《MATLAB-Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真》電子課件

第1章MATLAB基礎(chǔ)知識1.1MATLAB簡介

1.2MATLAB工作環(huán)境

1.3MATLAB7.0的通用命令

1.4MATLAB的計算基礎(chǔ)

1.5基本賦值和運(yùn)算

1.6MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)

1.7MATLAB的繪圖功能1.1MATLAB簡介1.1.1概述

1.1.2MATLAB安裝與運(yùn)行1.1.2MATLAB安裝與運(yùn)行1.MATLAB對硬件和軟件的要求

2.安裝過程1.MATLAB對硬件和軟件的要求表1-1MATLAB7.0對PC系統(tǒng)的要求操作平臺WindowsXP、Windows2000（ServicePack3或4）、WindowsNT4．0（ServicePack5或6）處理器PentiumⅢ、Xeon、PentiumM、AMDAthlon、AthlonXP、AthlonMP存儲空間345MB（僅包括幫助系統(tǒng)的MATLAB）內(nèi)存256MB（最?。?12MB（推薦）顯卡16bit、24bit或32bit兼容OpenGL的圖形適配卡（強(qiáng)烈推薦）軟件圖形加速卡、打印機(jī)、聲卡

為了運(yùn)行MATLABNotebook、MATLABBuilderforExcel、Excellink、DatabaseToolbox和MATLABWebServer，還必須安裝Office2000或更高版本1.MATLAB對硬件和軟件的要求表1-?1MATLAB7.0對PC系統(tǒng)的要求編譯器為了創(chuàng)建自己的MEX文件，則至少需要下列產(chǎn)品之一：DECVisualFortran5．0、MicrosoftVisualC/C++4．2或5．0、BorlandC/C++5．0或5．02Watcom10．6或112.安裝過程圖1-1MATLAB啟動界面2.安裝過程圖1-2MATLAB安裝界面2.安裝過程圖1-3輸入用戶名稱、公司及產(chǎn)品注冊碼等各種信息界面2.安裝過程圖1-4選擇需要安裝的組件1.2MATLAB工作環(huán)境1.菜單和工具欄

2.命令窗口

3.歷史命令窗口

4.當(dāng)前工作目錄窗口

5.工作空間管理窗口1.2MATLAB工作環(huán)境圖1-5MATLAB7.0的工作界面1.菜單和工具欄圖1-6【View】菜單1.菜單和工具欄圖1-7【Graphics】菜單1.菜單和工具欄圖1-8【Start】按鈕2.命令窗口圖1-9命令窗口2.命令窗口圖1-10獨(dú)立命令窗口2.命令窗口圖1-11命令窗口的上下文菜單3.歷史命令窗口圖1-?12歷史命令窗口的上下文菜單4.當(dāng)前工作目錄窗口圖1-13當(dāng)前目錄窗口4.當(dāng)前工作目錄窗口圖1-14生成不同的報告文件5.工作空間管理窗口圖1-15工作空間管理窗口5.工作空間管理窗口圖1-16不同的繪制命令1.3MATLAB7.0的通用命令1.常用命令

2.輸入內(nèi)容的編輯

3.標(biāo)點(diǎn)表1-2MATLAB常用命令命令命令說明命令命令說明cd顯示或改變當(dāng)前工作目錄Load加載指定文件的變量dir顯示當(dāng)前目錄或指定目錄下的文件Diary日志文件命令clc清除工作窗口中的所有顯示內(nèi)容!調(diào)用DOS命令home將光標(biāo)移至命令窗口的最左上角exit退出MATLAB7．0clf清除圖形窗口quit退出MATLAB7．0type顯示文件內(nèi)容pack收存內(nèi)存碎片clear清理內(nèi)存變量hold圖形保持開關(guān)echo工作窗信息顯示開關(guān)path顯示搜索目錄disp顯示變量或文字內(nèi)容save保存內(nèi)存變量到指定文件表1-3常用鍵盤按鍵及說明鍵盤按鍵說明鍵盤按鍵說明↑Ctrl+P，調(diào)用上一行HomeCtrl+A，光標(biāo)置于當(dāng)前行開頭↓Ctrl+N，調(diào)用下一行EndCtrl+E，光標(biāo)置于當(dāng)前行末尾←Ctrl+B，光標(biāo)左移一個字符EscCtrl+U，清除當(dāng)前輸入行→Ctrl+F，光標(biāo)右移一個字符DelCtrl+D，刪除光標(biāo)處的字符Ctrl+←Ctrl+L，光標(biāo)左移一個單詞BackspaceCtrl+H，刪除光標(biāo)前的字符Ctrl+→Ctrl+R，光標(biāo)右移一個單詞Alt+Backspace恢復(fù)上一次的刪除表1-4MATLAB語言中標(biāo)點(diǎn)的說明標(biāo)點(diǎn)說明標(biāo)點(diǎn)說明：冒號，具有多種應(yīng)用功能%百分號，注釋標(biāo)記；分號，區(qū)分行及取消運(yùn)行結(jié)果顯示！感嘆號，調(diào)用操作系統(tǒng)運(yùn)算，逗號，區(qū)分列及函數(shù)分隔符=等號，賦值標(biāo)記()括號，指定運(yùn)算優(yōu)先級‘單引號，字符串的標(biāo)識符［］方括號，定義矩陣.小數(shù)點(diǎn)及對象域訪問{}大括號，構(gòu)造單元數(shù)組…續(xù)行符號1.4MATLAB的計算基礎(chǔ)1.4.1MATLAB的預(yù)定義變量

1.4.2常用運(yùn)算和基本數(shù)學(xué)函數(shù)

1.4.3數(shù)值的輸出格式表1-5MATLAB預(yù)定義變量表變量名預(yù)定義ans分配最新計算的而又沒有給定名稱的表達(dá)式的值。當(dāng)在命令窗口中輸入表達(dá)式而不賦值給任何變量時，在命令窗口中會自動創(chuàng)建變量ans，并將表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果賦給該變量。但是變量ans僅保留最近一次的計算結(jié)果表1-5MATLAB預(yù)定義變量表變量名預(yù)定義eps返回機(jī)器精度，定義了1與最接近可代表的浮點(diǎn)數(shù)之間的差，在一些命令中也用做偏差。可重新定義，但不能由clear命令恢復(fù)。MATLAB7．0為2．2204e?016realmax返回計算機(jī)能處理的最大浮點(diǎn)數(shù)。MATLAB7．0為1．7977e+308realmin返回計算機(jī)能處理的最小的非零浮點(diǎn)數(shù)。MATLAB7．0為2．2251e?308pi即π，若eps足夠小，則用16位十進(jìn)制數(shù)表達(dá)其精度Inf/inf定義為，即當(dāng)分母或除數(shù)為0時返回inf，不中斷執(zhí)行而繼續(xù)運(yùn)算nan定義為“Notanumber”，即未定式或表1-5MATLAB預(yù)定義變量表i/j定義為虛數(shù)單位?？梢詾閕和j定義其他值但不再是預(yù)定義常數(shù)nargin給出一個函數(shù)調(diào)用過程中輸入自變量的個數(shù)nargout給出一個函數(shù)調(diào)用過程中輸出自變量的個數(shù)computer給出本臺計算機(jī)的基本信息version給出MATLAB的版本信息表1-6MATLAB常用運(yùn)算符號算術(shù)運(yùn)算符說明算術(shù)運(yùn)算符說明+加-減*乘．*數(shù)組乘^乘方．^數(shù)組乘方＼反斜杠或左除/斜杠或右除．/或．＼數(shù)組除kron張量積表1-7MATLAB的關(guān)系運(yùn)算符表關(guān)系運(yùn)算符說明關(guān)系運(yùn)算符說明==等于~=不等于＜小于＞大于＜=小于或等于＞=大于或等于表1-8基本邏輯運(yùn)算的真值表邏輯運(yùn)算A=0A=1B=0B=1B=0B=1A&B0001A|B0111~A1100xor(A,B)0110表1-9MATLAB常用數(shù)學(xué)函數(shù)函數(shù)數(shù)學(xué)含義函數(shù)數(shù)學(xué)含義abs(x)求x的絕對值，即︱x︱,若x是復(fù)數(shù)，即求x的模csc(x)求x的余割函數(shù)，x為弧度sign(x)求x的符號，x為正得1，x為負(fù)得-1，x為零得0asin(x)求x的反正弦數(shù)，即sixsqrt(x)求x的平方根，即acos(x)求x的反余切函數(shù)，coxexp(x)求x的指數(shù)函數(shù)，即atan(x)求x的反正切函數(shù)，taxlog(x)求x的自然對數(shù)，即lnxacot(x)求x的反余切函數(shù)，cox表1-9MATLAB常用數(shù)學(xué)函數(shù)log10(x)求x的常用對數(shù)，即lgxasec(x)求x的反正割函數(shù)，sexlog2(x)求x的以2為底的對數(shù)，即loxacsc(x)求x的反余割函數(shù)，csxsin(x)求x的正弦函數(shù)，x為弧度Round(x)求最接近x的整數(shù)cos(x)求x的余弦函數(shù)，x為弧度rem(x,y)求整除x/y的余數(shù)tan(x)求x的正切函數(shù)，x為弧度real(z)求復(fù)數(shù)z的實(shí)部cot(x)求x的余切函數(shù)，x為弧度Imag(z)求復(fù)數(shù)z的虛部sec(x)求x的正割函數(shù)，x為弧度conj(z)求復(fù)數(shù)z的共軛，即求表1-10數(shù)值輸出格式命令命令及格式說明formatshot以4位小數(shù)的浮點(diǎn)格式輸出formatlong以14位小數(shù)的浮點(diǎn)格式輸出formatshorte以4位小數(shù)加e+000的浮點(diǎn)格式輸出formatlonge以15位小數(shù)加e+000的浮點(diǎn)格式輸出formathex以16進(jìn)制格式輸出format+提取數(shù)值的符號formatbank以銀行格式輸出，即只保留兩位小數(shù)formatrat以有理數(shù)格式輸出moreon/off屏幕顯示控制。moreon表示滿屏停止，等待鍵盤輸入；moreoff表示不考慮窗口一次性輸出more(n)如果輸出多于n行，則只顯示n行1.6MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)1.順序語句

