基于PSCAD和MATLAB的电力系统电磁暂态仿真研究
电气工程及其自动化毕业论文基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析
摘要随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益庞大和复杂，出现的各种故障，会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有可能导致电力系统事故的扩大，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题依据电网用电供电系统电路模型要求，因此，论文利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网在其可能遇到的多种故障方面运行的需要。
论文以MATLAB R2009a电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSyetem 搭建了电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型，实验得到了在该系统发生各种短路接地故障并由断路器自动跳闸隔离故障的仿真结果。
并利用小波分析具有很强的信号特征提取能力，尤其对暂态突变信号或微弱变化信号的处理变现出明显的优势，达到了仿真的目的。
本文做的主要工作有：（1）Simulink下单机—无穷大仿真系统的搭建（2）系统故障仿真测试分析通过实例说明，若将该方法应用到电力系统短路故障的诊断中，快速实现故障的自动诊断、检测，对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。
关键词单机—无穷大；SimPowerSyetem；短路故障；ABSTRACTWith the rapid development of electric power industry, electric power system, as an increasingly large scale and complicated power system fault, The user will give power plants and power equipment of the security threats, and may have caused the accident of power system, technology and safety considerations from directly power test possibility, urged using electric simulation to solve these problems based on grid power supply system, Therefore, paper depend on the model of dynamic simulation by MATLAB build software Simulink infinite power system of single - simulation model, the grid in various fault may meet theneeds of the running of aspects.The paper base on platform version of Matlab R2009a，According to SimPowerSyetem toolbox to build power operation of common single—infinite system model, the experiment in the system was obtained by various circuit breaker automatically earthing faults and fault isolation of simulation results trip. Using the wavelet analysis and has strong ability of the signal feature extraction, especially for transient mutations signals or weak signal processing showed obvious advantages, Reaching purpose of the simulation.The main work is :(1) Building this simulation system of single - infinite under Simulink(2) Fault simulation test analysis of system(3) Fault detection and analysis based on Haar waveletThrough examples, if this method to the power system fault diagnosis, fast fault detection and diagnosis, automatic for improving the stability of power system has important significance.keywords：Single—infinite；SimPowerSyetem；Short circuit faults；Wavelet transform目录目录.............................................................................................................. 错误！未定义书签。
PSCAD在电力系统电磁暂态仿真应用技术
2．机电暂态过程分析。主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除或投入线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。为选择规划设计中电力系统的网络结构，校验和分析运行中电力系统的稳定性能和稳定破坏事故，制定防止稳定破坏的措施提供依据。静态稳定分析是研究电力系统受到小扰动后的稳定性能，为确定输电系统的输送功率，分析静态稳定破坏和低频振荡事故的原因，选择发电机励磁调节系统、电力系统稳定器和其他控制调节装置的型式和参数提供依据。
电力系统分析包括稳态分析、故障分析和暂态分析三方面内容。
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主要研究电力系统稳态运行方式的性能，包括系统有功功率和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等，解决系统有功功率和频率调整，无功功率和电压控制问题。
潮流计算是进行电力系统稳态分析的主要方法。潮流计算的结果可以给出电力系统稳态运行方式下各节点电压相量和各支路功率分布。通过调整系统运行方式的给定条件，进行必要的潮流计算，可以研究并从中选择经济上合理、技术上可行、安全可靠的正常方式，及时发现电力网元件如变压器和线路过负荷、母线电压越限等异常工况并做出适当处理。潮流计算还给出电力网的功率损耗，便于进行网损分析，并进一步制定降低网损的措施。潮流计算还可用于电力系统事故预想，通过模拟发电厂、线路、变压器等元件的开断，分析其引起潮流分布的相应改变，确定事故影响的程度和防止事故扩大的措施。潮流计算也用于输电线路工频过电压研究和调相、调压分析，为确定超高压线路并联补偿容量、变压器可调分接头设置、发电机额定功率因数等系统规划设计的主要参数以及线路绝缘水平提供部分依据。潮流计算还是考虑负荷电流的短路电流计算和稳定计算的基础，为这些计算提供初始运行方式。
PSCAD在电力系统电磁暂态仿真的应用
引言电力工业是国民经济发展的基础工业。
随着经济建设的发展，发电设备的容量也在相应增大。
为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，我们应该考虑任何电力系统故障的情况，并加以研究。
电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。
在供电系统中，短路冲击电流会使两相邻导体间产生巨大的电动力，使元件损坏；大的短路电流将使导体温度急剧上升，会使元件烧毁；阻抗电压大幅下降，影响系统稳定性。
发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。
所以有必要对电力系统电磁暂态进行研究。
目前，电力系统暂态分析的研究理论已越来越完善，但基本上是通过建立数学模型，并解数学方程来分析的。
这让我们很难理解其推导过程，所以很有必要利用直观的方法来分析并得出相同的结论。
本设计利用PSCAD软件建立了简单电力系统和复杂电力系统两个仿真模型。
简单电力系统模型包括：同步发电机模型、负荷模型等；复杂电力系统模型包括：同步发电机模型、变压器模型、输电线模型、负荷模型等。
本设计通过运用EMTDC模块对电力系统仿真进行计算，并分析其电磁暂态稳定性，其中计算了发生四类短路故障时的暂态参数，并对其分析比较，来研究电力系统的这四类短路之间的异同和暂态对电力系统的影响。
通过此次设计进一步巩固和加强了四年来所学的知识，并得到了实际工作经验。
