Stator resistance Rs (Ω or pu) and inductance Lls (H or pu)：定子电阻Rs (Ω 或者 pu)， 定子电感Lls (H 或者pu)； （3）Mutual inductance Lm (H or pu)：互感（磁 化电感）Lm（H或者pu）； （4）Inertia constant H (s), friction factor F (N.m.s), and pole pairs p：惯性常数H /s，摩擦系 数F /（N.m.s），极对数p，对于异步电机国际单位 模块而言，是指结合电机和负载的惯量系数J/ （kg.m2），组合粘性摩擦系数F /（N.m.s），极对 数p。摩擦力矩Tf与电机转速ω成正比，即 Tf = F.w （8-8）
MATLAB在电力系统中的应用研究
MATLAB在电力系统中的应用研究电力系统是现代社会的基石，如何优化电力系统的运行效率、提高稳定性、减少损耗一直是电力工程师们研究的焦点。
近年来，MATLAB的出现为电力系统的研究提供了一个全面、专业、高效的平台。
MATLAB是一款功能强大的数学软件，可以快速进行数据分析、建立模型并进行仿真。
在电力系统领域，MATLAB可以帮助工程师对电力系统进行模拟、仿真、分析、优化和控制。
下面分几个方面介绍MATLAB在电力系统中的应用研究。
一、电力系统建模电力系统是一个复杂的系统，包括发电、输电和配电三个部分。
传统的电力系统建模方法需要考虑众多的模型和变量，难以形成一个完整且实用的模型。
而MATLAB提供了一种全面的建模方案，通过各种工具箱和插件，可以更轻松、高效地进行模型建立和仿真。
MATLAB中有许多建模工具箱，如：SimPowerSystems、Power System Toolbox等。
其中，SimPowerSystems可以快速地建立电力系统和部件的三维模型，并进行仿真和测试。
而Power System Toolbox则提供了许多高级模型和算法，以帮助工程师更精确地模拟和分析电力系统。
通过这些工具箱和插件的组合，可以构建出一个完整的电力系统模型，进行各种测试和分析。
二、电力系统仿真在电力系统的研究中，仿真是一种十分重要的方法。
仿真可以模拟多种复杂的模型和场景，帮助工程师更深入地分析电力系统的潜在问题。
MATLAB中提供了一些方便的仿真工具，如：Simulink等。
Simulink是MATLAB中的一个仿真工具，用于快速建立仿真模型来解决多种连续和离散的问题。
电力系统中的仿真可以通过建立详细的电力系统模型来实现，然后根据不同的需求进行仿真。
仿真可以模拟多种场景，如：电力负荷的变化，各种电力系统故障和灾害等等。
通过这些仿真结果，可以准确地找出电力系统的问题，并制定解决方案。
三、电力系统分析电力系统的分析是非常重要的，能够帮助工程师更好的了解电力系统的稳定性和可行性。
Matlab技术在电力系统分析中的应用
Matlab技术在电力系统分析中的应用引言:近年来，随着电力系统规模的不断扩大和技术的不断创新，对电力系统分析工具的需求也越来越高。
在这个背景下，Matlab作为一款强大的数学计算和仿真软件，在电力系统分析中发挥着重要的作用。
本文将探讨Matlab在电力系统分析中的应用，以及其带来的好处和挑战。
一、概述电力系统分析电力系统是一个复杂而庞大的系统，由发电厂、输电网络和配电网络组成。
电力系统分析是研究电力系统的稳定性、可靠性和安全性的过程，旨在优化系统的运行和性能。
电力系统分析通常涉及电压、电流、功率和频率等参数的计算和仿真。
二、Matlab在电力系统仿真中的应用1. 敏感度分析在电力系统规划和运行中，敏感度分析是一项重要的任务。
通过分析各个参数对电力系统性能的影响，可以提前发现问题并采取相应的措施。
Matlab提供了丰富的数学和统计函数，可以用于进行敏感度分析，从而帮助工程师了解系统的脆弱性和可调节性。
2. 电力负载模拟电力负载模拟是电力系统规划中的一项关键任务。
通过模拟不同负载场景下的系统响应，可以评估系统运行的可靠性和稳定性。
Matlab提供了强大的仿真功能和多种负载模型，可以帮助工程师快速准确地进行负载模拟，并分析模拟结果。
3. 电力系统稳定性分析电力系统稳定性是电力系统设计和运行中最重要的问题之一。
Matlab提供了多种稳定性分析算法和工具包，可以计算系统的动态稳定性、静态稳定性和暂态稳定性。
这些分析结果为工程师提供了有关电力系统稳定性的详细信息，有助于制定有效的控制策略和保障系统的运行稳定。
4. 电力系统优化电力系统优化是通过调整系统参数和控制策略，以最大化系统性能和经济效益的过程。
Matlab提供了各种优化算法和工具包，可以用于电力系统规划和运行的优化问题。
通过Matlab的优化功能，工程师可以快速找到最佳的系统配置和控制策略，从而提高系统的效率和可靠性。
三、Matlab在电力系统分析中的挑战尽管Matlab在电力系统分析中具有很多优点，但也存在一些挑战需要克服。
Matlab技术在电力电子中的应用
Matlab技术在电力电子中的应用近年来，电力电子技术在电力系统中的应用日益广泛。
随着能源需求的不断增长，电力电子技术成为提高系统效率、稳定电力质量和实现能量转换的重要手段。
而Matlab软件作为一种功能强大的数值计算和数据可视化工具，在电力电子领域也发挥着重要的作用。
本文将探讨Matlab技术在电力电子中的应用，包括电力器件建模、系统仿真和控制算法设计等方面。
第一部分：电力器件建模电力电子器件在电力系统中起到了关键作用，如交流电机驱动系统、直流输电系统等。
Matlab软件提供了丰富的电力器件建模工具，可以帮助工程师们快速建立电力器件的数学模型。
以交流电机为例，通过Matlab的电机建模工具箱，可以对不同类型的电机进行建模，如感应电机、永磁同步电机等。
通过建立电机的电路和动态方程，可以分析电机的性能、效率和动态响应，并进行系统优化。
