MATLAB与电力系统仿真

MATLAB应用技术
3）其他元件 在电力系统元件库中还有其他元件：电力电子元件（Power Electronics）、电机元 件（Machines）、连接器元件（Connectors）、电路测量仪器（Measurements）、 附加元件（Extras），这些元件都具有特定的功能 ，在这里就不作详细介绍。
0: The selected fault breakers open 1: The selected fault breakers closed
MATLAB应用技术
（d）变压器元件（Transformers） 在电力系统中，电力变压器是非常重要的电气设备，其作用是进行能量的传输 并改变电压的等级。

在MATLAB中，使用dq0坐标系统转换为abc坐标系统（dq0_to_abc Transformation）软件可以实现这种变换。

该元件也在电力系统元件库（PowerLib）中的附加元件（Extras）下的测量元件 （Measurements）中。
MATLAB应用技术
MATLAB应用技术
5.2电力系统时域分析
用来选择显示 的序分量
MATLAB应用技术
例2：设计给定的电路图模型（P173），分析A相接地后，其电压、电流的正 序、负序、零序变换情况。
MATLAB应用技术
5.2.2 电力系统时域分析工具
MATLAB软件提供了一个对电力系统和电路进行分析的用户界面工具（powergui）。
MATLAB应用技术
MATLAB应用技术
5.1.3 Park变换

是将三相abc坐标系下的变量ia、ib、ic变换成dq0坐标系下的变量id、iq、i0。
b
q Ig
Igq Igd θa ωg
d a
c
MATLAB应用技术

abc坐标系统变换为dq0坐标系统的变换公式如下：
sin id 2 i cos q 3 i0 1 2
稳态电压和电流 初始状态设置 潮流和电机初始化 线性时变观察器 阻抗和频率测量选项 FFT分析
MATLAB应用技术
例3. 5次谐波滤波器（P160）。利用电力系统时域分析工具进行相关分析。
wk.baidu.com
MATLAB应用技术
5.2.3 电力系统相量图分析方法
用来对电气量的幅值和相角变化进行分析。 例4.根据给出的电路图模型，利用相量图分析工具来分析电流、电压的变化。 （P181）
5.2.1 电力系统不对称运行分析法——对称分量法

电力系统正常运行时可以认为是三相对称的，即个元件三相阻抗相同，各处 三相电压和电流对称，且具有正弦波形和正常相序。

当电力系统发生不对称短路或个别地方一相或两相断开时，则对称运行方式 遭到破坏，三相电压和电流将不对称，而且波形发生不同程度的畸变，即除 基波外，还含有一系列谐波分量。
交流电压源
受控电流源
交流电流源 三相可编程电压源
三相压电源
MATLAB应用技术
三相电源参数设置：
电源内部连接方式： Y：Y形连接，中性点不引出 Yn：Y形连接，中性点引出，可以 接外电路（如：中性点经电阻或消 弧线圈接地） Yg：Y形连接，中性点直接接地。
是否根据短路容量确定阻抗
MATLAB应用技术

abc_to_dq0 Transformation在电力系统元件库（PowerLib）中的附加元件（Extras） 下的测量元件（Measurements）中。
MATLAB应用技术
MATLAB应用技术

dq0坐标系统变换为abc坐标系统的变换公式如下：
sin cos 1 i a id i 2 sin( 2 ) cos( 2 ) 1 i b 3 q 3 3 ic i0 2 2 sin( ) cos( ) 1 3 3
(2)利用开始（Start）导航区启动：
单击开始按钮，选择仿真（Simulink）命令，再选择电力系统仿真命令
（SimPowerSystem）,在弹出的对话框中选择电力系统元件库（Block Library） 命令即可。
MATLAB应用技术
2．电力系统元件库简介 与电力系统建模与仿真有关的一些元件 ： 1）电源元件（Electrical Sources） 直流电压源 受控电压源
MATLAB应用技术
清华大学出版社
王忠礼 段慧达 高玉峰编著
5 MATLAB与电力系统仿真
5.1电力系统的数学模型