2.條件語句

3.循環(huán)語句2.條件語句(1)if-else-end語句

(2)switch-case-otherwise語句3.循環(huán)語句(1)for循環(huán)

(2)while循環(huán)1.7MATLAB的繪圖功能1.基本形式

2.圖形修飾及文本標(biāo)注

3.圖形控制

4.特殊坐標(biāo)圖形1.基本形式(1)plot(y)

(2)plot(x,y)

(3)plot(x1,y1，x2,y2，…)圖1-17plot(y)輸出曲線圖1-18plot繪制的正弦曲線圖1-19在同一個窗口繪制正弦和平方根兩條曲線圖1-20兩條曲線具有不同的橫坐標(biāo)表1-11常用的繪圖選項選項含義選項含義‘-’實(shí)線‘.’用點(diǎn)號標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘--’虛線‘o’用圓圈標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘:’點(diǎn)線‘x’用叉號標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘-．’點(diǎn)畫線‘+’用加號標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘r’紅色‘s’用小正方形標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘g’綠色‘d’用菱形標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘b’藍(lán)色‘v’用下三角標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘y’黃色‘^’用上三角標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘m’洋紅‘<’用左三角標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)表1-11常用的繪圖選項‘c’青色‘>’用右三角標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘w’白色‘h’用六角形標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘k’黑色‘p’用五角形標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)‘*’用星號標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)圖1-21用不同的線型繪制曲線圖1-22輸出帶有標(biāo)注曲線圖1-23特殊曲線輸出第2章Simulink仿真入門2.1Simulink基本操作

2.2運(yùn)行仿真及參數(shù)設(shè)置簡介

2.3創(chuàng)建模型的基本步驟及仿真算法簡介

2.4子系統(tǒng)及其封裝2.1Simulink基本操作2.1.1運(yùn)行Simulink

2.1.2Simulink模塊庫

2.1.3Simulink模塊的操作2.1.1運(yùn)行Simulink1)在MATLAB的命令窗口中直接輸入“simulink”命令。

2)在MATLAB菜單上選擇→Model。

1)在MATLAB命令窗口直接輸入模型文件名(不要加擴(kuò)展名“.mdl”)，此方式要求該文件在當(dāng)前的路徑范圍內(nèi)。

2)在MATLAB菜單上選擇。

3)單擊圖2-1工具欄中的圖標(biāo)。圖2-1Simulink模塊庫瀏覽器圖2-2新建模型窗口圖2-3標(biāo)準(zhǔn)Simulink模塊庫窗口圖2-4連續(xù)系統(tǒng)模塊庫窗口圖2-5常用模塊庫2.1.3Simulink模塊的操作1.模塊的提取

2.模塊的選擇和移動

3.模塊的復(fù)制

4.模塊的刪除

5.模塊大小的改變

6.模塊的旋轉(zhuǎn)

7.模塊名的操作

8.模塊間的連線1.模塊的提取1)在模塊庫瀏覽器窗口中選中需要的模塊(鼠標(biāo)單擊)，選中的模塊名會反顯，然后在【Edit】菜單欄下選擇“Addtocurrentmodel”，這時選中的模塊就會出現(xiàn)在Simulink的仿真平臺上。

2)在模塊庫瀏覽器窗口中將鼠標(biāo)指針移動到需要的模塊上，按住鼠標(biāo)左鍵將模塊拖到Simulink的仿真平臺上，然后松開鼠標(biāo)即可，這是常用的快捷方式。

1)系統(tǒng)輸入模塊庫Sources中的SineWave模塊：產(chǎn)生一個正弦信號。

2)數(shù)學(xué)庫Math中的Gain模塊：將信號乘以一個常數(shù)(即信號增益)。

3)系統(tǒng)輸出庫Sinks中的Scope模塊：以圖形方式顯示結(jié)果。圖2-6模塊的提取2.模塊的選擇和移動1)按下<Shift>鍵的同時，依次單擊所需選定的模塊。

2)按下左鍵或右鍵，同時拖拽鼠標(biāo)，拉出矩形虛線框，將所有待選模塊括在其中，于是矩形里所有模塊(包括與連接模塊的信號線)均被選中。圖2-7SineWave模塊被選定3.模塊的復(fù)制(1)不同模型窗(包括庫窗口在內(nèi))之間的模塊復(fù)制方法

(2)在同一模型窗口內(nèi)的模塊復(fù)制1)在窗口選中模塊，將其拖至另一模型窗口，釋放鼠標(biāo)。

2)在窗口選中模塊，單擊“復(fù)制”圖標(biāo)，然后用鼠標(biāo)左鍵單擊目標(biāo)模型窗中需要復(fù)制的模塊的位置，最后單擊“粘貼”圖標(biāo)即可。(2)在同一模型窗口內(nèi)的模塊復(fù)制1)按下鼠標(biāo)右鍵，拖動鼠標(biāo)到合適的地方，釋放鼠標(biāo)即完成。

2)按住<Ctrl>鍵，再按下鼠標(biāo)左鍵，拖拽鼠標(biāo)至合適的地方，釋放鼠標(biāo)。4.模塊的刪除1)按<Delete>鍵。

2)單擊工具欄上的“剪切”圖標(biāo)，將選定內(nèi)容剪除并存放于剪貼板上。圖2-8模塊的復(fù)制7.模塊名的操作1)修改模塊名：單擊模塊名，將在原名字的四周出現(xiàn)一個編輯框。

2)模塊名字體設(shè)置：選擇Format→Font，打開字體對話框并根據(jù)需要設(shè)置各項參數(shù)。

3)改變模塊名的位置：單擊模塊名，出現(xiàn)編輯框后，可用鼠標(biāo)拖拽。

4)隱藏模塊名：單擊模塊后，選擇Format→HideName，可以隱藏模塊名。圖2-9模塊名的操作8.模塊間的連線(1)水平或垂直連線的產(chǎn)生

(2)斜連線的產(chǎn)生

(3)連線的移動和刪除

(4)分支的產(chǎn)生

(5)信號線的曲折

(6)折點(diǎn)的移動

(7)信號線寬度顯示圖2-10模塊間繪制連線(4)分支的產(chǎn)生1)將光標(biāo)指向分支線的起點(diǎn)(即在已有信號線上的某點(diǎn))。

2)按下鼠標(biāo)右鍵，看到光標(biāo)變?yōu)槭郑换蛘甙醋?lt;Ctrl>鍵，再按下鼠標(biāo)左鍵。

3)拖動鼠標(biāo)，直至分支線的終點(diǎn)處。(7)信號線寬度顯示1)雙擊系統(tǒng)模塊，打開系統(tǒng)模塊的參數(shù)設(shè)置對話框。