第二部分：系统仿真为了实现电力系统的高效运行，需要进行系统级仿真，以评估电力电子设备的性能和系统的稳定性。
Matlab可以帮助实现电力系统的仿真模型搭建和仿真运行。
通过Matlab的Simulink模块，可以建立电力系统的仿真模型，并通过有效的模块连接和参数设定，模拟电力设备的运行和电力系统的能量流动。
同时，可以结合Matlab强大的计算能力，进行系统性能指标的分析，如功率因数、谐波扰动和电压稳定性等。
第三部分：控制算法设计在电力电子系统中，控制算法的设计对系统性能至关重要。
Matlab不仅提供了丰富的控制系统工具箱，还可以快速实现各种控制算法的设计与验证。
例如，通过Matlab的Control System Toolbox，可以进行PID控制器的设计和参数优化。
此外，Matlab还支持更高级的控制算法，如模糊控制、自适应控制和模型预测控制等。
通过Matlab的工具，工程师们可以更好地分析系统的稳定性和鲁棒性，并快速优化和调整控制策略。
第四部分：系统优化和可靠性分析除了建模、仿真和控制算法设计，Matlab还提供了系统优化和可靠性分析的工具。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.2.1 电力系统静态稳定性简介
作用在发电机上的机械转矩和电磁转矩如图6-16所示，转 矩平衡点有a、b两个。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.2.2 简单电力系统的静态稳定性计算 1．网络参数及运行参数计算 2．稳定运行参数计算 6.2.3 简单电力系统的静态稳定性仿真 1．Simulink模型构建及参数设置 按图6-6所示的单机无穷大系统，搭建研究其静态
A
A
B
B
C
C
L1
A
A
B
B
C
C
L2
ห้องสมุดไป่ตู้
A
a
B
b
C
c
T -2
A B C 110kV Source
Load 5MW
d_theta1_2 d_theta1_2 (deg)
w1 w (pu)
stop
M a ch i n e Signals
STOP
Stop Simulation if loss of synchronism
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.1.1 电力系统暂态稳定性简介
如图6-1（a）所示为一正常运行时的简单电力系统及其等值电路，发 电机经过变压器和双回线路向无限大系统送电。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
发电机在正常运行、故障以及故障切除后三种状态下的功角特性曲线 如图6-2所示.
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真分析
电力系统遭受大干扰后，由于发电机转子上机械转矩 与电磁转矩不平衡，使同步电机转子间相对位置发生 变化，即发电机电势间相对角度发生变化，从而引起 系统中电流、电压和电磁功率的变化。电力系统暂态 稳定就是研究电力系统在某一运行方式，遭受大干扰 后，并联运行的同步发电机间是否仍能保持同步运行、 负荷是否仍能正常运行的问题。在各种大干扰中以短 路故障最为严重，所以通常都以此来检验系统的暂态 稳定。本节将以单机无穷大系统为例介绍利用 MATLAB仿真分析简单电力系统暂态稳定性的方法。
基于MATLAB的电流互感器饱和特性仿真分析_肖伟平 (1)
图!
仿真波形
!"#$% &"’()*+",# -*./012’
造成 "# 二次侧开路。开始 关设置在 $)%*!5 时断开， 仿真， 其波形如图 .@ 所示。可以看出， "# 二次侧开 路时磁通为方波， 其值在 A!%;< 与 2!%;< 之间变化。 巨大的 @! ( @$ 变化率在 "# 二次侧引起很高的过电 压， 其峰值达到 $’%, 。
工具为应用在高压并联电抗器支路中作为测量的电流互感器建立一个系统仿真模型对电流互感器的饱和特性进行仿真其主要是获得电流互感器在含有非周期分量电流作用下和二次侧开路时的饱和特性曲线
第 !" 卷
第#期 "$$# 年 # 月
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电流测量模块 （!!） 用于测量 "# 一次电流 （即主 回路电流） 。电压测量模块 （"$） 用于测量 "# 二次电 压。在稳态时， "# 二 次 侧 的 电 流 为 !%%%&’ ( $%%%) （方均根值） 或 -*’., （峰值） 。 "$ 为 $*’, !! 经一 $*’+， 个比例环节变换 （$%%%/’ ） 元 件 后 与 "$ 一 起 送 示 波 器模块的通道 ! 进行显示，可以显示和记录电流电 压的波形。 （! ） 通过一个万用表进行测量， 并通 "# 的磁通 过一个转换元件将磁通转换为标幺值 （!0） 后送入 示波器通道 $ 进行显示。磁通 ! 的基准值为
基于MATLAB的可控电抗器的仿真研究
基于MATLAB的可控电抗器的仿真研究电力系统中的电力负荷通常会产生无功功率，而无功功率的存在会导致电力系统的电压质量下降，甚至引发一系列的电力问题。
为了解决这一问题，可控电抗器（SVC）被广泛应用于电力系统中，用于补偿电力负荷产生的无功功率。
本文基于MATLAB平台，进行了可控电抗器的仿真研究。
仿真的目的是通过模拟电力系统中的实际运行情况，评估和验证可控电抗器的性能和效果。
首先，我们建立了一个基于MATLAB的电力系统模型，其中包括发电机、负荷、变压器和可控电抗器等元件。
通过对电力系统进行建模，我们可以模拟电力系统中各个元件之间的相互作用和电能的传输过程。
在模型建立完成后，我们将可控电抗器引入到电力系统中，并设置其工作参数。
可控电抗器通过调节其电抗值，可以实现对电力负荷产生的无功功率的补偿。
在仿真过程中，我们可以根据实际情况调整可控电抗器的参数，以评估其对电力系统的影响和效果。
