MATLABSimulink電力系統(tǒng)建模與仿真 課件 于群 第1-4章 MATLAB基礎(chǔ)知識- MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例

第1章MATLAB基本知識1.1MATLAB簡介1.1.1概述（1）MATLAB簡介1984年，CleveMoler和JohnLittle等人合作成立了Mathworks軟件公司，并將MATLAB正式推向市場。在三十多年來的發(fā)展和競爭中，MATLAB不斷推出新的版本。目前MATLAB已成為國際認(rèn)可的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件。第1章MATLAB基本知識（2）MATLAB簡介Simulink是MATLAB提供的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，是基于框圖的仿真平臺。Simulink與MATLAB是同步更新，不斷地推出新的版本。電力系統(tǒng)模塊庫（PowerSystemBlockset），該模塊庫主要由加拿大HydroQuebec和TECSIMInternational公司共同開發(fā)。第1章MATLAB基本知識1.1.2MATLAB安裝與運(yùn)行1.MALAB對硬件和軟件的要求對于32位和64位的MATLAB及Simulink產(chǎn)品，可以安裝到下列操作平臺上：WindowsXPWindowsVistaWindows7RedHatEnterpriseLinux5MacOSX10.8第1章MATLAB基本知識當(dāng)前MATLAB對PC機(jī)系統(tǒng)的要求為：支持SSE2指令集的Intel或者AMD處理器；僅安裝MATLAB需要1GB的硬盤空間，典型安裝需要3~4GB；最小1GB的內(nèi)存空間，推薦2GB；2.安裝過程安裝前的設(shè)置（包括填寫安裝密鑰、選擇安裝類型及確定安裝目錄等）安裝MATLAB和相應(yīng)模塊激活MATLAB三個(gè)階段第1章MATLAB基本知識1.2MATLAB工作環(huán)境1.菜單和工具欄【File】菜單New：用于建立新的.m文件、圖形、模型和圖形用戶界面。Open：用于打開的.m文件、.fig文件、.mat文件、.mdl文件、.cdr文件等。CloseCommandWindow：關(guān)閉命令窗口。ImportData：用于向工作空間導(dǎo)入數(shù)據(jù)。SaveWorkplaceAs：將工作空間的變量存儲在某一文件中。Setpath：打開搜索路徑設(shè)置對話框。Preferences：打開環(huán)境設(shè)置對話框。第1章MATLAB基本知識“工具欄”中部分按鈕功能。：打開Simulink主窗口。：打開用戶界面設(shè)計(jì)窗口。：打開MATLAB的程序性能分析工具Profiler。：打開幫助系統(tǒng)。第1章MATLAB基本知識2.命令窗口MATLAB的命令窗口如圖所示，其中“>>”為運(yùn)算提示符，表示MATLAB處于準(zhǔn)備狀態(tài)。第1章MATLAB基本知識3.歷史命令窗口該窗口主要用于記錄所有執(zhí)行過的命令，在默認(rèn)設(shè)置下，該窗口會(huì)保留自安裝后所有使用過的命令的歷史記錄，并標(biāo)明使用時(shí)間。第1章MATLAB基本知識4.當(dāng)前工作目錄窗口在目錄窗口中可顯示或改變當(dāng)前目錄，還可以顯示當(dāng)前目錄下的文件，以及搜索功能與命令窗口類似，該窗口也可以成為一個(gè)獨(dú)立的窗口第1章MATLAB基本知識5.工作空間管理窗口在工作空間管理窗口中顯示當(dāng)前內(nèi)存中所有的MATLAB變量的變量名、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、字節(jié)數(shù)以及類型等信息，不同的變量類型分別對相應(yīng)不同的變量名圖標(biāo)第1章MATLAB基本知識1.3MATLAB的通用命令1.常用命令第1章MATLAB基本知識2.輸入內(nèi)容的編輯第1章MATLAB基本知識3.標(biāo)點(diǎn)在MATLAB語言中，一些標(biāo)點(diǎn)符號也被賦予了特殊的意義，或代表一定的運(yùn)算第1章MATLAB基本知識1.4MATLAB的計(jì)算基礎(chǔ)MATLAB的計(jì)算主要是數(shù)組和矩陣的計(jì)算，并且定義的數(shù)值元素是復(fù)數(shù)，這是MATLAB的重要特點(diǎn)。