2)根據(jù)系統(tǒng)的要求在相應(yīng)的參數(shù)選項中設(shè)置合適的參數(shù)，如圖2-12所示為信號增益Gain模塊的參數(shù)設(shè)置對話框。圖2-11模塊間連線的分支與折曲圖2-12信號增益Gain模塊的參數(shù)設(shè)置對話框圖2-13系統(tǒng)仿真結(jié)果輸出2.2運(yùn)行仿真及參數(shù)設(shè)置簡介2.2.1運(yùn)行仿真

2.2.2仿真參數(shù)設(shè)置簡介2.2.1運(yùn)行仿真1)Simulink模型窗口運(yùn)行方式。

2)MATLAB命令窗口輸入命令運(yùn)行方式。2.2.2仿真參數(shù)設(shè)置簡介(1)Solver面板

(2)Data

(3)Optimization面板

(4)Diagnostics面板

(5)Hardware

(6)Model2.2.2仿真參數(shù)設(shè)置簡介圖2-14仿真參數(shù)對話框(1)Solver面板圖2-15Solver面板(2)Data圖2-16DataImport/Export面板(3)Optimization面板圖2-17Optimization面板(5)Hardware圖2-18Diagnostics面板(5)Hardware圖2-19HardwareImplementation面板(6)Model圖2-20ModelReferencing面板2.3創(chuàng)建模型的基本步驟及仿真算法簡介2.3.1創(chuàng)建模型的基本步驟

2.3.2仿真算法簡介2.3.1創(chuàng)建模型的基本步驟1)畫出系統(tǒng)草圖。

2)啟動Simulink模塊庫瀏覽器，新建一個空白模型。

3)在庫中找到所需模塊并拖到空白模型窗口中，按系統(tǒng)草圖的布局?jǐn)[放好各模塊并連接各模塊。

4)如果系統(tǒng)較復(fù)雜、模塊太多，可以將實(shí)現(xiàn)同一功能的模塊封裝成一個子系統(tǒng)，使系統(tǒng)的模型看起來更簡潔。

5)設(shè)置各模塊的參數(shù)以及與仿真有關(guān)的各種參數(shù)。

6)保存模型，模型文件的后綴名為.mdl。

7)運(yùn)行仿真，觀察結(jié)果。

8)調(diào)試模型。2.3.2仿真算法簡介(1)可變步長類算法

(2)固定步長類算法(1)可變步長類算法1)Ode45。

2)Ode23。

3)Ode113。

4)Ode15s。

5)Ode23s。

6)Ode23t。

7)Ode23tb。(2)固定步長類算法1)Ode5。

2)Ode4。

3)Ode3。

4)Ode2。

5)ode1。2.4子系統(tǒng)及其封裝2.4.1創(chuàng)建子系統(tǒng)

2.4.2封裝子系統(tǒng)2.4.1創(chuàng)建子系統(tǒng)1)減少模型窗口中模塊的個數(shù)，使得模型窗口更加整潔。

2)把一些功能相關(guān)的模塊集成在一起，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用。

3)通過子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)模型圖表的層次化，這樣用戶既可以采用自上而下的設(shè)計方法，也可以采用自下而上的設(shè)計方法。

1)通過子系統(tǒng)模塊來創(chuàng)建子系統(tǒng)。

2)組合已存在的模塊創(chuàng)建子系統(tǒng)。

1)從Ports&Subsystems中復(fù)制Subsystem模塊到自己的模型中，如圖2-21a所示。

2)用鼠標(biāo)雙擊Subsystem模塊圖標(biāo)打開如圖2-21b所示的Subsystem模塊編輯窗口。

3)在新的編輯窗口創(chuàng)建子系統(tǒng)，然后保存。2.4.1創(chuàng)建子系統(tǒng)4)運(yùn)行仿真并保存。

1)創(chuàng)建如圖2-22a所示的系統(tǒng)，并選中要創(chuàng)建成子系統(tǒng)的模塊。

2)選擇Edit→CreateSubsystem菜單，結(jié)果如圖2-22b所示。

3)運(yùn)行仿真并保存。圖2-21通過Subsystem模塊來創(chuàng)建子系統(tǒng)圖2-?21通過Subsystem模塊來創(chuàng)建子系統(tǒng)(續(xù))圖2-22組合已存在的模塊創(chuàng)建子系統(tǒng)示例圖2.4.2封裝子系統(tǒng)1)在設(shè)置子系統(tǒng)中各個模塊的參數(shù)時只通過一個參數(shù)對話框就可以完成所需設(shè)置。

2)為子系統(tǒng)創(chuàng)建一個可以反映子系統(tǒng)功能的圖標(biāo)。

3)可以避免用戶在無意中修改子系統(tǒng)中模塊的參數(shù)。

1)選擇需要封裝的子系統(tǒng)。

2)選擇Edit→Editmask菜單，這時會彈出如圖2-23所示的封裝編輯器，通過它進(jìn)行各種設(shè)置。

3)單擊Apply或OK按鈕保存設(shè)置。

1)建立如圖2-24所示的含有一子系統(tǒng)的模型，并設(shè)置子系統(tǒng)中Gain模塊的Gain參數(shù)為一變量m。2)選中模型中的Subsystem子系統(tǒng)，選擇Edit→Editmask菜單(或用鼠標(biāo)右鍵單擊子系統(tǒng)彈出上下文菜單，選擇Edit→Editmask菜單)，打開封裝編輯器，如圖2-25所示。

3)進(jìn)行封裝設(shè)置。

4)按照如圖2-26所示設(shè)置Parameters頁。

5)按照如圖2-27所示設(shè)置Initialization頁。

6)按照如圖2-28所示設(shè)置Documentation頁。圖2-23封裝編輯器圖2-24封裝子系統(tǒng)示例圖2-25設(shè)置圖標(biāo)圖2-26設(shè)置參數(shù)圖2-27設(shè)置初始化參數(shù)圖2-28設(shè)置Documentation頁參數(shù)圖2-29封裝后的子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置對話框圖2-30同步發(fā)電機(jī)模塊及其組成的子系統(tǒng)圖2-30同步發(fā)電機(jī)模塊及其組成的子系統(tǒng)(續(xù))第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.1同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

3.2變壓器數(shù)學(xué)模型及基于電氣原理圖的變壓器數(shù)學(xué)模型

3.3輸電線路模型

3.4負(fù)荷模型

3.5電力圖形用戶分析界面(Powergui)模塊3.1同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型3.1.1同步電機(jī)電氣部分模型

3.1.2同步發(fā)電機(jī)機(jī)械部分的數(shù)學(xué)模型

3.1.3基于電氣原理圖的同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型3.1.1同步電機(jī)電氣部分模型圖3-1同步發(fā)電機(jī)等效電路

a)d軸等效電路b)q軸等效電路3.1.3基于電氣原理圖的同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型1.簡化的同步電機(jī)模型

2.同步電機(jī)模塊

3.各類模塊的應(yīng)用比較1.簡化的同步電機(jī)模型圖3-2簡化同步電機(jī)模塊示意圖

a)標(biāo)幺制下的簡化同步電機(jī)模塊

b)國際單位制下的簡化同步電機(jī)模塊表3-1簡化同步電機(jī)模型輸出信號輸出符號端口定義單位1～3，，is_abc定子三相電流A或者p．u．4～6，，vs_abc定子三相電壓V或者p．u．7～9，，e_abc發(fā)電機(jī)內(nèi)部三相電源電壓V或者p．u．10θThetam轉(zhuǎn)子角度rad11ωwm轉(zhuǎn)子角速度Rad/s或者p．u．12Pe電磁功率VA或者p．u．圖3-3簡化同步電機(jī)模塊參數(shù)對話框

a)標(biāo)幺制下的對話框b)國際單位制下的對話框2.同步電機(jī)模塊(1)p.u.基本同步電機(jī)模塊

(2)SI

(3)p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊圖3-4同步發(fā)電機(jī)模塊示意圖

a)標(biāo)幺制下的基本模型b)國際單位制下的基本模型c)標(biāo)幺制下的標(biāo)準(zhǔn)模型表3-2同步電機(jī)模型輸出信號輸出符號端口定義單位1～3,,is_abc定子三相電流A或者p．u．4～5,is_qd定子q軸和d軸電流A或者p．u．6～9,,,ik_qd勵磁電流、q軸和d軸阻尼繞組電流V或者p．u．10～11,phim_qdq軸和d軸磁通量Vs或者p．u．12～13,vs_qd定子q軸和d軸電壓V或者p．u．14Δθd_theta轉(zhuǎn)子角偏移量rad15wm轉(zhuǎn)子角速度rad/s表3-2同步電機(jī)模型輸出信號16Pe電磁功率VA或者p．u．17Δωdw轉(zhuǎn)子角速度偏移rad/s18θtheta轉(zhuǎn)子機(jī)械角rad19Te電磁轉(zhuǎn)矩N·m或者p．u．20δDelta功率角deg21,22,Peo,Qeo輸出的有功和無功功率VA或者p．u．圖3-5p.u.基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對話框圖3-6p.u.基本同步電機(jī)模塊飽和仿真復(fù)選框圖3-7SI基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對話框圖3-8p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊的參數(shù)對話框3.2變壓器數(shù)學(xué)模型及基于電氣原理圖的變壓器數(shù)學(xué)模型3.2.1變壓器數(shù)學(xué)模型