通过对仿真结果的分析，我们发现可控电抗器能够有效地补偿电力负荷产生的无功功率，提高电力系统的电压质量。
当负荷产生较大的无功功率时，可控电抗器能够快速响应并提供相应的无功功率补偿，从而保持电力系统的稳定运行。
此外，我们还对可控电抗器的控制策略进行了优化研究。
通过调整可控电抗器的控制参数，我们可以进一步提高其补偿效果。
例如，我们可以根据电力系统的电压波动情况，自动调节可控电抗器的电抗值，以实现更精确的无功功率补偿。
总结而言，本文基于MATLAB平台进行了可控电抗器的仿真研究。
通过模拟电力系统中的实际运行情况，我们评估和验证了可控电抗器的性能和效果。
仿真结果表明，可控电抗器能够有效地补偿电力负荷产生的无功功率，提高电力系统的电压质量。
同时，通过优化可控电抗器的控制策略，可以进一步提高其补偿效果，实现更精确的无功功率补偿。
这对于电力系统的稳定运行和电压质量的提升具有重要意义。
Matlab技术在电气设备故障诊断与预测中的应用案例
Matlab技术在电气设备故障诊断与预测中的应用案例电气设备故障诊断与预测一直是工程师们关注的重点。
近年来，随着计算机技术的不断发展和进步，Matlab作为一种强大的数学计算软件，被广泛应用于电气设备故障诊断与预测领域。
本文将分享几个实际应用案例，展示Matlab在电气设备故障诊断与预测中的优势和效果。
首先，我们来看一个电机故障诊断的案例。
电机是电气设备中常见的关键元件，其故障可能会导致设备无法正常工作。
通过使用Matlab，工程师们可以基于机械振动信号对电机的工作状态进行监测和诊断。
他们可以采集电机的机械振动信号，并将其传入Matlab软件进行分析。
利用Matlab提供的信号处理工具箱，可以对信号进行滤波、降噪、频谱分析等操作。
例如，通过应用小波变换算法，可以对电机的振动信号进行频谱分析，从而检测出故障频段的共振点，进一步确定故障类型。
接下来，我们转向电力系统中的一个实际应用案例。
电力系统是一个复杂的系统，在其运行过程中可能会出现各种故障。
为了提前诊断和预测这些故障，工程师们可以使用Matlab建立电力系统的数学模型，并仿真系统的运行情况。
有了这个数学模型，他们可以基于不同的故障场景进行仿真实验，以评估系统对故障的响应能力。
通过分析仿真结果，工程师们可以检测出系统潜在的故障点，并制定相应的应急措施，以保障电力系统的正常运行。
此外，Matlab还可以用于高压设备的故障预测。
高压设备故障一般由绝缘材料的老化、击穿等引起。
为了提前发现这些问题，工程师们可以基于支持向量机（SVM）算法使用Matlab建立预测模型。
他们可以收集大量的高压设备运行数据，并提取相关特征，然后通过训练模型，预测绝缘材料的寿命和设备的故障概率。
通过及时地监测和预警，可以减少设备的维修次数，提高电气设备的可靠性和运行效率。
最后，让我们来看一个电网故障定位的实际应用案例。
电网故障往往导致设备间的短路和线路中断，给电力系统带来巨大的经济损失。
Matlab技术在电力系统分析中的应用案例
Matlab技术在电力系统分析中的应用案例电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，其可靠性和稳定性对于保障正常生活和经济运行至关重要。
随着科技的发展，计算机技术在电力系统分析中扮演着越来越重要的角色。
Matlab作为一款功能强大的计算和分析工具，在电力系统分析中有着广泛的应用。
本文将通过几个具体的案例，探讨和介绍Matlab技术在电力系统分析中的应用。
一、电网负荷预测电网的负荷预测是电力系统运行和规划的关键环节之一。
准确地预测负荷可以帮助电力公司调整发电计划、优化用电调度，从而提高电网的运行效率和经济性。
Matlab中提供了强大的时间序列分析和预测工具，可以结合历史负荷数据进行负荷预测。
通过构建适当的模型和算法，可以利用Matlab对电力负荷进行长期、中期和短期的预测。
这些预测结果不仅可以用于电力系统规划和经济运行，还可以用于电力市场的交易和电力供需平衡的调度。
二、电力系统稳定分析电力系统稳定性是电力系统安全运行的前提。
任何系统运行中出现的不稳定现象都可能导致系统崩溃或停电，给社会和经济带来严重的损失。
Matlab中提供了强大的非线性系统数学建模和求解工具，可以实现电力系统的稳定性分析和仿真。
利用Matlab的电力系统稳定性工具箱，可以模拟并分析系统在各种外部扰动和内部故障情况下的动态响应和稳定性。
根据仿真结果，可以针对电力系统的问题进行合理的优化和改进，提高电力系统的可靠性和稳定性。
三、电力系统优化调度电力系统的优化调度是指在满足供需平衡和一定约束条件的基础上，通过合理调度发电和输电资源，使得系统运行效率最大化。
Matlab提供了强大的优化算法和求解器，可以用于电力系统的优化调度问题。
通过建立电力系统的数学模型，在考虑系统的经济性、可靠性和环境等因素的基础上，应用Matlab中的优化算法进行求解，得到最优的发电和输电策略。
这些最优化调度策略可以帮助电力公司减少能源消耗、优化电网结构和提高发电效率，对于保障电力供应和节约能源具有重要意义。
Matlab在电气设备控制中的应用技巧
Matlab在电气设备控制中的应用技巧电气设备控制是现代工业中重要且不可或缺的一部分。
为了提高控制过程的效率和精确度，工程师们正在寻求一种更高级、更灵活的工具。
Matlab作为一种功能强大的编程语言和建模环境，已被广泛运用于电气设备控制领域。
本文将介绍Matlab在电气设备控制中的应用技巧，涵盖了从建模、仿真到控制系统设计的各个方面。
一、建模与仿真在电气设备控制中，建立准确的模型是至关重要的。
Matlab提供了许多工具和函数，使得电气设备的建模工作变得更加简单和高效。
例如，Matlab可以通过使用电路元件模型来建立电路的等效电气模型，从而实现对电路行为的仿真。
此外，Matlab还可以通过使用图形用户界面工具箱(GUI Toolbox)，以可视化的方式快速创建、编辑和分析电路拓扑图。