设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。
在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了四年来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的基础。
由于我在知识条件等方面的局限，仍存在许多不足，但在指导老师和学院大力支持和帮助下，已有相当大的改进，在此表示衷心的感谢。
第一章绪论1.1 电力系统分析简介运用数字仿真计算或模拟试验的方法，对电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察的分析研究。
对规划、设计的电力系统，通过电力系统分析，可选择正确的系统参数，制定合理的电力系统方案；对运行中的电力系统，借助电力系统分析，可确定合理的运行方式，进行系统事故分析和预想，提出防止和处理事故的技术措施。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究电力系统暂态稳定性研究是电力系统研究领域中的一个重要方向，其中基于MATLAB的仿真方法是一种常用的研究手段。
本文将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究的主要内容和方法。
电力系统暂态稳定性是指电力系统在扰动发生后，恢复稳定运行的能力。
电力系统暂态稳定性的研究可以分为两个方面，即暂态过程研究和稳定性评估。
暂态过程研究主要关注电力系统在扰动发生后的响应过程，包括电压、电流、功率等参数的变化过程。
稳定性评估则是对电力系统暂态稳定性进行定量评估和分析，包括临界动态稳定的最大扰动规模以及稳定裕度等指标。
在进行电力系统暂态稳定性仿真研究时，MATLAB是一个常用的仿真工具。
MATLAB具有强大的数值计算和仿真功能，可以方便地建立电力系统的数学模型，并进行仿真实验。
下面将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究的具体步骤。
首先，需要建立电力系统的数学模型。
电力系统可以通过节点电压和支路功率的代数方程和微分方程进行描述。
电力系统的数学模型可以根据实际系统的特点进行建立，包括发电机模型、负荷模型、传输线模型等。
其次，需要确定仿真的目标和参数。
在进行电力系统暂态稳定性仿真研究时，需要明确仿真的目标和所关注的参数，例如电压的稳定性、功率的变化等。
然后，进行电力系统暂态稳定性仿真实验。
通过MATLAB中的仿真工具，可以输入电力系统的数学模型和参数，进行仿真实验。
仿真实验可以通过改变系统的初始状态和输入参数，观察系统的响应过程和稳定性变化。
最后，进行仿真结果分析和评估。
通过对仿真结果的分析和评估，可以得到电力系统暂态稳定性的定量指标和结论。
仿真结果可以通过绘制波形图、相图等方式进行可视化展示，并进行统计和分析。
总的来说，基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究是一种有效的研究手段，可以帮助研究人员深入了解电力系统暂态过程和稳定性特性。
通过仿真实验，可以评估电力系统的暂态稳定性，指导实际运行和调度，提高电力系统的安全性和稳定性。
电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究
电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究电力系统是现代社会运转的重要基础设施之一，而电磁暂态是电力系统中不可忽视的重要问题之一。
电磁暂态是指电力系统中由于突发故障、开关操作或其他原因所引起的瞬时电流和电压的变化，这会对电力设备和电力系统产生巨大的挑战。
电力系统电磁暂态仿真与分析技术的研究旨在探索如何有效地分析和解决电磁暂态问题，提升电力系统的稳定性、可靠性和安全性。
本文将深入探讨电力系统电磁暂态仿真与分析技术的研究现状和未来发展方向。
首先，电力系统电磁暂态仿真技术是研究电力系统电磁暂态问题的重要手段之一。
仿真技术可以对电磁暂态进行数字模拟，以便帮助研究人员更好地理解和分析电磁暂态问题。
电力系统电磁暂态仿真技术主要包括建立电力系统模型、选择合适的仿真方法和算法以及验证仿真结果的准确性等方面。
近年来，随着计算机硬件和软件的不断发展，电力系统电磁暂态仿真技术得到了快速的发展，为电力系统的运行和维护提供了重要的参考依据。
其次，电力系统电磁暂态分析技术是电磁暂态仿真技术的重要应用领域之一。
电磁暂态分析技术主要通过分析电磁暂态过程中的电流和电压波形，评估电力设备和电力系统的性能和可靠性。
电力系统电磁暂态分析技术一般包括建立正确的电力系统模型、选择合适的分析方法和工具、进行仿真计算和结果分析等步骤。
通过电磁暂态分析，研究人员可以了解电力系统中暂态过程中出现的过电压、过电流等问题，预测电力设备的损坏情况并提出相应的改进措施。
另外，电力系统电磁暂态仿真与分析技术在电力系统规划和设计中也起着重要的作用。
电力系统的规划和设计是保障电力系统安全运行的重要环节，而电磁暂态问题也必须在规划和设计阶段加以考虑。
电力系统规划和设计中常用的仿真和分析软件包括POWERFACTORY、PSCAD/EMTDC等，它们能够模拟电力系统中各种电磁暂态问题，并且能够输出仿真结果以供评估和决策。
除了以上提到的仿真和分析技术，近年来，电力系统电磁暂态仿真与分析技术还涌现出一些新的研究方向和技术。
基于PSCAD EMTDC的电力系统机电暂态与电磁暂态混合仿.
第三章电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC
电路,运行、分析结果和处理数据,保证并提高了研究工作的质量和效率。
在线画图、控制、监测功能使得用户可以在仿真进行过程中修改系统参数,并直接观察仿真结果。
PSCAD 和EMTDC 的关系如图3—1所示。
§3.2PSCAD 介绍
3.2.1PSCAD 运行环境
PSCAD 运行时的主界面如图3—2所示,主要包括:主菜单、工具栏、工作区窗口、输出窗口和编辑器窗口。
图3-2PSCAD的主界面
一、主菜单(Menus
主界面左上方的是主菜单,,包括:文件、编辑、浏览、编译、窗口和帮助等选项。
同时PSCAD还提供鼠标右键弹出菜单功能。
二、工具栏(Tool bar:
工具栏包含PSCAD常用命令的快捷键,通过使用工具栏中的快捷键,用户可以方便快捷地完成仿真中的各步骤工作。
P8CAD工具栏包括:
1主工具栏:含有新建、打开、保存、打印、运行、暂停等按钮;。
基于PSCAD调用MATLAB的电力系统电磁暂态仿真
基于PSCAD调用MATLAB的电力系统电磁暂态仿真田汝冰;朱时雨;吉炫颖;朴永鑫【摘要】随着社会的不断发展,电力系统逐渐发展成为一个大规模、时变的复杂系统,因而对电力系统仿真分析软件的要求也不断提高.介绍了电磁暂态分析程序PSCAD/EMTDC与数学模型软件包MATLAB的基本概况及优点,鉴于PSCAD/EMTDC与MATLAB/Simulink的接口能综合两者的优点,详细阐述了两者互联的原理及实现方法.在PSCAD中建立了一个简单的电力系统供电模型,根据PSCAD-MATLAB接口技术原理,实现了接口环境下的电磁暂态仿真研究.通过仿真结果比较,得出2种仿真环境下的仿真波形几乎一致,说明了PSCAD-MATLAB接口仿真技术在电磁暂态分析中的有效性.【期刊名称】《东北电力技术》【年(卷),期】2017(038)010【总页数】4页(P1-4)【关键词】电力系统仿真;PSCAD/EMTDC;MATLAB/Simulink;接口【作者】田汝冰;朱时雨;吉炫颖;朴永鑫【作者单位】国网通化供电公司, 吉林通化 134001;国家电网公司东北分部, 辽宁沈阳 110180;国网通化供电公司, 吉林通化 134001;国网通化供电公司, 吉林通化134001【正文语种】中文【中图分类】TM743随着社会的不断进步及科技的不断发展，电力系统也不断扩大和网络化，并逐渐发展成为一个大规模、时变的复杂系统，在国民经济中发挥着举足轻重的作用。
通过建立适当的数学模型来模拟实际电路进行分析变得越来越重要。
掌握高效的模拟仿真技术对于电力系统工作者进行电力系统规划、保护、调度及故障研究具有重要的实际意义[1-2]。
PSCAD/EMTDC是目前世界上被广泛使用的电力系统仿真分析程序。
PSCAD是电磁暂态分析程序，在电力系统分析上能够发挥强大的优势，科研工作者可以在集成的图形环境中建立模型并进行仿真分析[3]。
MATLAB是数学模型软件包，具有强大的数据分析处理能力以及功能齐备的各种工具箱[4]。
基于PSCAD和MATLAB的电力系统电磁暂态仿真研究
基于PSCAD和MATLAB的电力系统电磁暂态仿真研究摘要电磁暂态的研究主要是针对电力系统出现故障时对系统参数进行分析。
本文根据电力系统的故障分析理论，运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC和系统仿真软件MATLAB，以双电源供电系统为模型分别对其进行了单相接地、两相相间短路及三相接地故障条件下的电磁暂态仿真分析，通过仿真结果比较，得出两种仿真环境下的仿真波形几乎一致，与故障分析算例基本吻合，这说明这两种仿真环境都适用于电力系统的电磁暂态仿真，但在故障设置方面，PSCAD的设置更为灵活方便。
同时，由PSCAD建立一个简单的交直流传输系统为模型，根据PSCAD-MATLAB接口技术原理，实现了接口环境下的电磁暂态仿真研究，这说明了PSCAD-MATLAB接口仿真技术在电磁暂态分析中的有效性。