3.2.2基于電氣原理圖的變壓器數(shù)學(xué)模型圖3-9變壓器的單相等值電路

a)雙繞組變壓器b)三繞組變壓器圖3-10變壓器模塊示意圖

a)三相雙繞組變壓器b)三相三繞組變壓器圖3-114種典型連接方式下的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)圖3-12變壓器模塊的參數(shù)對話框圖3-13飽和變壓器的圖標(biāo)

3.3輸電線路模型3.3.1輸電線路的等效電路

3.3.2基于電氣原理圖的輸電線路數(shù)學(xué)模型圖3-14輸電線路的單相“Π”形等值電路圖3-15長線的多個“Π”形等值電路3.3.2基于電氣原理圖的輸電線路數(shù)學(xué)模型1.“Π”形等值模塊

2.分布參數(shù)等值模塊圖3-16輸電線路“Π”形線路模塊示意圖

a)單相等值電路模塊b)三相等值電路模塊圖3-17輸電線路“Π”形線路屬性參數(shù)對話框

a)單相等值電路模塊參數(shù)對話框b)三相等值電路模塊參數(shù)對話框圖3-18三相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)圖3-19分布參數(shù)線路模塊參數(shù)對話框圖3-20單相和多相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)

a)單相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)b)多相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)3.4負(fù)荷模型3.4.1負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型

3.4.2基于電氣原理圖的負(fù)荷模型3.4.1負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型1.負(fù)荷的靜態(tài)模型

2.負(fù)荷的動態(tài)模型

3.異步電動機(jī)模型圖3-21異步電動機(jī)等效電路3.4.2基于電氣原理圖的負(fù)荷模型1.靜態(tài)負(fù)荷模型模塊

2.動態(tài)負(fù)荷模型模塊

3.異步電動機(jī)模型模塊圖3-22靜態(tài)負(fù)荷模型模塊圖標(biāo)圖3-23三相RLC串聯(lián)負(fù)荷模塊參數(shù)對話框圖3-24三相動態(tài)

負(fù)荷模塊圖3-25三相動態(tài)負(fù)荷模型參數(shù)對話框3.異步電動機(jī)模型模塊①Park變換(Rotor(Parktransformation))。把電動機(jī)參考軸變換到以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子為參考軸。

②固定參考軸(Stationary)：通過Clarke或αβ變換把電動機(jī)參考軸變換到固定的靜止的坐標(biāo)軸。

③同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸(Synchronous)：把電動機(jī)參考軸變換到以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的參考軸。圖3-26異步電動機(jī)模型模塊

a)標(biāo)幺制下的異步電動機(jī)模型模塊

b)有名制下的異步電動機(jī)模型模塊表3-3異步電動機(jī)輸出信號輸出符號端口定義單位1～3,,ir_abc轉(zhuǎn)子三相電流A或者p．u．4～5,ir_qdq軸和d軸轉(zhuǎn)子電流A或者p．u．6～7,phir_qdq軸和d軸轉(zhuǎn)子磁通量V·s或者p．u．8～9,vr_qdq軸和d軸轉(zhuǎn)子電壓V或者p．u．10～12,,is_abc定子三相電流A或者p．u．13～14,is_qdq軸和d軸定子電流A或者p．u．15～16,phis_qdq軸和d軸定子磁通V·s或者p．u．17～18,vs_qd定子q軸和d軸電壓V或者p．u．表3-3異步電動機(jī)輸出信號輸出符號端口定義單位19wm轉(zhuǎn)子角速度rad/s20Te電磁轉(zhuǎn)矩N·m或者p．u．21Thetam轉(zhuǎn)子角位移rad圖3-27標(biāo)幺值情況下異步電動機(jī)模型參數(shù)對話框3.5.1Powergui模塊主窗口介紹1.仿真類型

2.分析工具圖3-28Powergui模塊圖標(biāo)和主窗口

a)模塊圖標(biāo)b)主窗口1.仿真類型(1)相量法仿真(Phasor

(2)離散化電氣模型(Discretize

(3)連續(xù)系統(tǒng)仿真(Continuous)

(4)顯示分析信息(Show3.5.2穩(wěn)態(tài)電壓電流分析窗口1)穩(wěn)態(tài)值(Steadystatevalues)：顯示模型文件中指定的電壓、電流穩(wěn)態(tài)值。

2)單位(Units)：選擇將顯示的電壓、電流值是“峰值(Peakvalues)”還是“有效值(RMS)”。

3)頻率(Frequency)：選擇顯示的電壓、電流向量的頻率。

4)狀態(tài)(States)：顯示電路中電容電壓和電感電流向量的穩(wěn)態(tài)值。

5)測量(Measurements)：顯示電路中測量模塊測量到的電壓、電流向量的穩(wěn)態(tài)值。

6)電源(Sources)：顯示電路中電源的電壓、電流向量的穩(wěn)態(tài)值。7)非線性元件(Nonlinearelements)：顯示電路中非線性元件的電壓、電流向量的穩(wěn)態(tài)值。

8)格式(Format)：選擇要觀測的電壓和電流的格式；“浮點(diǎn)格式(FloatingPoint)”是以科學(xué)計數(shù)法顯示5位有效數(shù)字；“最優(yōu)格式(Bestof)”是顯示4位有效數(shù)字，并且在數(shù)值大于9999時以科學(xué)計數(shù)法表示；最后一個格式是直接顯示數(shù)值的大小，小數(shù)點(diǎn)后保留兩位有效數(shù)字。

9)更新穩(wěn)態(tài)值(UpdateSteadyStateValues)：重新計算并顯示穩(wěn)態(tài)電壓、電流值。圖3-29Powergui模塊的穩(wěn)態(tài)電壓電流分析窗口界面3.5.3初始狀態(tài)設(shè)置窗口1)初始電氣狀態(tài)值(Initialelectricalstatevaluesforsimulation)：顯示模型文件中狀態(tài)變量的名稱和初始值。

2)設(shè)置到指定狀態(tài)(Setselectedelectricalstate)：對初始狀態(tài)列表中選中的狀態(tài)變量進(jìn)行初始值設(shè)置。

3)設(shè)置初始狀態(tài)(Forceinitialelectricalstates)：選擇從“穩(wěn)態(tài)(ToSteadyState)”、“零初始狀態(tài)(ToZero)”或“模塊的設(shè)置(ToBlockSettings)”開始仿真。

4)加載狀態(tài)(Reloadstates)：選擇從“指定文件(FromFile...)”中加在初始狀態(tài)或者以“當(dāng)前值(FromDiagram)”作為初始狀態(tài)開始仿真。

5)格式(Format)：選擇要觀測的電壓和電流的格式。圖3-30Powergui模塊的初始狀態(tài)設(shè)置窗口界面3.5.4潮流計算和電機(jī)初始化窗口1)電機(jī)潮流分布(Machineloadflow)：顯示電機(jī)列表中選中電機(jī)的潮流分布。

2)電機(jī)(Machines)：顯示簡化同步電機(jī)、同步電機(jī)、非同步電機(jī)和三相動態(tài)負(fù)荷模塊的名稱。

3)節(jié)點(diǎn)類型(Bustype)：選擇節(jié)點(diǎn)類型。

4)終端電壓UAB(TerminalvoltageUAB)：對選中電機(jī)的輸出線電壓進(jìn)行設(shè)置。

5)有功功率(Activepower)：設(shè)置選中電機(jī)或負(fù)荷的有功功率。

6)預(yù)估有功功率(Activepowerguess)：如果電機(jī)的節(jié)點(diǎn)類型為平衡節(jié)點(diǎn)則顯示該項，用來設(shè)置迭代開始時電機(jī)的有功功率。7)無功功率(Reactivepower)：設(shè)置選中電機(jī)或負(fù)荷的無功功率。