1.4.1MATLAB的預(yù)定義變量MATLAB中有很多預(yù)定義變量，這些變量都是在MATLAB啟動(dòng)后就已經(jīng)定義好的，它們都具有特定的意義。如表1-4所示。第1章MATLAB基本知識1.4.2常用運(yùn)算和基本數(shù)學(xué)函數(shù)MATLAB中常用的運(yùn)算符號第1章MATLAB基本知識MATLAB中的關(guān)系運(yùn)算符號關(guān)系運(yùn)算是指兩個(gè)元素之間的比較，關(guān)系運(yùn)算的結(jié)果只能是0或1。第1章MATLAB基本知識MATLAB中的邏輯運(yùn)算邏輯量只有0（假）和1（真）兩個(gè)值MATLAB的函數(shù)極為豐富，一些最簡單最常用的數(shù)學(xué)函數(shù)見表1-8第1章MATLAB基本知識1.4.3數(shù)值的輸出格式在MATLAB中，數(shù)值的屏幕輸出通常以不帶小數(shù)的整數(shù)格式或帶4位小數(shù)的浮點(diǎn)格式輸出結(jié)果。如果輸出結(jié)果中所有數(shù)值都是整數(shù)，則以整數(shù)格式輸出；如果結(jié)果中有一個(gè)或多個(gè)元素是非整數(shù)，則以浮點(diǎn)數(shù)格式輸出結(jié)果。MATLAB中，數(shù)值的默認(rèn)存儲類型是雙精度浮點(diǎn)類型，存儲位寬為64位，在運(yùn)行中MATLAB總是以所能達(dá)到的最高精度計(jì)算，輸出格式不會(huì)影響計(jì)算的精度。使用命令format可以改變屏幕輸出的格式，也可以通過命令窗口的下拉菜單來改變。有關(guān)format命令格式及其他有關(guān)的屏幕輸出命令見表1-9。第1章MATLAB基本知識1.5基本賦值和運(yùn)算利用MATLAB可以做任何簡單運(yùn)算和復(fù)雜運(yùn)算，可以直接進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，也可以利用MTALAB定義的函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算；可以進(jìn)行向量運(yùn)算，也可以進(jìn)行矩陣或張量運(yùn)算。這里只介紹最簡單的算術(shù)運(yùn)算、基本的賦值與運(yùn)算。1.簡單數(shù)學(xué)計(jì)算2.簡單賦值運(yùn)算3.向量或矩陣的賦值和運(yùn)算第1章MATLAB基本知識1.6MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)MATLAB是一種解釋性高級程序設(shè)計(jì)語言，對程序中的語言邊解釋邊執(zhí)行。MATLAB與其他高級語言一樣，是由順序、選擇和循環(huán)三種基本控制結(jié)構(gòu)組成MATLAB程序的基本結(jié)構(gòu)如下，即%程序說明清除命令定義變量逐行執(zhí)行的命令

......循環(huán)和轉(zhuǎn)移

逐行執(zhí)行的命令......end逐行執(zhí)行的命令......第1章MATLAB基本知識1．順序語句順序語句就是依次順序執(zhí)行程序的各條語句，這種語句不需要任何特殊的流程控制。示例代碼如下：%定義變量tt=0:0.1:4*pi;%定義變量yy=sin(t);%使用缺省設(shè)置進(jìn)行作圖，以t為橫軸，y為縱軸plot(t,y)第1章MATLAB基本知識2．條件語句條件語句就是程序判定所給的條件是否滿足，根據(jù)判定的結(jié)果（真或假）來執(zhí)行不同的操作。在MATLAB中有if-else-end和switch-case-otherwise兩種條件語句。（1）if-else-end語句最簡單的if-else-end結(jié)構(gòu)如下：ifexpressionstatementsend第1章MATLAB基本知識當(dāng)希望在expression為真和假兩種條件下執(zhí)行不同的操作時(shí)，可使用如下語法結(jié)構(gòu)：ifexpression statements1else statements2end第1章MATLAB基本知識該語句與C語言中的選擇語句的功能是相同的，它通常用于條件較多而且較單一的情況，類似于一個(gè)數(shù)控的多路開關(guān)。其語法結(jié)構(gòu)如下：switchexpression casevalue1 statements1 casevalue2 statements2…… otherwise statementsend第1章MATLAB基本知識3．循環(huán)語句循環(huán)語句一般用于有規(guī)律的重復(fù)計(jì)算。