关键字：电磁暂态；PSCAD；MATLAB；接口技术The simulation study for electromagnetic transient in powersystem based on PSCAD and MATLABAbstractElectro-magnetic transient research mainly aims at power system which for analysis of system parameters when it is malfunctioning. Based on the theory of fault analysis in power system, the usage of Power System Computer Aided Design/Electromagnetic Transients in DC system and Matrix Laboratory, as well as the model of two-source supply system, this paper mainly illustrates the simulation for electromagnetic transients through the application of a variety of faults, such as single-phase earth fault, inter-phase short circuit, andthree-phase grounding fault. By the comparison of simulation outcomes, it showed that the simulation waveforms under two kinds of simulation environment does almost unanimously which is similar to the example of fault analysis, the two simulation environments are suitable for the research of electromagnetic transients in power system. But in fault setting, the setting of PSCAD is more agile and convenient . Meanwhile, it presented the implementation of the simulation study for electromagnetic transient with the basis of the principle ofPSCAD-MATLAB interface techniques and the model established by PSCAD of a simple AC/DC transmission system, which has shown that the effectiveness of PSCAD-MATLAB interface techniques in the study of electromagnetic transients.Key words: electromagnetic transients; PSCAD; MATLAB; interface techniques目录摘要 (I)Abstract (II)第一章概述 (1)1.1 国内系统事故概况 (1)1.2 电力系统的电磁暂态数字仿真概述 (2)1.3 本文主要工作 (3)第二章电力系统的故障分析 (5)2.1 电力系统的故障介绍 (5)2.1.1 电力系统的短路故障概念和分类 (5)2.1.2 电力系统的短路故障原因及其危害 (6)2.2 电力系统的不对称故障分析方法—对称分量法 (7)2.2.1 对称分量法原理 (7)2.2.2 对称分量法的应用 (8)2.2.3 正序等效定则 (10)第三章基于PSCAD/EMTDC和MA TLAB的电磁暂态仿真设计 (12)3.1 PSCAD/EMTDC的工作环境介绍 (12)3.2 MATLA的工作环境介绍 (15)3.3 基于PSCAD和MA TLAB的电力系统电磁暂态仿真设计 (19)3.3.1 基于PSCAD交流电力网络的模型建立 (19)3.3.2 基于MATLAB交流电力网络的模型建立 (24)3.3.3电力系统的故障设置 (28)3.3.4时域仿真分析 (30)第四章基于PSCAD/EMTDC和MA TLAB的电磁暂态接口仿真研究 (32)4.1 PSCAD和MATLAB的接口技术介绍 (32)4.1.1 接口技术的背景 (32)4.1.2 接口技术原理及接口的实现过程 (33)4.2 基于PSCAD-MATLAB的电力系统电磁暂态仿真 (35)4.2.1 基于PSCAD的交直流系统的模型建立 (35)4.2.2 电力系统的故障设置 (39)4.2.3 PSCAD-MATLAB的接口环节 (40)4.2.4 时域仿真分析 (41)4.2.5 接口仿真分析 (43)第五章结束语 (51)参考文献 (52)附录A (54)附录B (58)致谢 (62)第一章概述1.1 国内系统事故概况我国电力系统是世界上发展非常迅速的系统。
基于matlab的pss仿真分析本科生
基于MATLAB的PSS仿真分析摘要：电力系统暂态稳定性的研究，对保证电网的安全与稳定具有重要的意义。
电力系统稳定是电网安全运行的关键，一旦遭到破坏，必将造成巨大的经济损失和灾难性的后果，世界各国不乏惨痛教训之例。
在诸多改善发电机稳定性的措施中，提高励磁系统的控制性能，被公认为最有效和经济的措施之一。
本文以PSS 控制器设计为内容。
在研究了电力系统稳定性问题的由来及发电机励磁调节对电力系统稳定性的影响的基础上，针对电力系统这一特定对象，设计出了稳定控制的仿真模型。
关键词：发电机；PSS；电力系统仿真；Matlab1引言电力系统是典型的多自由度的，亦即多变量的多输入、多输出的动力学系统。
电力系统控制的实践也表明无论从提高电力系统的稳定性还是从改善电力系统的动态品质的需要出发都需要有多变量参与控制。
同步发电机励磁控制是保证发电机和电力系统安全稳定运行和改善电力系统动态品质的一项基本措施。
随着电力系统的发展，对发电机励磁提出了更高的要求。
除了维持发电机电压水平，合理分配并联机组的无功功率外，还要求励磁控制系统能对电力系统的静态和动态稳定及暂态稳定起作用。
国内外的研究和实践证明，励磁控制系统不仅能提高电力系统稳定运行极限，而且通过附加控制，能抑制低频振荡和次同步振荡，对电力系统稳定运行有显著效果。
因此，研究和开发性能优良的同步发电机励磁控制系统，一直是各国学者和工程技术人员的一项重要工作。
2 电力系统稳定问题的基本理论2.1 电力系统稳定问题近年来世界范围的电力工业改革日益加快，逐步建立了竞争机制下的电力市场。
电网的开发和商业化运营使得电力系统运行越来越接近系统极限，经济性和安全稳定性相互制约，使得系统的安全稳定性问题越来越突出和越来越复杂。
这些都对稳定分析与控制提出了新的挑战。
更深入地理解稳定机制、建立快速准确的稳定分析方法和提出有效经济的控制措施便成为当务之急。
电力系统的稳定性主要研究电力系统在诸如负荷或发电机突然变化、传输线路发生短路等条件下，电力系统的行为。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析电力系统暂态稳定性是指电力系统在受到外界扰动（如短路、负荷变动等）后，能够恢复到稳定状态的能力。
暂态稳定性分析是电力系统中的重要问题，对保证系统的可靠运行、发电厂和输电线路的设计、运行及调度具有重要意义。
本文将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析。
电力系统暂态稳定仿真分析主要包括以下几个方面：模型搭建、参数设置、模拟计算和结果分析。
具体步骤如下：第一步是模型搭建。
在MATLAB环境下，可以用Simulink工具箱搭建电力系统暂态稳定性仿真模型。
模型的构建包括发电机模型、输电线路模型、负荷模型和控制系统模型等。
发电机模型可以使用标准的仿真模型，包括短路电流，力电耦合和励磁系统等。
输电线路的模型通常采用电感电阻模型或者传输线模型。
负荷模型可以根据实际情况选择恒定功率负荷模型、电流负荷模型或者动态负荷模型。
控制系统模型包括发电机的励磁系统、调速系统和电压控制系统等。
第二步是参数设置。
参数设置是电力系统暂态稳定仿真分析的关键步骤。
参数设置涉及到发电机的参数、负荷的参数、线路的参数和控制系统的参数等。
发电机的参数可以从发电机的技术特性曲线上获取，负荷的参数可以从实际负荷曲线上获取，线路的参数可以通过实际测量或者使用经验公式计算得到，控制系统的参数可以通过设计或者仿真实验确定。
第三步是模拟计算。
模拟计算是通过对电力系统暂态稳定性模型进行仿真分析，获得系统在不同工况下的动态响应。
在MATLAB中，可以通过设置初始条件、加载扰动和执行仿真命令来进行模拟计算。
仿真计算应该考虑各种可能的故障和不同工况下的动态稳定性。
第四步是结果分析。
根据仿真计算的结果，可以对电力系统的暂态稳定性进行分析。
分析包括评估系统的稳定性指标，如暂态稳定极限、动态损耗和电压稳定性等；分析系统中关键元件（如发电机、线路）的动态行为；确定故障发生后的系统恢复时间等。
总而言之，基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析可以帮助电力系统设计和运营人员评估系统的暂态稳定性，预测电力系统在受到扰动后的动态响应，为系统的稳定运行提供理论依据。