8)電壓UAN的相角(PhaseofUANvoltage)：當(dāng)電機(jī)的節(jié)點(diǎn)類型設(shè)置為平衡節(jié)點(diǎn)時，該文本框被激活，指定選中電機(jī)a相相電壓的相角。

9)負(fù)荷潮流初始狀態(tài)(Loadflowinitialcondition)：常常選擇默認(rèn)設(shè)置“自動(Auto)”，使得迭代前系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)負(fù)荷潮流初始狀態(tài)。圖3-31Powergui模塊的潮流計算和電機(jī)初始化窗口界面3.5.5LTI視窗1)系統(tǒng)輸入(Systeminputs)：列出電路狀態(tài)空間模型中的輸入變量，選擇需要用到LTI視窗的輸入變量。

2)系統(tǒng)輸出(Systemoutputs)：列出電路狀態(tài)空間模型中的輸出變量，選擇需要用到LTI視窗的輸處變量。

3)打開新的LTI視窗(OpenNewLTIViewer)：產(chǎn)生狀態(tài)空間模型并打開選中的輸入和輸出變量的LTI視窗。

4)打開當(dāng)前LTI視窗(OpenincurrentLTIViewer)：產(chǎn)生狀態(tài)空間模型并打開選中的輸入和輸出變量疊加到當(dāng)前LTI視窗。圖3-32Powergui模塊的LTI視窗界面3.5.6阻抗依頻特性測量視窗1)圖表：窗口左上側(cè)的坐標(biāo)系表示阻抗-頻率特性，左下側(cè)的坐標(biāo)系表示相角-頻率特性。

2)測量(Measurement)：列出模型文件中的阻抗測量模塊，選擇需要顯示依頻特性的阻抗模塊。

3)范圍(Range)：指定頻率范圍。

4)對數(shù)阻抗(LogarithmicImpedance)：坐標(biāo)系縱坐標(biāo)的阻抗以對數(shù)形式表示。

5)線性阻抗(LinearImpedance)：坐標(biāo)系縱坐標(biāo)的阻抗以線性形式表示。

6)對數(shù)頻率(LogarithmicFrequency)：坐標(biāo)系橫坐標(biāo)的頻率以對數(shù)值形式表示。7)線性頻率(LinearFrequency)：坐標(biāo)系橫坐標(biāo)的頻率以線性形式表示。

8)網(wǎng)絡(luò)(Grid)：選中該復(fù)選框，阻抗-頻率特性圖和相角-頻率特性圖上將出現(xiàn)網(wǎng)格。

9)更新后保存數(shù)據(jù)(Savedatawhenupdated)：選中該復(fù)選框后，該復(fù)選框下面的“工作間變量名(WorkspaceVariablename)”文本框被激活，數(shù)據(jù)以該文本框中顯示的變量名被保存在工作間中。

10)顯示/保存(Display/Save)：開始阻抗依頻特性測量并顯示結(jié)果，如果選擇了“更新后保存數(shù)據(jù)”復(fù)選框，數(shù)據(jù)將保存到指定位置。圖3-33Powergui模塊的阻抗依頻特性測量視窗3.5.7FFT分析窗口1)圖標(biāo)：窗口左上側(cè)的圖形表示被分析信號的波形，窗口左下側(cè)的圖形表示該信號的FFT分析結(jié)果。

2)結(jié)構(gòu)(Structure)：列出工作間中的時間結(jié)構(gòu)變量的名稱。

3)輸入變量(Input)：列出被選中的結(jié)構(gòu)變量中包含的輸入變量名稱，選擇需要分析的輸入變量。

4)信號路數(shù)(SignalNumber)：列出被選中的輸入變量中包含的各路信號的名稱。

5)開始時間(Starttime)：指定FFT分析的起始時間。

6)周期個數(shù)(Numberofcycles)：指定需要進(jìn)行FFT分析的波形的周期數(shù)。7)顯示FFT窗/顯示完整信號(DisplayFFTwindow/Displayentiresignal)：選擇“顯示完整信號”，將在左上側(cè)插圖中顯示完整的波形；選擇“顯示FFT窗”將在左上側(cè)插圖中顯示指定時間段內(nèi)的波形。

8)基頻(Fundamentalfrequency)：指定FFT分析的基頻。

9)最大頻率(Maxfrequency)：指定FFT分析的最大頻率。

10)頻率軸(Frequencyaxis)：在下拉框中選擇“赫茲(Hertz)”使頻譜的頻率軸單位為Hz，選擇“諧波次數(shù)”使頻譜的頻率軸單位為基頻的整數(shù)次倍數(shù)。11)顯示類型(Displaystyle)：頻譜的顯示可以是“以基頻或直流分量為基準(zhǔn)的柱狀圖(Bar(relativetoFund.orDC))”、“以基頻或直流分量為基準(zhǔn)的列表(List(relativetoFund.orDC))”、“指定基準(zhǔn)值下的柱狀圖(Bar(relativetospecifiedbase))”和“指定基準(zhǔn)值下的列表(List(relativetospecifiedbase))”4種類型。

12)基準(zhǔn)值(Basevalue)：當(dāng)顯示類型下拉框中選擇“指定基準(zhǔn)值下的柱狀圖”和“指定基準(zhǔn)值下的列表”時，該文本框被激活，以輸入諧波分析的基準(zhǔn)值。3.5.7FFT分析窗口圖3-34Powergui模塊的阻抗依頻特性測量視窗3.5.8報表生成窗口圖3-35Powergui模塊的報表生成窗口3.5.9磁滯特性設(shè)計工具窗口1)“磁滯曲線”(Hysteresiscurveforfile)圖表：顯示設(shè)計的磁滯曲線。

2)“段數(shù)”(Segments)：將磁滯曲線做分段線性化處理，并設(shè)置磁滯回路第一象限和第四象限內(nèi)曲線的分段數(shù)目。

3)“剩余磁通”(RemanentfluxFr)：設(shè)置零電流對應(yīng)的剩磁。

4)“飽和磁通”(SaturationfluxFs)：設(shè)置曲線的飽和磁通點(diǎn)。

5)“飽和電流”(SaturationcurrentIs)：設(shè)置進(jìn)入磁滯曲線飽和區(qū)的對應(yīng)電流點(diǎn)。

6)“矯頑電流”(CoercivecurrentIc)：設(shè)置零磁通對應(yīng)的電流。

7)“矯頑電流處的斜率”(dF/dIatcoercivecurrent)：指矯頑電流點(diǎn)的斜率。8)“飽和區(qū)域電流”(Saturationregioncurrents)：設(shè)置飽和后磁化曲線上各點(diǎn)所對應(yīng)的電流值，僅需設(shè)置第一象限值。

9)“飽和區(qū)域磁通”(Saturationregionfluxes)：設(shè)置磁飽和后磁化曲線上各點(diǎn)所對應(yīng)的磁通值，僅需設(shè)置第一象限值。

10)“變壓器額定參數(shù)”(TransfoNominalParameters)：指定額定功率(單位為V·A)、一次繞組的額定電壓值(單位為V)和額定頻率(單位為Hz)。

11)“參數(shù)單位”(Parameterunits)：將磁滯特性曲線中電流和磁通的單位由國際單位制(SI)轉(zhuǎn)換到標(biāo)幺制(p.u.)，或者由標(biāo)幺制轉(zhuǎn)換到國際單位制。圖3-36Powergui模塊的磁滯特性設(shè)計工具窗口3.5.10計算RLC線路參數(shù)窗口1.常用參數(shù)子窗口

2.線路幾何結(jié)構(gòu)子窗口

3.導(dǎo)線特性子窗口1.常用參數(shù)子窗口1)單位(Units)：在下拉菜單中，選擇以“米制(Metric)”為單位時，以cm作為導(dǎo)線直徑、幾何平均半徑(GMR)和分裂導(dǎo)線直徑的單位，以米作為導(dǎo)線間距離的單位；選擇以“英制(English)”為單位時，以英寸作為導(dǎo)線直徑、幾何平均半徑(GMR)和分裂導(dǎo)線直徑的單位，以英尺作為導(dǎo)線間距離的單位。

2)頻率(Frequency)：指定RLC參數(shù)所用的頻率。

3)大地電阻(GroundResistivity)：指定大地電阻。

4)注釋(Comments)：輸入關(guān)于電壓等級、導(dǎo)線類型和特性等的注釋，該注釋將與線路參數(shù)一起保存。圖3-37Powergui模塊的計算RLC線路參數(shù)窗口2.線路幾何結(jié)構(gòu)子窗口1)導(dǎo)線相數(shù)(Numberofphaseconductors(bundles))：設(shè)置線路的相數(shù)。