被重復(fù)執(zhí)行的語句稱為循環(huán)體，控制循環(huán)語句走向的語句稱為循環(huán)條件。MATLAB中有for循環(huán)和while循環(huán)兩種語句。（1）for循環(huán)for循環(huán)的一般格式如下：forvariable=expression statementsend第1章MATLAB基本知識（2）while循環(huán)while循環(huán)的一般格式如下：whileexpression statementsend第1章MATLAB基本知識1.7MATLAB的繪圖功能MATLAB在數(shù)據(jù)的可視化方面提供了很強(qiáng)大的功能，它可以把數(shù)據(jù)以多種形式加以表現(xiàn)。1.基本形式MATLAB最基本的繪制線性平面圖形的函數(shù)為plot（）對于不同的輸入?yún)?shù)，該函數(shù)有不同的形式可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。第1章MATLAB基本知識（1）plot（y）當(dāng)只有一個(gè)參數(shù)時(shí)，plot以該參數(shù)的值為縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)從1開始自動(dòng)賦值為向量[123…]或以其轉(zhuǎn)置向量，向量的方向和長度與參數(shù)y相同。（2）plot（x,y）這是最常用的形式。x為橫坐標(biāo)向量，y為縱坐標(biāo)向量。（3）plot（x1,y1，x2,y2，…）用這種形式也可以在同一窗口繪制多條曲線，而且每條曲線的橫坐標(biāo)可以不同，每一組向量也可以有不同的長度。第1章MATLAB基本知識2.圖形修飾及文本標(biāo)注3.圖形控制4.特殊坐標(biāo)圖形第2章Simulink仿真入門2.1Simulink基本操作2.1.1運(yùn)行Simulink運(yùn)行Simulink的常用方法是：單擊MATLAB工具欄中的Simulink按鈕

；在MATLAB的命令窗口中直接輸入“simulink”命令。在MATLAB菜單上選擇File→New→Model。第2章Simulink仿真入門2.1.2Simulink模塊庫模塊庫的作用就是提供各種基本模塊，并將它們按應(yīng)用領(lǐng)域以及功能進(jìn)行分類管理以方便用戶查找。第2章Simulink仿真入門Simulink中的“常用模塊庫（CommonlyUsedBlock）”第2章Simulink仿真入門2.1.3Simulink模塊的操作模塊是建立Simulink模型的基本單元，因此用Simulink建模的過程，就可以簡單地理解為從模塊庫中選擇合適的模塊，然后將它們連接在一起，最后進(jìn)行仿真的過程。有關(guān)模塊的操作很多，這些操作都可以用菜單功能和鼠標(biāo)來完成。第2章Simulink仿真入門1.模塊的提取2.模塊的選擇和移動(dòng)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.模塊間的連線第2章Simulink仿真入門2.2運(yùn)行仿真及參數(shù)設(shè)置簡介2.2.1運(yùn)行仿真在Simulink中建立起系統(tǒng)模型框圖之后，就可以用Simulink對模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。運(yùn)行仿真有兩種方式：（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。第2章Simulink仿真入門2.2.2仿真參數(shù)設(shè)置簡介在進(jìn)行仿真前，如果不采用默認(rèn)設(shè)置，那么就必須對各種參數(shù)進(jìn)行配置?？梢酝ㄟ^模型窗口菜單中的Simulation→ConfigurationParameters命令打開設(shè)置仿真參數(shù)的對話框第2章Simulink仿真入門（1）Solver面板該面板主要用于設(shè)置仿真開始和結(jié)束時(shí)間，選擇解法器，并設(shè)置它的相關(guān)參數(shù)。第2章Simulink仿真入門（2）DataImport/Export面板該面板主要用于向MATLAB工作空間輸出模型仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，或從MATLAB工作空間讀數(shù)據(jù)到模型。