在电气设备的控制设计中，往往需要对电机、变压器等电气元件进行建模和仿真。
Matlab提供了Simulink建模工具，可以方便地建立电气元件的动态特性模型，并进行系统级仿真。
Simulink不仅可以使用已有的模型库，还可以自定义模型并进行参数优化。
通过仿真和分析，工程师们可以更好地理解电气设备的行为，预测系统响应，并根据仿真结果进行控制系统的设计和调整。
二、控制系统设计控制系统设计是确保电气设备运行稳定和高效的关键一环。
Matlab提供了许多工具和函数，可以帮助工程师们进行控制系统的设计、分析和自动化。
例如，Matlab的Control System Toolbox提供了丰富的控制系统设计方法和算法，包括PID控制、模糊控制、状态空间控制等。
在Matlab中，使用Control System Toolbox可以方便地进行系统的频域分析和时域响应分析。
工程师们可以通过频率响应曲线、波特图等图形工具来评估系统的稳定性、干扰抑制能力和响应速度，并进行参数调整。
此外，Matlab还提供了系统优化工具，可以帮助工程师们快速找到最优的控制器参数，以实现更好的控制效果。
Matlab技术在电力系统优化中的应用案例
MatIab技术在电力系统优化中的应用案例电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，其运行稳定和高效性对社会经济发展至关重要。
为了提高电力系统的性能和效率，科学家和工程师们进行了大量的研究和实践，其中使用Mauab技术进行电力系统优化已经成为一种常见的方法。
介绍电力系统优化电力系统优化的目标是寻找一套最优的决策方案，使得电力系统的性能指标达到最佳。
这些性能指标可以包括电力系统的稳定性、效率、经济性和环境友好程度等。
其中，稳定性是电力系统优化的关键，它与电力系统的动态响应能力和抗干扰能力密切相关。
MatIab技术在电力系统优化中的应用MatIab是一种强大的科学计算和数据可视化软件，被广泛应用于许多领域，包括电力系统优化。
下面将介绍一些MatIab技术在电力系统优化中的典型应用案例。
1.发电机组优化电力系统中的发电机组是整个系统的核心，其运行状态和性能对整个电力系统的稳定性和效率具有重要影响。
MatIab可以通过数学建模和优化算法来优化发电机组的运行状态。
例如，可以利用Mat1ab进行发电机组的负荷分配、燃料调度和启停控制等优化，以实现最佳的发电机组性能和经济效益。
2.输电网络优化电力系统的输电网络是将电力从发电厂传输到用户终端的关键环节。
优化输电网络的配置和运行方式可以提高电力输送的效率和稳定性。
Mat1ab可以通过数学建模和优化算法来进行输电网络的优化。
例如，可以利用Mat1ab进行输电线路的布局优化、变电站的配置优化以及输电网络的负荷分配优化等。
3.电力市场优化电力市场是电力系统运行的重要组成部分，其合理的设计和运营对电力系统的稳定性和经济效益具有重要影响。
Mat1ab可以通过建立电力市场模型和优化算法来进行电力市场的优化。
例如，可以利用MatIab进行电力市场的机制设计、发电商和用户的交易策略优化以及电力价格的调度优化等。
4.电能质量优化电能质量是电力系统运行的重要指标之一，它涉及到电压稳定、谐波和干扰等方面的问题。
基于MATLAB的磁饱和式可控电抗器的仿真模型参数及过渡时间分析_田铭兴
电压 UAN = 500 ／ 姨 3 kV ； 额定频率 fN = 50 Hz ； 绕组电 阻 RA = 40 Ω 。 由式 （17） 算得 IAN = 208 A ； 由式 （18） 算 得 δ = 0.047 4 。 仿真时 ， 电抗器在 0 s 时刻由空载突变到满载 。 工作电流 i1 和控制电流瞬时值 i2 波形如图 3 所示 ； 铁 芯 1 的 磁 链 ψ1 和 铁 芯 2 的 磁 链 ψ2 及 其 平 均 值 ψa1、ψa2 波形如图 4 所示 ； 工作电流 i1 的基波幅值 Im1 和控制电流 i2 的 平 均 值 I2 ， 以及工作电流等于 0 条 件下控制电流平均值 I20 波形如图 5 所示 。 由图 3— 5 可知 ， 仿真结果正确反映了电抗器工 作过程 ， 所以仿真模型是有效的 。
（
2
）d
（2 ）
电 力 自 动 化 设 备
RA * i1 NA u1 NA 2 NA 1 RA * NA i2 u2 2δ R A 1-δ
第 33 卷
式中等号右边项为图 2 中单相可控整流桥输出 平均电压 。 由文献 ［11 ］ 可得 ：
I2 =
2 Bs l sin β - β cos β 2 2 2 πμ0（2NA）
收稿日期 ：2012 - 07 - 12 ； 修回日期 ：2013 - 04 - 15 基金项目 ： 国家自然科学基金资助项目（51167009）
1
等效电路及参数计算
单相磁饱和式可控电抗器的结构原理图如图 1
所示 ［14 -15］。 图 1 中 ， 绕组匝数 NA = N1 + N2； 自耦比 δ = N2 ／ NA；铁芯 1、2 的等效磁路长度均为 l，等效磁路截 面积均为 A ；uA 为工作电压 ；iA 为工作电流 ；id 为直流 环流 （ 控制电流 ）；1 为铁芯 1 的磁通 ；2 为铁芯 2 的 磁通 。 NA 匝绕组的电阻为 RA， 则 N1 匝绕组的电阻为 （1 － δ ）RA，N2 匝绕组的电阻为 δRA。
Matlab在电力系统分析中的应用方法
Matlab在电力系统分析中的应用方法简介近年来，电力系统的规模和复杂度不断增长，需要更高效的方法来分析和优化电力系统的运行。
Matlab作为一种强大的科学计算软件，在电力系统分析中发挥着重要的作用。
本文将介绍Matlab在电力系统分析中的应用方法，包括电力系统建模、稳态分析、暂态分析以及参数优化等方面。
一、电力系统建模电力系统建模是电力系统分析的基础，通过建立电力系统的数学模型，可以对电力系统进行稳态和暂态分析。