基于PSCAD调用MATLAB的电力系统电磁暂态仿真
２０１７年东北电力技术ＮＯＲＴＨＥＡＳＴＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ专论基于ＰＳＣＡＤ调用ＭＡＴＬＡＢ的电力系统电磁暂态仿真田汝冰１，朱时雨２，吉炫颖１，朴永鑫１（１．国网通化供电公司，吉林㊀通化㊀１３４００１；２．国家电网公司东北分部，辽宁㊀沈阳㊀１１０１８０）摘要：随着社会的不断发展，电力系统逐渐发展成为一个大规模㊁时变的复杂系统，因而对电力系统仿真分析软件的要求也不断提高㊂介绍了电磁暂态分析程序ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与数学模型软件包ＭＡＴＬＡＢ的基本概况及优点，鉴于ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的接口能综合两者的优点，详细阐述了两者互联的原理及实现方法㊂在ＰＳＣＡＤ中建立了一个简单的电力系统供电模型，根据ＰＳＣＡＤ－ＭＡＴＬＡＢ接口技术原理，实现了接口环境下的电磁暂态仿真研究㊂通过仿真结果比较，得出２种仿真环境下的仿真波形几乎一致，说明了ＰＳＣＡＤ－ＭＡＴＬＡＢ接口仿真技术在电磁暂态分析中的有效性㊂关键词：电力系统仿真；ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ；ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；接口［中图分类号］ＴＭ７４３㊀［文献标志码］Ａ㊀［文章编号］１００４－７９１３（２０１７）１０－０００１－０４ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢＣａｌｌｓＰＳＣＡＤｉｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴＩＡＮＲｕｂｉｎｇ１，ＺＨＵＳｈｉｙｕ２，ＪＩＸｕａｎｙｉｎｇ１，ＰＩＡＯＹｏｎｇｘｉｎ１（１．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＴｏｎｇｈｕａＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｔｏｎｇｈｕａ，Ｊｉｌｉｎ１３４００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＮｏｒｔｈｅａｓｔＢｒａｎｃｈｏｆＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ１１０１８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｃｉｅｔｙ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｏａｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅａｎｄｔｉｍｅ⁃ｖａｒｙｉｎｇｃｏｍｐｌｅｘｇｒｉｄ．Ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｓｈｏｕｌｄｈａｓｂｅｅｎｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｏｆｉｌｅａｎｄａｄ⁃ｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣａｎｄｔｈｅｍａｔｈｍｏｄｅｌｓｏｆｔｗａｒｅｐａｃｋａｇｅＭＡＴＬＡＢ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒ⁃ｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣａｎｄＭＡＴＬＡＢｉｓａｂｌｅｔｏｔａｋｅｆｕｌｌａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｅｉｒｍｅｒｉｔｓ，ｔｈｕｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｉｍ⁃ｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｓｉｍｐｌｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔｕｓｉｎｇＰＳＣＡＤａｎｄｉｔｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＰＳＣＡＤ⁃ＭＡＴＬＡＢｉｎｔｅｒｆａｃｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｕｎｄｅｒｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｏｅｓａｌｍｏｓｔｕｎａｎｉｍｏｕｓｌｙｗｈｉｃｈｈａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆＰＳＣＡＤ⁃ＭＡＴＬＡＢｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ；ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ随着社会的不断进步及科技的不断发展，电力系统也不断扩大和网络化，并逐渐发展成为一个大规模㊁时变的复杂系统，在国民经济中发挥着举足轻重的作用㊂通过建立适当的数学模型来模拟实际电路进行分析变得越来越重要㊂掌握高效的模拟仿真技术对于电力系统工作者进行电力系统规划㊁保护㊁调度及故障研究具有重要的实际意义［１－２］㊂ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ是目前世界上被广泛使用的电力系统仿真分析程序㊂ＰＳＣＡＤ是电磁暂态分析程序，在电力系统分析上能够发挥强大的优势，科研工作者可以在集成的图形环境中建立模型并进行仿真分析［３］㊂ＭＡＴＬＡＢ是数学模型软件包，具有强大的数据分析处理能力以及功能齐备的各种工具箱［４］㊂ＰＳＣＡＤ仿真程序中提供了可供与ＭＡＴＬＡＢ接口的功能，因此可将两者的优点结合起来，使得仿真过程灵活多变，增强电力系统仿真的实用性㊂国内相关文献对接口技术做了一定的研究㊂文献［５］介绍了ＰＳＣＡＤ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ接口的实现方法㊂文献［６］在ＰＳＣＡＤ中建立接口模型，启动ＭＡＴ⁃ＬＡＢ数学引擎调用Ｍ文件进行仿真分析，验证了两者互联后进行仿真的有效性㊂文献［７］联合ＭＡＴＬＡＢ与ＰＳＣＡＤ提供的接口元件，搭建了ＳＶＣ控制系统仿真模型，并将其应用到ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ㊀东北电力技术２０１７年仿真模型中，通过仿真证明了该方法的可行性和仿真模型的正确性㊂本文主要介绍了ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ各自的仿真特点，并详细分析了ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的接口原理及其实现方法㊂最后通过仿真算例验证了两者接口的有效性和可行性㊂为接口功能的进一步发展提供了一定的理论依据㊂１㊀ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与ＭＡＴＬＡＢ概述ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ程序广泛应用于电力系统相关仿真分析中，具有非常完善的ＥＭＴＤＣ元件模型库和功能，能够用以研究电力系统中交直流方面的问题，也可以进行电力电子器件仿真分析，具有非线性控制的多功能仿真工具㊂ＰＳＣＡＤ是ＥＭＴＤＣ的前置处理程序，具有较好的可视界面，用户可以在该图形界面上搭建所需电力系统方面的相关模型并配置各元件的参数值，ＰＳＣＡＤ程序运行时通过ＦＯＲ⁃ＴＲＡＮ编译器进行编译㊁连接，仿真结果随着ＰＳＣＡＤ程序运行的进度在ＰＬＯＴ中实时生成曲线，用户可根据仿真曲线来验证结果是否合理，因而使该软件更加人性化，方便广大用户使用㊂ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿真程序能应用于电力系统时域和频域方面的仿真，在电网受到扰动或有关参数发生变化时，计算和分析电网中相应参数随时间变化的规律，即交流系统的谐波研究㊁暂态扭矩的分析㊁直流系统的启动㊁直流系统换相方法研究㊁串联或并联的多端输电系统的电磁暂态仿真㊁同杆架设的交直流电路的相互影响等㊂以数据计算和处理闻名的ＭＡＴＬＡＢ是当前国际认可的优秀科技应用软件之一，包括ＭＡＴＬＡＢ和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ两大部分㊂ＭＡＴＬＡＢ是以矩阵运算为基础，把计算机可视化程序设计融入到交互的工作环境中，可实现建模仿真㊁工程数据分析和计算㊁算法研究等功能；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是ＭＡＴＬＡＢ所提供的内置仿真程序，用以对动态系统进行建模㊁仿真和分析，具有非线性控制的动态系统多功能仿真工具㊂它挂接在ＭＡＴＬＡＢ环境上，以ＭＡＴＬＡＢ强大的计算分析能力为基础，利用直观的仿真模型元件进行仿真分析和计算㊂另外，为了更加有利于仿真建模，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ提供了各种仿真工具箱，并不断扩展和完善，自电力系统模块集（ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＢｌｏｃｋ）推出后，使得Ｓｉｍｕｌｉｎｋ在电力系统领域的应用日趋完善［８］㊂２㊀ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ接口原理分析ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ主要应用于电力系统仿真，ＭＡＴＬＡＢ数据分析能力强，两者各具优点且具有互补性，因而可考虑将两者结合起来增强电力系统仿真的实用性㊂ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ接口的实现方法主要有以下两种㊂ａ．