第2章Simulink仿真入門（3）Optimization面板該面板用于設(shè)置各種選項(xiàng)來提高仿真性能和由模塊生成的代碼的性能。第2章Simulink仿真入門（4）Diagnostics面板該面板主要用于設(shè)置當(dāng)模塊在編譯和仿真遇到突發(fā)情況時(shí)，Simulink將采用哪種診斷動(dòng)作。第2章Simulink仿真入門（5）HardwareImplementation面板該面板主要用于定義硬件的特性（包括硬件支持的字長等）（6）ModelReferencing面板該面板主要用于生成目標(biāo)代碼、建立仿真以及定義當(dāng)此模型中包含其他模型或其他模型引用該模型時(shí)的一些選項(xiàng)參數(shù)值第2章Simulink仿真入門2.3創(chuàng)建模型的基本步驟及仿真算法簡介2.3.1創(chuàng)建模型的基本步驟利用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真來解決實(shí)際工程問題時(shí)，其一般步驟為：（1）畫出系統(tǒng)草圖。（2）啟動(dòng)Simulink模塊庫瀏覽器，新建一個(gè)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(gè)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。第2章Simulink仿真入門2.3.2仿真算法簡介Simulink求解常微分方程數(shù)值解的方法，分為可變步長類算法（Variable-step）和固定步長類算法兩大類。（1）可變步長類算法1）Ode45?；陲@式四/五階Rung-Kutla算法，它是一種單步解法，即只要知道前一步的解，就可以計(jì)算出當(dāng)前的解，不需要附加初始值。對大多數(shù)仿真模型來說，首先使用ode45來解算模型是最佳的選擇，所以在Simulink的算法選擇中將ode45設(shè)為默認(rèn)的算法。2）ode23?；陲@式二階/三階Rung-Kutta算法，它也是一種單步解法。在容許誤差和計(jì)算略帶剛性的問題方面，該算法比ode45要好。3）Ode113?？勺冸A數(shù)的Adams-Bashforth-MoultonPECE算法，odel13是一種多步算法，也就是需要知道前幾步的解，才能計(jì)算出當(dāng)前的解。在誤差要求很嚴(yán)時(shí)，odel13算法較ode45更適合。不能解剛性問題。第2章Simulink仿真入門4）Ode15s。一種可變階數(shù)的NumericalDifferentiationFormulas（NDFs）算法，它是一種多步算法，當(dāng)遇到帶剛性問題時(shí)或者使用ode45算法不行時(shí)，可以考慮這種算法。5）Ode23s。這是一種改進(jìn)的二階Rosenbrock算法。它是一種多步算法，在容許誤差較大時(shí)，ode23s比ode15s有效，所以在解算一類帶剛性的問題時(shí)用ode15s處理不行的話，可以用ode23s算法。6）Ode23t。一種采用自由內(nèi)插方法的梯形算法。如果模型有一定剛性，又要求解沒有數(shù)值衰減時(shí)，可以使用這種算法。7）Ode23tb。采用TR-BDF2算法，即在龍格-庫塔法的第一階段用梯形法，第二階段用二階的Gear算法。在容差比較大時(shí)，ode23tb和ode23t都比ode15s要好。可以解剛性問題。第2章Simulink仿真入門（2）固定步長類算法固定步長類算法，顧名思義，是在解算模型（方程）的過程中步長是固定不變的，在Simulink的算法中固定步長類算法有如下幾種:1）Ode5：是固定步長的ode45算法。2）Ode4：四階的龍格-庫塔法。3）Ode3：采用Bogacki-Shampine算法。4）Ode2：一種改進(jìn)的歐拉算法。5）ode1：歐拉算法第2章Simulink仿真入門2.4子系統(tǒng)及其封裝2.4.1創(chuàng)建子系統(tǒng)建立子系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）減少模型窗口中模塊的個(gè)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，還可以實(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(jì)方法，也可以采用自下而上的設(shè)計(jì)方法。