Matlab提供了丰富的工具和函数，可以方便地进行电力系统建模。
例如，可以使用Matlab中的模块化建模工具箱来搭建电力系统的拓扑结构，定义节点、支路和负荷。
同时，可以使用Matlab中的电路元件模型来建立各种电力设备（如变压器、发电机、输电线路等）的数学模型。
二、稳态分析稳态分析是电力系统运行的基础，通过对电力系统的稳态参数进行分析，可以评估电力系统的稳定性和可靠性。
Matlab提供了丰富的工具和函数，可以进行稳态分析。
例如，可以使用Matlab中的潮流计算工具箱来计算电力系统的节点电压和功率流，并通过对潮流计算结果进行分析，评估电力系统的电压稳定性和功率平衡状况。
同时，Matlab还提供了模块化稳态分析工具箱，可以用来进行电力系统的稳定性分析。
在此工具箱中，可以使用各种稳定性指标来评估电力系统的稳定性，并通过调整电力系统的参数来改善电力系统的稳定性。
例如，可以使用Matlab中的阻尼控制器设计工具箱来设计电力系统的阻尼控制器，以提高电力系统的阻尼特性和抑制电力系统的振荡。
三、暂态分析暂态分析是电力系统故障计算的基础，通过模拟电力系统发生故障时的瞬态过程，可以评估电力系统的故障承受能力和防护措施。
Matlab提供了强大的仿真工具和函数，可以进行电力系统的暂态分析。
例如，可以使用Matlab中的暂态稳定工具箱来模拟电力系统发生故障时的瞬态过程，并通过对暂态分析结果的分析，评估电力系统的故障承受能力。
基于MATLAB多绕组变压器模型的磁饱和式可控电抗器仿真建模方法_田铭兴
（1 - δ）
π 2
RA（1 + δ）（1 - δ） ψSim+ ψS δ 姨 2 UAN
取磁链基值为：
im= 0 im> 0
ψbase = 姨 2
U1N 2πfN
把式（3）代入式（16）可得：
ψbase = 姨 2
UAN ／ 2 2πfN
（1 - δ）
把式（17）代入式（15）可得：
1
ψ* =
π 2
1
ψ* = ψ = ψbase
1-δ 2
i*m+ 1
i*m= 0 i*m> 1
其中，i*m= im ／ Ibase，为磁化电流标幺值。
（13） （14） （15） （16） （17） （18）
（19） （20） （21）
3 建模
如 图 1 所 示 ，MSCR 的 每 个 铁 芯 及 其 绕 组 可 以 看作 1 个 4 绕组变压器，而 MATLAB 的 Powersystem Blocksets 中提供了多绕组变压器模型 Multi-Winding Transformer。 所以，用 2 个多绕组变压器模型，以及 晶闸管、二极管、电源等模型，并根据图 1 所示的连 线方式就可以建立 MSCR 的仿真模型。 其 中 ，核 心 模 型 是 2 个 完 全 一 样 的 多 绕 组 变 压 器 模 型 MultiWinding Transformer。 所建的 MSCR 仿真 模 型 在 形 式上与图 1 所示 MSCR 结构完全一致，直观简单，且 可仿真出图 1 中所有元器件的电压、电流的变化过程。
MATLAB在电力系统仿真中的运用汇总
收稿日期:2006-08-25作者简介:曾江华, 女, 长江水利委员会设计院机电处, 工程师, 硕士。
文章编号:1001-4179(2006 11-0041-02MAT LAB 在电力系统仿真中的运用曾江华陈晓明金伟江万里李远青(长江水利委员会设计院, 湖北武汉摘要:MAT LAB 是将计算、可视化、真中运用很广泛。
, 由于电力系统是个复杂的系统, , 也不直观。
M AT LAB 的M LAB 的POWERSY STE M BLOCK 对避雷器在有电抗器补, 。
关键; ; 仿真; 运用T 文献标识码:A1概述M AT LAB 是由美国Mathw orks 公司开发的大型软件, 它是以矩阵运算为基础, 把计算、可视化、程序设计融合在一个交互的工作环境中, 在此环境中可以实现工程计算、算法研究、建模和仿真、应用程序开发等。
在M AT LAB 中包括了两大部分, 数学计算和工程仿真, 其中在工程仿真方面,M AT LAB 提供的软件支持涉及到各个工程领域, 并且在不断完善。
M AT LAB 所具有的程序设计灵活, 直观, 图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科, 多平台的强大的大型软件。
M AT LAB 提供的S imulink 工具箱是一个在M AT LAB 环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包, 它提供了用方框图进行建模的接口, 与传统的仿真建模相比, 更加直观、灵活。
S imulink 的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个系统。
每个程序块由输入向量, 输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。
在计算前, 需要初始化并赋初值, 程序块按照需要更新的次序分类, 然后用ODE 计算程序通过数值积分来模拟系统。
M AT LAN 含有大量的ODE 计算程序, 有固定步长的, 有可变步长的, 为求解复杂的系统提供了方便。
M AT LAB 在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块(P ower System Blockset 来完成, P ower System Block 是由TE QSI M 公司和魁北克水电站开发的。
MATLAB在电力系统中的分析与应用
17
18
磁芯的饱和特性磁化曲线 Saturation Characteristic
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磁芯的“磁滞”曲线 Simulate hysteresis