2)地線數(shù)目(Numberofgroundwires(bundles))：設(shè)置大地導(dǎo)線的數(shù)目。

3)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)表：輸入導(dǎo)線的“相序(Phasenumber)”、“水平檔距(X)”、“垂直檔距(Ytower)”、“檔距中央的高度(Ymin)”和“導(dǎo)線的類型(Conductortype)”共5個參數(shù)。3.導(dǎo)線特性子窗口1)導(dǎo)線類型的個數(shù)(Numberofconductortypesorbundletypes)：設(shè)置需要用到導(dǎo)線類型(單導(dǎo)線或分裂導(dǎo)線)的數(shù)量。

2)導(dǎo)線內(nèi)電感計算方法(Conductorinternalinductanceevaluatedfrom)：選擇用“直徑/厚度(T/Dratio)”、“幾何平均半徑(GeometricMeanRadius(GMR))”或者“1英寸間距的電抗(ReactanceXaat1-footspacing)”進(jìn)行內(nèi)電感計算。

3)考慮導(dǎo)線集膚效應(yīng)(Includeconductorskineffect)：選中該復(fù)選框后，在計算導(dǎo)線交流電阻和電感時將考慮集膚效應(yīng)的影響。4)導(dǎo)線特性參數(shù)表：輸入導(dǎo)線“外徑(Conductoroutsidediameter)”、“T/D”、“GMR”、“直流電阻(ConductorDCresistance)”、“相對磁導(dǎo)率(Conductorrelativepermeability)”、“分裂導(dǎo)線中的子導(dǎo)線數(shù)目(Numberofconductorsperbundle)”、“分裂導(dǎo)線的直徑(Bundlediameter)”、“分裂導(dǎo)線中1號子導(dǎo)線與水平面的夾角(AngleofConductor1)”共8個參數(shù)。

5)計算RLC參數(shù)(ComputeRLCLineparameters)：單擊該按鈕，將彈出RLC參數(shù)的計算結(jié)果窗口。

6)保存(Save)：單擊該鈕后，線路參數(shù)以及相關(guān)的GUI信息將以后綴為.mat的文件形式被保存。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實(shí)例4.1MATPOWER軟件在電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實(shí)例4.2Powergui在簡單電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實(shí)例

4.1MATPOWER軟件在電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實(shí)例4.1.1MATPOWER的安裝

4.1.2MATPOWER的主要技術(shù)規(guī)則4.1.1MATPOWER的安裝1)到MATPOWER主頁()上按照下載指導(dǎo)下載相關(guān)壓縮文件。

2)解壓下載的文件。

3)將解壓后的文件放到MATLAB的搜索路徑下。1.數(shù)據(jù)文件格式1)version1格式。

2)version2格式。圖4-12機(jī)5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)1)字段baseMVA是一個標(biāo)量，用來設(shè)置基準(zhǔn)容量，如100MVA。

2)字段bus是一個矩陣，用來設(shè)置電網(wǎng)中各母線參數(shù)。

①bus_i用來設(shè)置母線編號(正整數(shù))。

②type用來設(shè)置母線類型,1為PQ節(jié)點(diǎn)母線,2為PV節(jié)點(diǎn)母線,3為平衡(參考)節(jié)點(diǎn)母線，4為孤立節(jié)點(diǎn)母線。

③Pd和Qd用來設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功功率和無功功率。

④Gs、Bs用來設(shè)置與母線并聯(lián)電導(dǎo)和電納。

⑤baseKV用來設(shè)置該母線基準(zhǔn)電壓。

⑥Vm和Va用來設(shè)置母線電壓的幅值、相位初值。

⑦Vmax和Vmin用來設(shè)置工作時母線最高、最低電壓幅值。⑧area和zone用來設(shè)置電網(wǎng)斷面號和分區(qū)號，一般都設(shè)置為1，前者可設(shè)置范圍為1～100，后者可設(shè)置范圍為1～999。

3)字段gen為一個矩陣，用來設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)(電源)參數(shù)。

①bus用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的母線編號。

②Pg和Qg用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的有功功率和無功功率。

③Pmax和Pmin用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的有功功率最大、最小允許值。

④Qmax和Qmin用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的無功功率最大、最小允許值。

⑤Vg用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的工作電壓。⑥mBase用來設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的功率基準(zhǔn),如果為默認(rèn)值,就是baseMVA變量的值。

⑦status用來設(shè)置發(fā)電機(jī)(電源)工作狀態(tài),1表示投入運(yùn)行,0表示退出運(yùn)行。

4)字段branch也是一個矩陣，用來設(shè)置電網(wǎng)中各支路參數(shù)。

①fbus和tbus用來設(shè)置該支路由起始節(jié)點(diǎn)(母線)編號和終止節(jié)點(diǎn)(母線)編號。

②r、x和b用來設(shè)置該支路的電阻、電抗和充電電納。

③rateA、rateB和rateC分別用來設(shè)置該支路長期、短期和緊急允許功率。④ratio用來設(shè)置該支路的變比，如果支路元件是導(dǎo)線,那么ratio為0；如果支路元件為變壓器，則該變比為fbus側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓與tbus側(cè)母線的基準(zhǔn)電壓之比。

⑤angle用來設(shè)置支路的相位角度，如果支路元件為變壓器(或移相器)，就是變壓器(或移相器)的轉(zhuǎn)角；如果支路元件是導(dǎo)線，相位角度則為0°。

⑥status用來設(shè)置支路工作狀態(tài)，1表示投入運(yùn)行，0表示退出運(yùn)行。

⑦angmin、angmax用來設(shè)置支路相位角度的最小和最大差值。

2.控制選項表4-1MATPOWER選項向量中有關(guān)潮流計算的選項功能描述序號變量名默認(rèn)值功能描述1PF_ALG1潮流算法

1—牛頓法

2—快速解耦算法(XB版本)

3—快速解耦算法(BX版本)

4—高斯-賽德爾法2PF_TOLle?8每一個單元（節(jié)點(diǎn)）的有功和無功最大的允許偏差3PF_MAX_IT10牛頓法的最大迭代次數(shù)4PF_MAX_IT_FD30快速解耦算法的最大迭代次數(shù)表4-1MATPOWER選項向量中有關(guān)潮流計算的選項功能描述5PF_MAX_IT_GS1000高斯?賽德爾法的最大迭代次數(shù)6ENFORCE_Q_LIMS0機(jī)組電壓無功控制限制［0或者1］7PF_DC0采用直流潮流模型

0—使用交流模型，采用交流算法選項

1—使用直流模型，忽略交流算法選項表4-2MATPOWER選項向量中有關(guān)潮流計算輸出結(jié)果的選項功能描述序號變量名默認(rèn)值功能描述31VERBOSE1打印進(jìn)程信息的數(shù)量

0—不打印進(jìn)程信息

1—打印少量進(jìn)程信息

2—打印大量進(jìn)程信息

3—打印所有進(jìn)程信息32OUT_ALL-1結(jié)果的打印控制

-1—用分散的標(biāo)志來控制哪些需要輸出

0—不打印任何內(nèi)容

1—打印所有內(nèi)容表4-2MATPOWER選項向量中有關(guān)潮流計算輸出結(jié)果的選項功能描述33OUT_SYS_SUM1打印系統(tǒng)概要信息［0或者1］34OUT_AREA_SUM0打印區(qū)域概要信息［0或者1］35OUT_BUS1打印母線細(xì)節(jié)信息［0或者1］36OUT_BRANCH1打印支路細(xì)節(jié)信息［0或者1］37OUT_GEN0打印機(jī)組細(xì)節(jié)信息［0或者1］表4-3迭代過程中的各節(jié)點(diǎn)電壓變化情況迭代次數(shù)10．966430-0．0334821．1053820．3607041．058813-0．0690001．050000．43570420．875129-0．0766191．0793520．3141471．037934-0．0740621．050000．38381730．862445-0．0832281．0779370．3116111．036437-0．0747201．050000．38124540．862150-0．0834001．0779160．3116021．036410-0．0747331．050000．38123750．862150-0．0834001．0779160．3116021．036410-0．0747331．050000．381237表4-4迭代過程中的各節(jié)點(diǎn)功率誤差變化情況迭代次數(shù)ΔΔΔΔΔΔΔ1-0．0037360．356758-0．1261961．538092-0．2250220．5750120．52173020．0160220．0391300．0020590．040847-0．0126100．0215710．00914836．301e-47．786e-4-2．060e-44．184e-5-2．082e-41．520e-43．37e-644．555e-54．210e-5-2．138e-58．417e-9-1．220e-57．276e-6-1．84e-951．829e-131．479e-13-9．681e-145．551e-15-4．662e-143．819e-133．552e-144.2.1電力系統(tǒng)元件的模型選擇