用户可根据需要编写Ｍ文件来定义所需元件模型，并通过ＭＡＴＬＡＢ引擎调用Ｍ文件将这些自定义模型与ＰＳＣＡＤ中的元件模型进行连接㊂ｂ．用户可根据需要利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的数学和控制功能模块搭建模型，通过在ＰＳＣＡＤ中建立自定义接口元件实现与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的互联㊂ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与ＭＡＴＬＡＢ的接口原理图如图１所示㊂利用ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ接口主要是兼顾两者优点，搭建相应模型并同时运行及完成它们之间数据㊁控制信息的交换，实现两者协同仿真的目的㊂假设ＰＳＣＡＤ中搭建的模型通过接口有ｍ个输入变量和ｎ个输出变量㊂将ＰＳＣＡＤ中的ｍ个数据通过外部接口传输到ＭＡＴＬＡＢ中㊂充分发挥ＭＡＴＬＡＢ强大的数据处理及分析能力，经过分析运算，将得到的ｎ个运算结果反映到ＰＳＣＡＤ中，最后得出所需的数据结果㊂因此，根据需要在ＰＳＣＡＤ中搭建电力系统模型并利用ＭＡＴＬＡＢ中的控制条件㊁分析算法就可以得到相应的仿真数据及其分析结果㊂图１㊀ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与ＭＡＴＬＡＢ接口原理在ＰＳＣＡＤ界面中建立自定义元件模型，其通过该元件与外部数据进行交换㊂ＰＳＣＡＤ内包含ＤＳ⁃ＤＹＮ（数字仿真动态子程序）和ＤＳＯＵＴ（数字仿真输出子程序）２个Ｆｏｒｔｒａｎ文件，通过编写ＤＳＤＹＮ和ＤＳＯＵＴ文件的代码来实现自定义元件与ＰＳＣＡＤ程序中的数据交换㊂２ １㊀ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ接口原理同其它仿真工具的语言编码相比，ＭＡＴＬＡＢ语言具有语法简单㊁容易调试㊁人机交互性强等优点㊂因此，用户可以方便根据研究需要来编写ＭＡＴＬＡＢ程序中的Ｍ文件定义元件模型㊂ＥＭＴＤＣ库文件中提供了与ＭＡＴＬＡＢ的接口子程序ＭＬＡＢ＿ＩＮＴ，通过它可以启动ＭＡＴＬＡＢ数据引擎调用Ｍ文件㊂２０１７年田汝冰，等：基于ＰＳＣＡＤ调用ＭＡＴＬＡＢ的电力系统电磁暂态仿真接口程序的相关参数包括Ｍ文件的名称㊁保存路径以及输入变量格式定义㊂ＥＭＴＤＣ程序运行时将在每个执行周期由ＤＳＤＹＮ直接调用接口程序，以此来启动ＭＡＴＬＡＢ并运行相应的仿真程序，ＭＡＴ⁃ＬＡＢ运行期间实时将其运算结果通过接口元件送至ＰＳＣＡＤ，并在ＰＳＣＡＤ实时生成仿真曲线㊂这样，ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与ＭＡＴＬＡＢ就紧密地结合起来，实现用户所需的仿真目的㊂ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ的接口内部结构如图２所示㊂图２㊀ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ接口内部结构２ ２㊀ＰＳＣＡＤ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ接口原理为了更好发挥ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ语言的接口技术优点，可以考虑将Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的数学模块和控制功能模型应用到ＰＳＣＡＤ程序中㊂ＥＭＴＤＣ库文件中提供了与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的接口子程序ＳＩＭＵＬＩＮＫ＿ＩＮＴ，这就为实现ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ语言的接口技术提供了条件㊂为了实现与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的接口，可在ＰＳＣＡＤ仿真程序中搭建自定义接口元件，通过该接口元件调用接口子程序ＳＩＭＵＬＩＮＫ＿ＩＮＴ，并利用Ｆｏｒｔｒａｎ的接口功能启动ＭＡＴＬＡＢ引擎而打开Ｓｉｍｕｌｉｎｋ文件㊂然后把ＥＭＴＤＣ里面的仿真数据通过ＷｏｒｋｓｐａｃｅＩ／Ｏ传递给Ｓｉｍｕｌｉｎｋ㊂之后再把Ｓｉｍｕ⁃ｌｉｎｋ仿真后的运算结果返回到ＥＭＴＤＣ中，并在ＰＳＣＡＤ实时生成仿真曲线，这样，ＰＳＣＡＤ与Ｓｉｍ⁃ｕｌｉｎｋ就紧密地结合起来，实现用户所需的仿真目的㊂ＰＳＣＡＤ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的接口内部结构如图３所示㊂图３㊀ＰＳＣＡＤ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ接口内部结构２ ３㊀接口元件设计接口自定义元件包括Ｇｒａｐｈｉｃ㊁Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ和Ｓｃｒｉｐｔ３个部分的设计，它们之间相辅相成㊂Ｇｒａｐｈｉｃ的功能是用户可根据个人喜好来设计自定义元件的外观，以及修改输入输出数列的名称和维数㊂Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ的作用是提供自定义元件的一些参数的设置㊂这里主要是对ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ路径和文件名以及调用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ文件的速度进行设置㊂脚本代码主要由用户根据需要来完成，自由度较大㊂需要注意的是，由于ＰＳＣＡＤ仿真程序是根据每个变量的名称来区分变量，因此，在设置相应参数时应确保同一变量的名称保持前后一致㊂３㊀仿真分析单相接地短路㊁两相短路以及三相短路是影响电力系统安全稳定运行最常见的故障㊂其中三相短路的危害最大，但其出现的概率相对较低，而单相接地短路最常见，约占短路总故障的６５％［９］㊂本文在ＰＳＣＡＤ仿真软件中搭建了一个简单的供电网络模型来模拟各种短路故障，用以验证ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ接口技术在电力系统仿真分析中的有效性㊂图４所示为一简单的供电系统电路图，现在ＰＳＣＡＤ中按接线图搭建仿真模型并模拟各种短路故障，利用ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ接口对其线路发生故障情况下进行仿真㊂图４㊀系统接线图３ １㊀算例１基于ＰＳＣＡＤ和ＭＡＴＬＡＢ的接口思想，实现ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ的联合仿真，通过接口模块调用ＭＡＴＬＡＢ程序中的Ｍ文件，实现ＭＡＴＬＡＢ的相量图绘制功能㊂以下就故障处发生短路故障的情形，绘制电流的相量图，并且与ＰＳＣＡＤ绘制的相量图进行对比分析㊂为了实现接口的绘图功能，需要先用傅里叶分解模块ＦＦＴ进行矢量分解，输入的电流值可以分解为三相的幅值和相位分量㊂经过分解之后，利用ＰＳＣＡＤ自身的绘图功能，实时实现相量图的绘制；另外，ＰＳＣＡＤ同时将定义的各分量输入至ＰＳＣＡＤ－ＭＡＴＬＡＢ自定义的接口元件模块，这样待系统编译运行后，便会出现ＭＡＴＬＡＢ的绘图框动态显示相量图的情况㊂故障处分别对单相接地短路㊁两相接地短路㊁三相接地短路进行仿真，具体仿真结果如图５所示㊂基于ＰＳＡＣＤ－ＭＡＴＬＡＢ的接口仿真在３种故障㊀东北电力技术２０１７年（ａ）单相接地短路（ｂ）两相接地短路（ｃ）三相接地短路图５㊀ＭＡＴＬＡＢ与ＰＳＣＡＤ在不同故障下绘制的各相电流相量图条件下的仿真结果可知，由ＭＡＴＬＡＢ绘制的相量图与ＰＳＣＡＤ的仿真结果几乎一致㊂因此，上述基于２种仿真环境下的接口技术可以有效应用于电磁暂态的仿真分析中㊂３ ２㊀算例２用户可根据实际需要利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的数学和控制功能模块搭建模型，通过在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ中建立自定义接口元件实现与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ互联㊂本文利用上述电力系统电路图在没有发生故障的情况下进行仿真㊂仿真时分别对Ｂ１和Ｂ２处的电压进行测量，并将两者的值通过ＰＳＣＡＤ和ＭＡＴＬＡＢ接口模块输送到Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中进行仿真运算㊂在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中搭建模型对两处的电压进行取正后再相加，之后将结果回馈到ＰＳＣＡＤ中进行输出，仿真结果如图６所示㊂从图６中可以得出，ＰＳＣＡＤ经过仿真运算后输出的波形与经过自定义接口元件到达Ｓｉｍｕｌｉｎｋ经过仿真运算输出的图形几乎一致，这说明了图６㊀ＰＳＣＡＤ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ接口仿真结果ＰＳＣＡＤ和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的接口连接成功，证明了接口模块的有效性㊂４㊀结束语本文详细阐述了ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ接口的基本原理，并在ＰＳＣＡＤ中搭建了简单的供电网络模型，利用ＰＳＣＡＤ与ＭＡＴＬＡＢ的接口技术进行仿真分析㊂仿真结果表明接口技术在电磁暂态分析中的有效性㊂但将ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的各种算法应用到接口技术中进行仿真建模还需要进一步研究㊂参考文献：［１］㊀李广凯，李庚银．电力系统仿真软件综述［Ｊ］．电气电子教学学报，２００５，２７（３）：６１－６５．［２］㊀钱㊀鑫，李㊀琥，施㊀围．电力系统仿真计算软件介绍［Ｊ］．继电器，２００１，３０（１）：４３－４６．［３］㊀林良真，叶㊀林．电磁暂态分析软件包ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ［Ｊ］．电网技术，２０００，２４（１）：６５－６６．［４］㊀姚㊀伟，文劲宇，程时杰，等．基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的电力系统仿真工具箱的开发［Ｊ］．电网技术，２０１２，３６（６）：９５－１０１．［５］㊀乐丽琴，杨小品．ＰＳＣＡＤ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ接口的工程实现［Ｊ］．工业控制计算机，２００９，２２（２）：３３－３４．［６］㊀杨健维，麦瑞坤，何正友．ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ与Ｍａｔｌａｂ接口研究［Ｊ］．电力自动化设备，２００７，２７（１１）：８３－８７．［７］㊀邹㊀宁，方存洋，刘育鑫，等．ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ－ＭＡＴＬＡＢ联合仿真技术在ＳＶＣ控制系统仿真建模中的应用［Ｊ］．江苏电机工程，２０１２，３１（５）：４０－４４．［８］㊀于㊀群，曹㊀娜．ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ电力系统建模与仿真［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１１：２８－３１．［９］㊀熊信银，张步涵．电力系统工程基础［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，２００３：１５６－１５７．作者简介：田汝冰（１９８７），男，硕士，助理工程师，现从事继电保护及智能电网相关领域仿真分析工作㊂（收稿日期㊀２０１７－０７－１０）。
基于MATLABSPS的电力系统暂态稳定的仿真分析
引言 (1)1 电力系统暂态稳定性概述 (1)1.1电力系统暂态稳定 (1)1.2电力系统暂态稳定性解决[3] (2)1.3电力系统暂态稳定研究的目的以及研究意义 (2)1.4电力系统暂态稳定性国内外现状 (2)2 MATLAB的简要介绍 (4)3 Simulink下单机-无穷大暂态稳定仿真分析 (4)3.1单机-无穷大系统原理 (4)3.2电力系统暂态稳定的仿真流程 (5)3.3单机—无穷大系统的MATLAB/SPS建模 (6)3.4各种提高暂态稳定性措施的运行效果仿真 (14)3.5 结论 (20)4电力系统暂态稳定中的信号特征的提取 (20)4.1小波变换的基本理论 (20)4.2小波分析的成功应用 (20)4.3小波函数的选择 (21)4.4 小波变换在仿真中的应用 (22)4.5结论 (25)5电力系统暂态稳定中控制策略的阐述 (25)5.1紧急控制系统的基本框架 (25)5.2非线性控制技术在暂态稳定控制中的应用研究 (28)5.3结论 (31)结论和展望 (32)参考文献 (32)致谢 (35)ABSTRACT (36)基于MATLAB/SPS电力系统暂态稳定仿真研究摘要：介绍了电力系统的暂态稳定、MA TLAB环境下Simulink动态仿真工具、电力系统工具箱的功能和特点及仿真数学模型。
运用MA TLAB电力系统仿真模块集SimPowerSystems构建了单机-穷大系统的Simulink模型，通过对电力系统故障仿真分析，表明了该模型能较准确直观地考察暂态过程中电力系统的动态特性，说明Matlab在电力系统仿真中的强大功能。
并利用小波分析具有很强的信号特征提取功能，尤其对暂态突变信号或微弱变化信号的处理变现出明显的优势，达到了仿真的目的。
关键词：电力系统；SPS；单机-无穷大系统；暂态稳定仿真；小波变换引言电力系统是一个复杂的动态系统，一方面它必须时刻保证必要的电能质量及数量；另一方面它又处于不断的扰动之中，扰动发生的时间、地点、类型、严重性均有随机性，在扰动发生后的系统动态过程中一旦发生稳定性问题，系统可能在几秒内发生严重后果，造成极大的经济损失及社会影响。
Matlab电力系统工具箱在电力系统机电暂态仿真中的应用
通过一个实际的应用实例来分析如何使用PSCADEMTDC进行机电暂态与电磁暂 态混合仿真。假设有一个230kV的电力系统，其中包含一个主变电所、一条架空 线路和一组分布式发电系统。该系统的母线受到一个大的扰动，导致系统发生振 荡。为了研究该系统的稳定性，我们可以使用PSCADEMTDC进行混合仿真。
参考内容三
引言
随着电力系统的不断发展，对电力系统仿真的准确性和速度提出了更高的要 求。电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真技术是一种新兴的技术，可以对电力 系统进行更准确、更快速的仿真。本次演示旨在探讨电力系统机电暂态和电磁暂 态混合仿真技术的研究内容及未来研究方向。
机电暂态仿真技术
机电暂态仿真技术是电力系统仿真的重要方法之一，主要研究电力系统的动 态行为。传统电路仿真方法通过建立电路模型来模拟电力系统的运行状态，具有 计算速度快、内存占用小的优点，但难以模拟复杂电力系统的动态行为。时域分 析方法则通过在时域中对系统进行采样和计算，可以更准确地模拟电力系统的动 态行为，但计算速度较慢，需要大量的计算资源。
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在应用方面，Matlab电力系统工具箱具有以下特点：
1、提供了多种电力系统的元件模型，可以满足各种不同电力系统的仿真需 求。
2、支持自定义模块，用户可以根据实际需要编写自己的模块，扩展了仿真 的灵活性。
3、提供了强大的数据分析功能，可以对仿真结果进行详细的分析和处理。
参考内容
电力系统暂态稳定性是电力系统的关键特性之一，对于保证电力系统的正常 运行和稳定供电具有重要意义。随着科学技术的不断发展，计算机仿真技术在电 力系统暂态稳定性分析中得到了广泛应用。其中，MATLAB是一种功能强大的数值 计算和仿真软件，在电力系统暂态稳定性仿真研究中具有重要应用价值。
电力系统仿真软件介绍（作业）
电力系统分析软件介绍1 EMTDC/PSCADEMTDC是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件，PSCAD是其用户界面，一般直接将其称为PSCAD。
使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能。
PSCAD/EMTDC基于dommel电磁暂态计算理论，适用于电力系统电磁暂态仿真。
EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）即可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能工具。
PSCAD由Manitoba HVDC research center开发。
2 PSAPACPSAPAC由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。
其包含多个模块，其中部分模块可以单独使用。
模块和功能如下：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。
LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。
IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。
TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。
DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。
LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。
为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。
VSTAB（V oltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。
PSCAD在电力系统电磁暂态仿真应用技术
（2-2）
式中，Y阵与 阶次相同，其差别只在于 阵不含发电机和负荷；节点电流向量I中只有发电机端节点的电流不为零。有非零电流源注入的节点称为有源节点。
系统中的同步调相机可按发电机处理。在进行起始次暂态电流计算时，大型同步电动机、感应电动机以及以电动机为主要成分的综合负荷，特别是在短路点近处的这些负荷，必要时也可以用有源支路表示，并仿照发电机进行处理。
2
1．电力系统节点方程的建立
利用节点方程作故障计算，需要形成系统的节点导纳（或阻抗）矩阵。首先根据给定的电力系统运行方式制订系统的等值电路，并进行各元件标幺值参数的计算，然后利用变压器和线路的参数形成不含发电机和负荷的节点导纳矩阵 。
发电机作为含源支路通常表示为电势源 与阻抗 的串联支路，接于发电机端节点i和零电位点之间，电势源 的施加点I’称为电势源节点，而支路的端节点i则为无源节点。在建立节点方程时，经常将发电机支路表示为电流源 和导纳 的并联组合，电流源 的注入点i称为电流源节点，而节点I’则成为零电位点（短路点）。接入发电机支路后， 阵中与机端节点i对应的对角线元素应增加发电机导纳 。
（2-7）
而网络中任一节点的电压
（2-8）
任一支路电流
（2-9）
对于非变压器支路，令k=1即可。
从计算公式（2-7）和（2-8）可以看到，式中所用到的阻抗矩阵元素都带有列标f。这就是说，如果网络在正常状态下的节点电压为已知，为了进行短路计算，只须利用节点阻抗矩阵中与故障点f对应的一列元素。因此，尽量是采用了阻抗型的节点方程，但是并不需要作出全部阻抗矩阵。在短路的实际计算中，一般只需形成网络的节点导纳矩阵，并根据具体要求，求出阻抗矩阵的某一列或某几列元素即可。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真与分析
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真与分析电力系统暂态稳定性是指电力系统在受到外部扰动（如短路故障）时，能否在一定时间内恢复到稳定运行状态的能力。
电力系统暂态稳定性的仿真与分析是指利用计算机仿真软件（如MATLAB）对电力系统进行动态模拟，并通过分析模拟结果来评估电力系统的暂态稳定性。
首先，电力系统暂态稳定性仿真与分析需要建立系统的数学模型。
在MATLAB中，可以利用传输线模型、发电机模型、负荷模型等来描述电力系统的动态特性。
这些模型可以采用微分方程或状态空间方程的形式表示，并利用MATLAB的仿真工具箱进行求解。
其次，电力系统暂态稳定性仿真与分析需要考虑电力系统的各个组成部分之间的相互作用。
例如，短路故障会导致发电机和传输线上的电流变化，进而对系统的电压和频率产生影响。
通过建立合适的模型，并在MATLAB中进行仿真，可以分析系统在不同故障条件下的暂态响应。
另外，电力系统暂态稳定性仿真与分析还需要考虑各种控制策略的影响。
例如，自动发电控制系统能够调节发电机的功率输出，提高系统的暂态稳定性。
在MATLAB的仿真中，可以通过改变控制系统参数，评估不同控制策略对系统暂态稳定性的影响。
最后，电力系统暂态稳定性仿真与分析还可以包括对系统的稳定极限进行评估。
稳定极限是指电力系统在一系列故障条件下仍然能够维持稳定运行的能力。
通过在MATLAB中进行大规模的故障扰动仿真，可以计算系统的稳定极限，并评估系统的抗故障能力。
总之，基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真与分析可以帮助电力系统运营商和研究人员评估电力系统的暂态稳定性，并优化系统的控制策略。
这种仿真与分析方法可以提前发现潜在的暂态稳定问题，提高电力系统的可靠性和稳定性。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究电力系统暂态稳定性是指电力系统对于外界扰动的响应能力，即在电力系统发生故障或随机扰动时，电力系统是否能够保持稳定运行。
暂态稳定性研究对于电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究可以帮助了解电力系统的暂态特性、评估系统的稳定性并优化系统的控制。
首先，需要对电力系统进行建模，常见的模型有潮流模型和动态模型。
潮流模型用于描述系统的静态特性，动态模型则用于描述电力系统在受到扰动后的动态响应。
在MATLAB中，可以使用Power System Toolbox或Simulink进行电力系统建模。
在电力系统暂态稳定性仿真中，最常用的分析方法是时域仿真。
时域仿真是基于物理方程的数值求解方法，能够模拟复杂的系统变化过程。
通过选择合适的控制策略和调节参数，利用时域仿真可以评估系统的稳定性。
电力系统暂态稳定性的研究内容主要包括：故障分析、系统响应、系统稳定性评估和控制策略。
故障分析是研究电力系统在故障情况下的特性和响应。
常见的故障类型包括短路故障、开路故障和负荷故障等。
通过仿真可以分析故障时系统的电压、电流及功率等参数的变化。
系统响应分析是研究电力系统在受到扰动后的响应过程。
通过改变系统的初始条件或参数，可以模拟不同的扰动情况，并观察系统的动态响应。
系统响应的分析可以帮助了解系统的稳定性和响应特性。
系统稳定性评估是研究电力系统的暂态稳定性指标和评估方法。
通过计算系统中的各个节点的相对稳定度指标，可以得到系统的稳定性评估结果。
稳定性评估结果可以帮助分析系统的可靠性和安全性，并进行系统运行的规划和调整。
控制策略是研究电力系统对于扰动的控制方法。
通过优化系统的控制策略，可以提高系统的暂态稳定性。
常见的控制策略包括发电机励磁控制、线路调压器的控制和电容器的投切等。
通过仿真研究不同的控制策略，可以选择最优的控制方案。
总之，基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究可以帮助了解电力系统的暂态特性、评估系统的稳定性并优化系统的控制。
基于MATLAB的电力系统仿真技术研究
基于MATLAB的电力系统仿真技术研究引言：随着电力系统规模的不断扩大和电力负荷的不断增加，电力系统的安全和稳定运行变得尤为重要。
仿真技术是评估电力系统运行状况、优化电力系统配置以及解决系统故障的重要手段之一。
而基于MATLAB的电力系统仿真技术，由于其高度灵活、强大的数值计算能力和丰富的应用工具箱，成为了电力系统仿真领域中最为常用和受欢迎的工具之一。
一、MATLAB在电力系统仿真中的应用1. 电力系统模型的建立电力系统仿真的第一步是建立电力系统的数学模型，以描述电力系统中各个元件之间的关系和相互作用。
MATLAB提供了丰富的数据处理和数学建模工具，可以方便地将电力系统的各个元件（如发电机、变压器、线路等）抽象为数学模型，并通过线性方程组或非线性方程组来描述系统的运行规律。
2. 稳态和暂态分析基于MATLAB的电力系统仿真技术可以进行稳态和暂态分析，以验证电力系统在不同工作情况下的运行状态和稳定性。
稳态分析主要包括功率流计算、电压稳定限制计算等，而暂态分析则着重于电力系统的瞬态响应和稳定性评估。
MATLAB提供了强大的数值计算和解算器工具，可以帮助工程师高效准确地进行稳态和暂态仿真分析。
3. 阻尼器和控制器设计电力系统中的振荡和不稳定性是影响电力系统安全和稳定运行的重要因素。
基于MATLAB的电力系统仿真技术可以帮助工程师设计和优化阻尼器和控制器，以提高电力系统阻尼和稳定性。
MATLAB提供了丰富的控制系统设计和分析工具箱，例如控制系统工具箱、优化工具箱等，可用于系统建模、控制器设计和参数优化等。
二、基于MATLAB的电力系统仿真技术的优势和挑战1. 优势：（1）灵活性：MATLAB提供了丰富的建模、分析和可视化工具，使得电力系统仿真可以灵活地应对不同的问题和需求。
工程师可以根据具体情况定制电力系统的仿真模型和仿真方案。
（2）高效性：MATLAB具有强大的数值计算和算法解算能力，能够高效地处理大规模的电力系统仿真问题。
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基于PSCAD和MATLAB的电力系统电磁暂态仿真研究摘要电磁暂态的研究主要是针对电力系统出现故障时对系统参数进行分析。
本文根据电力系统的故障分析理论，运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC和系统仿真软件MATLAB，以双电源供电系统为模型分别对其进行了单相接地、两相相间短路及三相接地故障条件下的电磁暂态仿真分析，通过仿真结果比较，得出两种仿真环境下的仿真波形几乎一致，与故障分析算例基本吻合，这说明这两种仿真环境都适用于电力系统的电磁暂态仿真，但在故障设置方面，PSCAD的设置更为灵活方便。
同时，由PSCAD建立一个简单的交直流传输系统为模型，根据PSCAD-MATLAB接口技术原理，实现了接口环境下的电磁暂态仿真研究，这说明了PSCAD-MATLAB接口仿真技术在电磁暂态分析中的有效性。