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互感器 Mutual Inductance
21
可控硅 Thyristor
22
二极管 Diode
23
MOS管
24
IGBT管
25
理想开关Ideal Switch
概述
电力系统的电路和机电设备不断发展,对其性能的要 求也不断提高，而模型中存在多种非线性因素，使 得设计人员面临往往是一个复杂多变的系统。
SimPowerSystems使用Simulink环境，可快速轻松 建模，画出电路的拓扑结构，模拟电力系统。 SimPowerSystems可并与其他学科的模型进行交互， 也可以使用MATLAB工具箱和Simulink模块集。
仿真类型设置
分析工具——模型参数
[A,B,C,D,x0,electrical_states,inputs,outputs]=power_analyze(‘sysname') sps = power_analyze(' sysname','structure')
sps = power_analyze(' sysname','sort') sps = power_analyze(' sysname',‘net') sps = power_analyze(' sysname','ss')
其他设计工具 Filter Design & Analysis Tool
MATLAB软件在饱和电抗器中的典型应用
MATLAB软件在饱和电抗器中的典型应用
文宏伟
【期刊名称】《计量与测试技术》
【年(卷),期】2004(031)011
【摘要】本文分析了单磁芯可控电抗器的结构特点、工作原理和调节特性.为研究电抗器与直流偏磁磁势之间的变化关系,提出在常规单磁芯可控电抗器的结构中增加一个检测绕组,给出了描述可控电抗器的B-H曲线的数学模型,并利用MATLAB 软件中的SINMULINK仿真环境,建立了该物理模型的仿真模型,给出了仿真和实验结果.研究表明,文章获得的有关研究单磁芯可控电抗器的工作特性的仿真模型,对于优化设计可控电抗器的结构和电气参数是有益的.
【总页数】3页(P32-34)
【作者】文宏伟
【作者单位】广东省输变电公司工程科
【正文语种】中文
【中图分类】TM133
【相关文献】
1.MATLAB软件在串补电容器型式试验检测系统中的典型应用 [J], 刘艳村;李维波
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MATLAB软件在饱和电抗器中的典型应用
MA TLAB 软件在饱和电抗器中的典型应用
Typical Application of MA TL AB Sof twa re to Cont rollable Reactor □文宏伟 Wen Hongwei
【作者简介】文宏伟 ,男 ,工程师 ,主要从事 高电压技术研究 。工作单位 : 广东省输变电公 司工程科。通讯地址:510160 广州市东风西路 40 号。
3 2
图 1 可控饱和电抗器结构示意图
为直流侧滤波电抗器 , R0 为直流侧 总电阻 (包括直流控制绕组 W 0 的 纯电阻和线路电阻) , J1 、J 2 端为恒 定的交流激磁电压 uS = U Sm sinωt (有效值为 U S ,幅值为 U S m ) , RS 为 交流激励侧总电阻 (包括负载和 W S 的纯电阻) , 其端电压为 U RS 。本文 提出在传统的可控饱和电抗器的结 构中再均匀绕制一个检测绕组 ( 匝 数为 W M ) , 并在检测绕组两端接一 个电阻 RM , 采用交流恒压源 uS 作 为激励信号 , 见图 1 所示 , 图中 M1 、 M2 端为检测绕组输出的端电压 , 4 和 5 为检测绕组及其后续处理电路。
uM = [ uS -
(Δ-
I1
W1) l
l RS WS
]
WM WS
(21) 因 此 , 在 MA TLAB 软 件 的 SIMUL IN K 环境中 ,基于式 (21) 建 立的仿真模型如图 3 所示 ,仿真和 试验参数列于表 1 。用交流电压源
力 (即经受饱和磁化电流的冲击能
力) ,由于它的导磁性能受机械应力
(12) 或者 (13) 是合适的 , 因为在此
情况下磁芯磁特性的工作范围并不
MATLAB的无功补偿
图6-2 Three-Phase Programmable Voltage Source 模块的属性参数
6-2 无功补偿装置的仿真
• 建立好图6-1所示的Simulink模型后，将参数设置好便可进行仿 真。仿真结果如图6-3、所示：
6-3 SVC仿真波形
6.3 仿真波形分析
• 仿真结果表明:无功功率补偿器能够很好地补偿无功功率，使补 偿后的功率因数接近1，达到了补偿的目的。电压和电流都能够稳定。 我们还能够看到补偿器能够很好的跟踪无功功率的变化，并且进行 实时补偿，补偿后的电流与电压相位相差不大，补偿后的电流在很 大程度上降低了线路损耗。
• 但是从波形中我们还可以看出:电源侧的电流波形有毛刺，即补偿后 的电流含有高次谐波成分。这主要是因为主电路中的电力电子器件在 高频通断过程中产生了其工作频率附近的一些频率很高的谐波。另外， 电容上的电压有一定的振荡，但是很快就又趋于稳定了。
4.2静止无功补偿装置（SVC)的原理：
• 在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最基本、最重 要的指标。为确保电力系统正常运行，供电电压和频率必须稳定在 一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关，而电压控 制的重要方法之一是对电力系统的无功功率进行控制。
•
静止无功补偿装置主要有以下三大类型:一类是具有饱和电抗器 的静止无功补偿装置(SR: Saturated Reactor);第二类是晶闸管控制 电抗器(TCR: Thyristor Control Reactor),晶闸管投切电容器(TSC: Thyristor Switch Capacitor)，这两类装置通称为SVC (Static Var Compensator);第三类就是采用自换相变流技术的静止无功补偿置— 动态无功补偿器((SVG)。下面简要说明SR和SVC的原理。