4.2.2模型參數(shù)的計算及設(shè)置

4.2.3計算結(jié)果及比較4.2.1電力系統(tǒng)元件的模型選擇1.發(fā)電機(jī)模型

2.變壓器模型

3.線路模型

4.負(fù)荷模型

5.母線模型圖4-24.2.2模型參數(shù)的計算及設(shè)置1.發(fā)電機(jī)模型參數(shù)設(shè)置

2.變壓器模型參數(shù)設(shè)置

3.線路模型參數(shù)計算及設(shè)置

4.負(fù)荷模型參數(shù)設(shè)置

5.綜合參數(shù)設(shè)置圖4-3變壓器T1的參數(shù)設(shè)置圖4-4線路L1的參數(shù)設(shè)置圖4-5負(fù)荷Load1的參數(shù)設(shè)置表4-5潮流計算結(jié)果比較表節(jié)點(diǎn)號電壓幅值（p.u.）電壓角度/°PowerguiMATPOWER差值%PowerguiMATPOWER差值%10．87120．8621．067-4．73-4．779-1．02521．0791．0780．09317．2117．854-3．60731．0391．0360．289-4．23-4．282-1．21441．051．05021．1721．843-3．08151．051．050000圖4-6潮流計算的結(jié)果圖4-7穩(wěn)態(tài)電壓電流分析第5章MATLAB在電力系統(tǒng)故障分析中的仿真實(shí)例5.1無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路仿真

5.2同步發(fā)電機(jī)突然短路的暫態(tài)過程仿真

5.3小電流接地系統(tǒng)單相故障5.1無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路仿真5.1.1無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程

5.1.2無窮大功率電源供電系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建

5.1.3仿真結(jié)果及分析圖5-1無窮大功率電源供電的三相電路突然短路5.1.2無窮大功率電源供電系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建1)PhaseAFault、PhaseBFault和PhaseCFault用來選擇短路故障相。

2)Faultresistances用來設(shè)置短路點(diǎn)的電阻，此值不能為零。

3)GroundFault選項用來選擇短路故障是否為短路接地故障。

4)Groundresistances當(dāng)故障類型是短路接地故障時顯示該項，用來設(shè)置接地故障時的大地電阻。

5)Externalcontroloffaulttiming可以添加控制信號來控制該模塊故障的啟動和停止。6)Transitionstatus和Transitiontimes用來設(shè)置轉(zhuǎn)換狀態(tài)和轉(zhuǎn)換時間；其中,Transitionstatus表示故障開關(guān)的狀態(tài)，通常用“1”表示閉合，“0”表示斷開；Transitiontimes表示故障開關(guān)的動作時間；并且每個選項都有兩個數(shù)值，而且它們是一一對應(yīng)的。

7)Snubbersresistance和snubbersCapacitance用來設(shè)置并聯(lián)緩沖電路中的過渡電阻和過渡電容。

8)Measurements用來選擇測量量。圖5-2無窮大功率電源供電系統(tǒng)圖5-3無窮大功率電源供電系統(tǒng)的Simulink仿真圖表5-1圖5-3仿真電路中各模塊名稱及提取路徑模塊名提取路徑無窮大功率電源10000MV·A,110kVSourceSimPowerSystems/EletricalSources三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊5MWSimPowerSystems/Elements串聯(lián)RLC支路Three?PhaseParallelRLCBranchSimPowerSystems/Elements雙繞組變壓器模塊Three?PhaseTransformer(TwoWindings)SimPowerSystems/Elements三相故障模塊Three?PhaseFaultSimPowerSystems/Elements三相電壓電流測量模塊Three?PhaseV?IMeasurementSimPowerSystems/Measurements示波器模塊ScopeSimulink/Sinks電力系統(tǒng)圖形用戶截面PowerguiSimPowerSystems圖5-4電源模塊的參數(shù)設(shè)置圖5-5采用有名值時變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置圖5-6采用標(biāo)幺值時變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置圖5-7輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置圖5-8三相電壓電流測量模塊圖5-9三相線路故障模塊參數(shù)設(shè)置5.1.3仿真結(jié)果及分析圖5-10變壓器低壓側(cè)三相短路電流波形圖圖5-11示波器模塊的“Datahistory”欄設(shè)置方式5.2同步發(fā)電機(jī)突然短路的暫態(tài)過程仿真5.2.1同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過程簡介

5.2.2同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過程的數(shù)值計算與仿真方法1.同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過程的數(shù)值計算①首先計算各衰減時間常數(shù)。根據(jù)參考文獻(xiàn)［7,9］可得

②利用MATLAB對式(5-8)進(jìn)行數(shù)值計算并繪圖的m文件程序清單如下：圖5-12發(fā)電機(jī)端突然發(fā)生三相短路時的a相定子電流波形圖圖5-13發(fā)電機(jī)端突然發(fā)生三相短路的Simulink仿真模型圖5-14同步發(fā)電機(jī)模塊的參數(shù)設(shè)置圖5-15升壓變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置圖5-16利用Powergui模塊的潮流計算和電機(jī)初始化窗口計算初始參數(shù)圖5-17發(fā)電機(jī)端突然三相短路時的定子電流仿真波形圖圖5-18發(fā)電機(jī)端突然三相短路時、以及的電流仿真波形圖圖5-19發(fā)電機(jī)端突然兩相短路時的三相定子電流仿真波形圖5.3小電流接地系統(tǒng)單相故障5.3.1小電流接地系統(tǒng)單相故障特點(diǎn)簡介

5.3.2小電流接地系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建

5.3.3仿真結(jié)果及分析5.3.1小電流接地系統(tǒng)單相故障特點(diǎn)簡介1)在發(fā)生單相接地時，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。

2)在非故障的元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對地電容電流，電容電流的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流向線路。

3)在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和，數(shù)值一般較大，電容電流的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線。圖5-20中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)圖5-21中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)5.3.2小電流接地系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建1.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的仿真模型及計算

2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型及計算圖5-2210kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)仿真模型圖5-23Line1的參數(shù)設(shè)置圖5-24Load1參數(shù)設(shè)置圖5-25三相電壓電流測量模塊的參數(shù)設(shè)置圖5-26故障模塊的參數(shù)設(shè)置圖5-27系統(tǒng)的零序電壓3及每

線路始端零序電流3的獲取方法圖5-28故障點(diǎn)的接地電流獲取方法

圖5-29中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型圖5-30消弧線圈的參數(shù)設(shè)置5.3.3仿真結(jié)果及分析1.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果及分析

2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果及分析圖5-31系統(tǒng)三相對地電壓和線電壓的波形圖圖5-32中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)零序電壓3、

零序電流3，故障點(diǎn)的接地電流波形圖圖5-33采用“三相序分量模塊”獲得零序分量圖5-34故障線路零序電流的幅值和相位圖5-35中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的零序電壓3、

零序電流3、消弧線圈電流、故障點(diǎn)的接地電流波形圖第6章MATLAB在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用實(shí)例6.1簡單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性仿真分析

6.2簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性仿真分析

6.1簡單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性仿真分析6.1.1電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性簡介

6.1.2簡單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性計算與仿真6.1.1電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性簡介1.正常運(yùn)行

2.故障階段

3.故障及時切除

4.故障切除過晚6.1.1電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性簡介圖6-1簡單電力系統(tǒng)及其等值電路

a)正常運(yùn)行方式及其等值電路b)故障情況及其等值電路c)故障切除后及其等值電路圖6-2簡單系統(tǒng)正常運(yùn)行、故障

及故障切除后的功率特性圖6-3振蕩過程圖6-4故障切除過晚的情形圖6-5失步過程6.1.2簡單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性計算與仿真1.網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)計算(詳細(xì)的計算過程見參考文獻(xiàn)［7］例16-1，16-2，17-1)

2.系統(tǒng)轉(zhuǎn)移電抗和功率特性計算

3.系統(tǒng)極限切除角計算

4.發(fā)電機(jī)搖擺曲線δ-t計算

5.Simulink模型及仿真結(jié)果圖6-6單機(jī)無窮大系統(tǒng)圖圖6-7序網(wǎng)及短路時的等值電路圖

a)負(fù)序網(wǎng)絡(luò)b)零序網(wǎng)絡(luò)c)短路時的等值電路圖6-8系統(tǒng)故障期間的δ-t曲線圖6-9故障切除后系統(tǒng)的δ-t曲線圖6-10圖6-11無窮大系統(tǒng)電源模塊的參數(shù)設(shè)置圖6-12線路L1的參數(shù)設(shè)置圖6-13斷路器模塊B1、B2的參數(shù)設(shè)置圖6-14故障0.1s后切除線路，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線圖圖6-15故障0.55s后切除線路，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線圖6.2簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性仿真分析6.2.1電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性簡介