关键字：电磁暂态；PSCAD；MATLAB；接口技术The simulation study for electromagnetic transient in powersystem based on PSCAD and MATLABAbstractElectro-magnetic transient research mainly aims at power system which for analysis of system parameters when it is malfunctioning. Based on the theory of fault analysis in power system, the usage of Power System Computer Aided Design/Electromagnetic Transients in DC system and Matrix Laboratory, as well as the model of two-source supply system, this paper mainly illustrates the simulation for electromagnetic transients through the application of a variety of faults, such as single-phase earth fault, inter-phase short circuit, andthree-phase grounding fault. By the comparison of simulation outcomes, it showed that the simulation waveforms under two kinds of simulation environment does almost unanimously which is similar to the example of fault analysis, the two simulation environments are suitable for the research of electromagnetic transients in power system. But in fault setting, the setting of PSCAD is more agile and convenient . Meanwhile, it presented the implementation of the simulation study for electromagnetic transient with the basis of the principle ofPSCAD-MATLAB interface techniques and the model established by PSCAD of a simple AC/DC transmission system, which has shown that the effectiveness of PSCAD-MA TLAB interface techniques in the study of electromagnetic transients.Key words: electromagnetic transients; PSCAD; MATLAB; interface techniques目录摘要 (I)Abstract (II)第一章概述 (1)1.1 国内系统事故概况 (1)1.2 电力系统的电磁暂态数字仿真概述 (2)1.3 本文主要工作 (3)第二章电力系统的故障分析 (5)2.1 电力系统的故障介绍 (5)2.1.1 电力系统的短路故障概念和分类 (5)2.1.2 电力系统的短路故障原因及其危害 (6)2.2 电力系统的不对称故障分析方法—对称分量法 (7)2.2.1 对称分量法原理 (7)2.2.2 对称分量法的应用 (8)2.2.3 正序等效定则 (10)第三章基于PSCAD/EMTDC和MATLAB的电磁暂态仿真设计 (12)3.1 PSCAD/EMTDC的工作环境介绍 (12)3.2 MATLA的工作环境介绍 (15)3.3 基于PSCAD和MATLAB的电力系统电磁暂态仿真设计 (19)3.3.1 基于PSCAD交流电力网络的模型建立 (19)3.3.2 基于MA TLAB交流电力网络的模型建立 (24)3.3.3电力系统的故障设置 (28)3.3.4时域仿真分析 (30)第四章基于PSCAD/EMTDC和MATLAB的电磁暂态接口仿真研究 (32)4.1 PSCAD和MATLAB的接口技术介绍 (32)4.1.1 接口技术的背景 (32)4.1.2 接口技术原理及接口的实现过程 (33)4.2 基于PSCAD-MA TLAB的电力系统电磁暂态仿真 (35)4.2.1 基于PSCAD的交直流系统的模型建立 (35)4.2.2 电力系统的故障设置 (39)4.2.3 PSCAD-MA TLAB的接口环节 (40)4.2.4 时域仿真分析 (41)4.2.5 接口仿真分析 (43)第五章结束语 (51)参考文献 (52)附录A (54)附录B (58)致谢 (62)第一章概述1.1 国内系统事故概况我国电力系统是世界上发展非常迅速的系统。
截止2005年底，装机容量已经达到500GW，位居世界第二；至2006年底，已经突破600GW。
全国各个地区已经由330～500kV输电线路形成骨干电网，并通过750kV交流输电线路和±500kV直流输电线路实现全国联网。
有关部门已经着手建设±800kV特高压直流输电线路和1000kV特高压交流输电线路，以适应我国西部水电大开发和北部能源基地的建设【1】。
然而，早年相当时间内，我国的电网一直较薄弱，加上运行管理跟不上，曾经发生不少严重系统事故。
国内系统事故机器主要原因见表1.1【2】所示：表1.1 国内系统事故机器主要原因以下是国内系统事故列举：1990年9月20日广东电网大停电事故，事故起因是芳顺县遭受雷击而芳顺村变电站侧的保护因失去直流电源而拒动【3】。
1992年1月15日河北南部电网系统振荡事故，事故起因羊范变电站误操作事故发展为系统振荡的恶性事故【4】。
1994年5月25日南方互联系统中期动态稳定破坏事故，事故原因有联网的技术问题，水火电互联系统中期动态控制问题【5】。
1996年5月28日华北电网沙岭子电厂事故，事故原因是沙岭子电厂试验人员误动作造成保护动作，使3条500kV线路相继跳闸，引起张家口地区对主系统振荡，造成沙岭子电厂和下花园电厂全停【3】。
1998年7月29日中国台湾电力系统频率崩溃事故，事故原因有低频减载容量严重不足、大机组和电网不协调、台湾电网稳定标准较高、电网结构不合理、不重视防止电网破坏的防线建设【6】。
2005年9月26日海南电网大停电事故，事故原因强台风“达维”袭击海南岛，进而大批线路发生永久性故障跳闸，使全网崩溃【7】。
电力系统的迅速发展和负荷的增长，以及超高压甚至特高压交流和直流输电线路的投运，使得现代电力系统的动态特性，包括同期性、失稳模式和关键断面都越来越复杂。
电力市场的开放突出了对优化和协调的要求，增加了稳定分析和控制的难度。
继电保护的潜在故障、机组的非计划停运、受端的无功支持能力、低频振荡、功角稳定和电压稳定等因素更增加了相继故障演化为大停电的风险。
1.2 电力系统的电磁暂态数字仿真概述电力工作者把在数字计算机对数学模型的试验称为数字仿真【8】。
根据不同的分类标准，电力系统数字仿真可分为不同的种类。
根据用途可分为研究仿真和培训仿真。
研究仿真包括各种电力系统电磁暂态和机电暂态仿真软件，如EMTP和BAP；培训仿真包括调度员培训仿真DTS、变电站人员培训仿真器等。
根据是否有实际装置参与可分为非实时仿真和实时仿真。
电力系统离线仿真的规模基本不受限制，能够较完整地模拟大规模电力系统，适用于研究大电力系统复杂的暂态和动态过程。
电力系统实时仿真系统受硬件规模的限制，一般所能够模拟的电力系统规模总是有限的。
电力系统实时数字仿真系统和离线计算程序是相辅相成的，两者还不能相互替代。
电力系统离线仿真是在数字计算机上为电力系统的物理过程建立数学模型，数学方法求解，以进行仿真研究的过程，其仿真速度与实际系统的动态过程不等。
针对不同的动态过程，电力系统离线仿真软件主要有电磁暂态过程仿真、机电暂态过程仿真和中长期动态过程仿真3种。
本文只引用介绍电磁暂态过程仿真。
电磁暂态过程仿真是使用数值计算方法对电力系统中从数微秒到数秒之间的电磁暂态过程进行仿真模拟。
电磁暂态仿真的数学模型建立在系统各元件的代数或微分、偏微分方程基础上。
一般采用的数值积分方法为隐式梯形法。
目前普遍采用的电磁暂态过程仿真软件有电磁暂态程序【9】(Electromagnetic Transient Program简称EMTP)，与其相似的程序还有加拿大Manitoba直流研究中心的PSCAD/EMTDC【10】、加拿大哥伦比亚大学的Micro Tran、德国西门子的NETOMAC【11-12】等。
1.3 本文主要工作电磁暂态的研究主要是针对电力系统出现故障时对系统参数进行分析，本文先进行了电力系统电磁暂态(故障分析)的初步理论研究，最后完成了如下仿真工作：(1)运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC在故障条件下对交流系统进行电磁暂态仿真分析。
(2) 运用系统仿真软件MATLAB在故障条件下对交流系统进行电磁暂态仿真分析。
(3)运用PSCAD-MA TLAB的接口技术实现电磁暂态的仿真。