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2. MA TLAB 仿真模型分析
首先必须选取合适的 B - H 曲
线的数学模型 , 在工程计算中已经
有许多方法[3 ,7 ] ,如
H =αsh (βB )
(12)
n
H = ∑a2 h + 1 B 2 h + 1 h=0
(13)
式中 a2 h + 1 、α 和 β 为 待 定 系
数 。对 于 磁 芯 特 性 的 常 规 计 算 式
分析图 4 和 5 可知 , 饱和电抗 器在没有直流偏磁作用时 , 有效值 最大 , 随着偏磁磁势 I0 W 0 的增加 , 有效值减小得非常明显 ,当偏磁磁 势继续增加到使饱和电抗器处在深
度饱和时 ,有效值会趋近于不为零 的常值 。比较图 4 和 5 可知 ,仿真 结果 与 实 验 结 果 相 近 , 说 明 基 于 MA TLAB 软件中的 SIMUL IN K 环 境所建立的模型是可行的 ,便于计 算机进行参数优化 。
I′0 = W 0 I0/ W S (4)
i = Hl/ W S
(5)
式中 B 和 H 分别为
磁芯中磁感应强度和磁场
强度 , l 为平均磁路长度 , I′0 为直流偏磁电流 I0 对 交流激励侧的折算值 , i 为 与激磁磁势相当的交流侧
电流值 。假定 uS 单独作 用时 , 铁心磁状 态 最 大 工
可能更贴切一 些 。当 n 取更大值 (一般 h < 3) 时 ,
3. 仿真与实验结果
可得到饱和更快的特性曲线 。 本文根据实测坡莫合金磁芯的
磁化曲线进行取点 ( 测量数据略) , 得到数学模型为 :
建立了图 1 所示的实验装置 , 选取牌号为 1J 85 的坡莫合金制作 磁芯 ,因为它具有极高的导磁率 、低 损耗 、极低矫顽力和良好的过载能
科技大学李维波和武汉大学刘艳村 博士的悉心指导 ,在此 ,作者谨对他 们的辛勤帮助表示诚挚的谢意 。
参考文献 [1]张红. 自饱和电抗器理论分析和计算 [J ] . 江西电力 ,18 (3) [ 2 ]田铭兴 、励庆孚 、王曙鸿. 磁饱和式可控 电抗器的等效物理模型及其数学模型[J ] . 电工 技术学报 , 2002 ,17 (4) [ 3 ]李维波 、李启炎 、任士焱等. 新型直流大 电流比较仪的建模与仿真研究[J ] . 四川工业学 院学报 ,2001 , 20 (2) [4 ] A. Barili , A. Brambilla , G. Cottafava , E. Dallago . A simulation model for t he saturable reactor [ J ] , IEEE Transactions on Industrial Electronics , 1988 ,vol. 35 (2) [ 5 ] L . Janicke , A. Kost , R. Merte , et al. Numerical modeling for anisotropic magnetic medi2 a including saturation effects [ J ] , IEEE Trans. on Magnetics , 1997 ,vol. 33 (2) [6]陈柏超著. 新型可控饱和电抗器理论
【 关 键 词 】MA TLAB 软件 SIMUL IN K 环境 仿真模型
【收稿时间】2004 - 10 - 08
饱和电感是一种磁滞回线矩形 比高 ,起始磁导率高 , 矫顽力小 , 具 有明显磁饱和点的电感 ,饱和电感 可分为自饱和与可控饱和二类[1 ,2 ] 。 可控 饱 和 电 感 又 称 可 控 饱 和 电 抗 器 ,其基本原理是 ,带铁心的交流线 圈在直流激磁作用下 ,由于交直流 同时激磁 ,使铁心状态一周期内按 局部磁滞回线变化 ,因此 ,改变了铁 心等效磁导率和线圈电感 。由于可 控饱和电抗器结构简单 、性能稳定 , 因此它在稳流技术 、直流比较仪等 方面有着广泛用途 。 图 1 表示可控饱和电抗器基本 结构 ,它由直流控制绕组 1 ( 匝数为 W 0) 、交流激励绕组 6 (匝数为 W S ) 和环形磁芯 2 (磁路截面积为 S ) 组 成 , P1 、P2 端为输入直流电流 I0 , L 0
uM = [ uS -
(Δ-
I1
W1) l
l RS WS
]
WM WS
(21) 因 此 , 在 MA TLAB 软 件 的 SIMUL IN K 环境中 ,基于式 (21) 建 立的仿真模型如图 3 所示 ,仿真和 试验参数列于表 1 。用交流电压源
力 (即经受饱和磁化电流的冲击能
力) ,由于它的导磁性能受机械应力
最大导 磁率
600 ,000 ( Gs/ Oe) 矫顽力
HC < 1 (A/ m)
图 4 和 5 表示饱和电抗器在交 流电压激励时 ,检测线圈端电压有 效值与直流偏磁磁势 I0 W 0 的仿真 与实验曲线 。
3 3
■计测技术
图 4 感应电压有效值 URMS与直流偏磁仿真曲线
图 5 检测线圈端电压有效值与直流偏磁实验 曲线
H = 0. 35 sh ( 3. 3 B ) + 0. 498 B
- 2. 09 B 3 - 1. 23 B 5
(15)
由于磁芯中总磁势 Hl = I1 W 1
+ iS W S ,则 H 和 B 分别为 :
H = ( I1 W 1/ l ) + W S ( u～ -
WS uM/ W M) / lRS
(19)
B
=
1 WMS
∫uM dt
(20)
将式 (20) 代入式 (15) 中 ,且令
Δ = 0. 35 sh[3. 3
1 WMS
∫uM dt ]
+ 0. 498
1 WMS
∫uM dt -
2.