6.2.2簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性計算圖6-16靜態(tài)穩(wěn)定的概念圖6-17小干擾后功角的變化

a)在a點(diǎn)運(yùn)行b)在b點(diǎn)運(yùn)行6.2.2簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性計算1.網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)計算

2.穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)計算2.穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)計算1)當(dāng)發(fā)電機(jī)裝設(shè)自動勵磁調(diào)節(jié)器時，電勢E′q=E′q0=常數(shù)，其值為

2)當(dāng)勵磁調(diào)節(jié)器的綜合放大系數(shù)為Ka=10時，已超過了保持電勢E′q=E′q0=常數(shù)所要求的值，則發(fā)電機(jī)的電勢Eq為6.2.3簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性仿真1.Simulink模型構(gòu)建及參數(shù)設(shè)置

2.保持電勢E′q=E′q0=常數(shù)，勵磁系統(tǒng)的綜合放大系數(shù)為5.7857時的仿真分析

3.改變勵磁系統(tǒng)綜合放大系數(shù)的仿真分析圖6-18圖6-19發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖6-20小干擾信號的模塊組合圖6-21同步發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置圖6-22發(fā)電機(jī)有功功率為0.7376pu階躍為0.6pu時發(fā)電機(jī)功角、轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線圖6-23發(fā)電機(jī)有功功率為0.7376pu階躍為0.67pu時發(fā)電機(jī)功角轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線圖6-24發(fā)電機(jī)有功功率為0.7376pu階躍為0.75pu發(fā)電機(jī)功角、轉(zhuǎn)速隨時間變化的曲線圖6-25發(fā)電機(jī)有功功率為0.7376pu、階躍為0.54pu時發(fā)電機(jī)功角、轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線圖6-26發(fā)電機(jī)有功功率為0.7376pu階躍為0.55pu時發(fā)電機(jī)功角、轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線第7章MATLAB在微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用實(shí)例7.1簡單數(shù)字濾波器的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法

7.2微機(jī)繼電保護(hù)算法的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法

7.3輸電線路距離保護(hù)的建模與仿真

7.4Simulink在變壓器微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用舉例

7.5輸電線路故障行波仿真舉例7.1簡單數(shù)字濾波器的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法7.1.1減法濾波器(差分濾波器)簡介

7.1.2減法濾波器設(shè)計分析舉例7.1.1減法濾波器(差分濾波器)簡介圖7-1減法濾波器幅頻特性圖7-2濾波器的幅頻特性圖7-3濾波效果的仿真波形7.2微機(jī)繼電保護(hù)算法的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法7.2.1基于正弦函數(shù)模型的微機(jī)繼電保護(hù)算法

7.2.2全波傅里葉算法7.2.1基于正弦函數(shù)模型的微機(jī)繼電保護(hù)算法1.兩點(diǎn)乘積算法簡介

2.兩點(diǎn)乘積法計算舉例1.兩點(diǎn)乘積算法簡介圖7-4兩點(diǎn)乘積算法采樣示意圖圖7-?5例7-2電路圖圖7-6利用兩點(diǎn)乘積法計算得到的輸入信號有效值、相位差及電路的電阻、電抗7.2.2全波傅里葉算法1.全波傅里葉算法簡介

2.全波傅里葉算法的頻率特性分析

3.利用全波傅里葉算法計算信號幅值的算例1.全波傅里葉算法簡介圖7-7在不同初相角情況下全波傅里葉算法的幅頻特性圖7-8利用全波傅里葉算法計算輸入信號的幅值圖形7.3輸電線路距離保護(hù)的建模與仿真7.3.1方向阻抗繼電器的數(shù)學(xué)模型

7.3.2方向阻抗繼電器的仿真模型

7.3.3仿真結(jié)果7.3.1方向阻抗繼電器的數(shù)學(xué)模型1)用幅值比較方式分析圖7-9a，繼電器能夠起動(即測量阻抗ZJ位于圓內(nèi))的條件是

2)用相位比較方式分析圖7-9b，當(dāng)ZJ位于圓周上時，阻抗ZJ與(ZJ-Zset)之間的相位差為θ=90°；當(dāng)ZJ位于圓內(nèi)時，θ＞90°；當(dāng)ZJ位于圓外時，θ＜90°。

1)繼電器的測量阻抗正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離。

2)繼電器的測量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān)，也就是保護(hù)范圍不隨故障類型而變化。圖7-9方向阻抗繼電器的特性

a)幅值比較方式分析b)相位比較方式分析表7-1阻抗繼電器采用不同接線方式時，接入的電壓和電流關(guān)系7.3.2方向阻抗繼電器的仿真模型1.電力系統(tǒng)Simulink仿真模型

2.“0°接線”的方向阻抗繼電器模塊構(gòu)造

3.“相電壓和具有K30補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€”的方向阻抗繼電器模塊構(gòu)造圖7-10方向阻抗繼電器仿真所用的電力系統(tǒng)接線圖7-11電力系統(tǒng)Simulink仿真模型圖7-12電源EM的參數(shù)設(shè)置圖7-13輸電線路的參數(shù)設(shè)置圖7-14三相電壓電流測量模塊UM的參數(shù)設(shè)置圖7-15采用“0°接線”的方向阻抗繼電器模塊圖7-16子系統(tǒng)“U_convert”的組成圖7-17設(shè)置整定阻抗界面圖7-18“0°接線”用相位比較方式構(gòu)成方向阻抗繼電器的模塊圖7-19采用“相電壓和具有K3補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€”的方向阻抗繼電器模塊圖7-20繼電器模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表7-2采用“0°接線”時的仿真計算結(jié)果表故障類型過渡電阻正方向出口故障近保護(hù)范圍末端故障保護(hù)范圍外部故障A相B相C相A相B相C相A相B相C相三相短路0-177．8-177．8-177．8-178．2-178．2-178．2-2-2-210-95．17-95．17-95．17-23．6-23．6-23．6-0．1-0．1-0．120-86．9-86．9-86．9-3．8-3．8-3．811．811．811．8AB相短路0-177．886．3-60．9-178．267．711．3-264．115．210-95．17121．1-28．8-23．663．116．1053．521．720-86．9129．3-12．35-3．853．921．211．844．926．9表7-2采用“0°接線”時的仿真計算結(jié)果表A相接地0121．338．8-104．860．738．822．557．833．82010175．638．8-64．251．238．819．942．233．82020-165．738．8-40．642．738．821．436．133．824．6表7-3采用“相電壓和具有K3補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€”時的仿真計算結(jié)果表故障類型過渡電阻正方向出口故障近保護(hù)范圍末端故障保護(hù)范圍外部故障A相B相C相A相B相C相A相B相C相三相短路0-177．9-177．9-177．9-178．9-178．9-178．9-1．0-1．0-1．010-97．8-97．8-97．8-28．9-28．9-28．9-8．9-8．9-8．920-88．7-88．7-88．7-10．0-10．0-10．03．13．13．1表7-3采用“相電壓和具有K3補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€”時的仿真計算結(jié)果表故障類型過渡電阻正方向出口故障近保護(hù)范圍末端故障保護(hù)范圍外部故障A相B相C相A相B相C相A相B相C相AB相短路0-91．277．735．0-19．3100．235．0-8．689．635．910-66．516235．1-9．285．835．00．343．63520-50．7-158．135．10．337．535．09．222．835．1A相接地0-174．6-35．050．1-148．324．546．2-8．4730．142．310-98．1-7．267．6-37．027．347．2-1232．741．820-92．17．274．4-18．73046．7-0．734．540．37.4Simulink在變壓器微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用舉例7.4.1變壓器仿真模型構(gòu)建

7.4.2變壓器空載合閘時勵磁涌流的仿真

7.4.3變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)、外故障時比率制動的仿真

7.4.4變壓器繞組內(nèi)部故障的簡單仿真圖7-21具有雙側(cè)電源的雙繞組變壓器電力系統(tǒng)圖7-22圖7-23電源EM的參數(shù)設(shè)置圖7-24變壓器T的參數(shù)設(shè)置圖7-25UM模塊的參數(shù)設(shè)置7.4.2變壓器空載合閘時勵磁涌流的仿真1