电力系统一般由发电机、变压器、电力线路和电力负荷构成。电力系 统的数学模型一般是由电力系统元件的数学模型组合构成。MATLAB 为电力系统的建模提供了简洁的工具，通过电力系统的电路图绘制， 可以自动生成数学模型。

2 2 ) sin( ) 3 3 i a 2 2 cos( ) cos( ) ib 3 3 ic 1 1 2 2 sin(
在MATLAB中，使用abc坐标系统转换为dq0坐标系统（abc_to_dq0 Transformation）元件可以实现这种变换。
MATLAB应用技术
5.1.1电力系统元件库
1．启动和退出电力系统元件库 启动电力系统元件库的方法有几种，下面介绍两种最简单的方法。
(1)利用指令窗口（Command Window）启动：在指令窗口中键入powerlib单击
回车，则MATLAB软件中弹出电力系统元件对话框（powerlib）。
MATLAB应用技术
2）线路元件（Elements）
MATLAB应用技术
（a）支路元件（Elements）
MATLAB应用技术
三相串联RLC负载元件参数设置：
MATLAB应用技术
（b）输配电线路元件（Lines） 在电力系统设计和分析中，输配电线路一般用各种类型的等值电路来进行简化 以便于简化分析。
MATLAB应用技术
F e a e j120 F b 1 F c
j 240
已知正序、负序、零序分量时，
1 F a j 240 Fb e e j120 F c
1 e e
j120 j 240
1 F a1 1 Fa 2 1 F a0
MATLAB应用技术
三相序分量分析（3-Phase Sequence Analyzer）元件
位置：电力系统元件库（PowerLib）中的附加 元件（Extras）下的测量元件（Measurements） 中。 用来设置三相输入 信号的基频频率 用来指定进行序 分量分析的谐波
MATLAB应用技术
3．示例
例1：交流电压源的叠加。设计两个单相交流电压源，叠加后作为线路的电源， 分析线路首端电压的变化情况。 设计的交流电路如下图所示，在此电路图中，交流电压源的幅值、频率、 相位均不相同，可以通过仿真结果直接对各自电压源的输出和他们的叠加结 果进行分析，这种分析方法简单、直接。
MATLAB应用技术
分布参数输电线路元件 在电力系统中，线路长度超过300公里的架空线路和超多100公里的电缆线路， 就需要考虑它们的分布参数特性；此外，当分析线路的瞬变过程、线路的波过 程以及进行更精确的分析时需要使用分布参数模块。
MATLAB应用技术
分布参数模块参数设置： 线路相数 单位长度电阻，对于两相或三相连续 换位线路，可输入正序或零序电阻 [R1,R0],对于N相非对称线路，必须输 入表示线路间相互关系的N×N阶电阻 矩阵

一般，在电力系统分析种，对于不对称故障采用简单的对称分量法进行分析。
MATLAB应用技术
对称分量法是指任意不对称的三相相量均可以分解为三组相序不同的对 称分量：正序、负序、零序分量。它们之间的数学关系如下：
j120 Fa1 1 e 1 j 240 Fa 2 3 1 e 1 F 1 a0
MATLAB应用技术
PI型等值电路（集中参数输电线路元件） 在电力系统中，中等长度的线路一般采用PI型等值电路，忽略它们的分布参数 特性。
MATLAB应用技术
单相PI型模块模块参数设置：
线路总长度
PI型电路的段数
MATLAB应用技术
三相PI型模块模块参数设置：
单位长度正序、 零序电阻
单位长度正序、 零序电感 单位长度正序、 零序电容 线路长度，对于长度超 过300km的线路，可用多 个串联PI型模块
基波频率
单位长度电感
线路长度
单位长度电容
MATLAB应用技术
（c）断路器元件（Circuit Breakers） 在电力系统中，断路器的作用是通断高压线路，断路器元件就是用来实现各种 电路中的高压断路器。
MATLAB应用技术
单相断路器模块参数设置：
MATLAB应用技术
三相故障模块参数设置：