09
(
1 WMS
∫uM dt) 3
-
1. 23 (
1 WMS
∫uM dt) 5
因此 ,检测绕组输出端电压为 :
影响极大 ,因此其在它外面安装了
外互环 (见图 1 中 7 所示) 。该磁芯
的外 直 径 、内 直 径 和 厚 度 分 别 为
80mm 、60mm 和 10mm ,激励线圈和 检测线圈内阻分别为 1. 05Ω和 1. 01Ω。
交流 激 励 电 压 的 频 率 f 、峰 峰 值
U S PP和有效值 U S 分别见表 1 所示 。
3 2
图 1 可控饱和电抗器结构示意图
为直流侧滤波电抗器 , R0 为直流侧 总电阻 (包括直流控制绕组 W 0 的 纯电阻和线路电阻) , J1 、J 2 端为恒 定的交流激磁电压 uS = U Sm sinωt (有效值为 U S ,幅值为 U S m ) , RS 为 交流激励侧总电阻 (包括负载和 W S 的纯电阻) , 其端电压为 U RS 。本文 提出在传统的可控饱和电抗器的结 构中再均匀绕制一个检测绕组 ( 匝 数为 W M ) , 并在检测绕组两端接一 个电阻 RM , 采用交流恒压源 uS 作 为激励信号 , 见图 1 所示 , 图中 M1 、 M2 端为检测绕组输出的端电压 , 4 和 5 为检测绕组及其后续处理电路。
■计测技术
MA TLAB 软件在饱和电抗器中的典型应用
Typical Application of MA TL AB Sof twa re to Cont rollable Reactor □文宏伟 Wen Hongwei
【作者简介】文宏伟 ,男 ,工程师 ,主要从事 高电压技术研究 。工作单位 : 广东省输变电公 司工程科。通讯地址:510160 广州市东风西路 40 号。
4. 结论
本文利用 MA TLAB 软件中的 SIMUL IN K 环 境 对 传 统 的 单 磁 芯 可控饱和电抗器增加检测绕组后的 物理模型进行建模和仿真研究 。实 验和仿真结果表明 ,该模型反应了 物理模型的实质 ,可以有效监测交 流激励下的磁芯磁状态 ,掌握和了 解可控饱和电抗器的工作性能 ,便 于在计算机中计算可控饱和电抗器 的暂态过程 ,快速优化饱和电抗器 的参数 ,设计具有合理结构的可控 饱和电抗器 。本文的写作得到华中
表 1 根据图 1 进行仿真和试验参数
滤波电感
L1= L2
3mH
U～ 7. 85V
直流绕组 W1
100 匝
f 127. 4 Hz
激励绕组 WS
160 匝
R
90Ω
检测绕组 反馈W绕M 组
W2
150 匝 75 匝
RM
10kΩ
BS
0. 78 T
初始导 磁率
> 80000 ( Gs/ Oe) 居里温度
400 ℃
磁化曲线关于原点对称的特性 , 本 正弦波 (对于三角波 、方波激励信号
文特考虑一种混合方法[7 ] :
而言 ,结论也成立) 激励磁芯 ,将检
n
H = ∑a2 h + 1 B2 h + 1 +αsh (βB) (14) h=0
式中等号右边的多项式能够精 确地拟合磁化曲线的起始线性和拐 弯部分 ( 其对完全饱和段影响相对
计量与测试技术·2004·№111
效电抗值 ( XL = 2πf L ) 减小 , 交流激 励绕组侧回路的输出电流 I～ 明显 增加 , 可见通过可控饱和电抗器可 以实现用较小直流控制较大交流的 目的 , 如图 2 所示 。最简单的磁放 大器直流比较仪 ( 以下简称磁放大 器) 就是通过检测图 1 中的输出电 压 U0 以 反 应 控 制 电 流 I1 的 变 化[2 ,3] 。
L 为线圈 W S 的电感量 ,即
L
=
W 2SμS
l
(8)
式中 l 为磁路平均长度 ,μ 为
磁导率 :