第2章Simulink仿真入門在Simulink中創(chuàng)建子系統(tǒng)的方法有兩種：（1）通過子系統(tǒng)模塊來創(chuàng)建子系統(tǒng)：先向模型中添加Subsystem模塊，然后打開該模塊并向其中添加模塊；（2）組合已存在的模塊創(chuàng)建子系統(tǒng)第2章Simulink仿真入門2.4.2封裝子系統(tǒng)封裝可以使用戶創(chuàng)建的子系統(tǒng)表現(xiàn)得與Simulink提供的模塊一樣擁有自己的圖標(biāo)，并且用鼠標(biāo)左鍵雙擊模塊圖標(biāo)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)用戶自定義的“參數(shù)設(shè)置”對話框，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)對話框中設(shè)置子系統(tǒng)中所有模塊的參數(shù)。封裝子系統(tǒng)可以為用戶帶來以下好處：（1）在設(shè)置子系統(tǒng)中各個(gè)模塊的參數(shù)時(shí)只通過一個(gè)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(gè)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)。第2章Simulink仿真入門封裝一個(gè)子系統(tǒng)一般需要進(jìn)行如下步驟：（1）選擇需要封裝的子系統(tǒng)。（2）選擇“Edit→MaskSubsystem”菜單，這時(shí)會(huì)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。第2章Simulink仿真入門封裝子系統(tǒng)舉例：同步發(fā)電機(jī)模塊及其組成的子系統(tǒng)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)數(shù)學(xué)模型3.1.1同步電機(jī)電氣部分模型在dq0坐標(biāo)系下，當(dāng)從發(fā)電機(jī)的定子側(cè)看進(jìn)去時(shí)，同步發(fā)電機(jī)等值電路如圖3-1所示。a）a）d軸等值電路

b）q軸等值電路第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹當(dāng)采用五階模型模擬同步發(fā)電機(jī)電氣部分時(shí)，其電壓方程如下：第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹磁鏈方程為：第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.1.2同步發(fā)電機(jī)機(jī)械部分?jǐn)?shù)學(xué)模型同步發(fā)電機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的方程為：第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.1.3基于電氣原理圖的同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型在MATLAB中，發(fā)電機(jī)模型位于SimPowerSystems工具箱下machines庫中。共有簡化的同步電機(jī)模型和詳細(xì)的同步電機(jī)模型兩大類。1.簡化同步電機(jī)模塊在簡化同步電機(jī)模型中，電機(jī)電氣部分采用忽略電樞反應(yīng)電感、勵(lì)磁繞組和阻尼繞組漏感，僅由理想電壓源串聯(lián)RL線路組成的電路模擬，其中R值和L值分別為電機(jī)的內(nèi)阻抗。這是一個(gè)只計(jì)及轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)的二階模型，同時(shí)忽略了暫態(tài)凸機(jī)效應(yīng)。a）標(biāo)幺制下的簡化同步電機(jī)模型

b）國際單位制下的簡化同步電機(jī)模型m端子為包含12個(gè)信號的矢量。在仿真庫中，可利用電機(jī)測量信號分離器對12個(gè)信號進(jìn)行分離。這些信號的組成如表3-1所示第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹圖3-3簡化同步電機(jī)模塊參數(shù)對話框圖3-3簡化同步電機(jī)模塊參數(shù)對話框第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹2.同步電機(jī)模塊在Simulink中同步電機(jī)模塊模擬了隱極或凸極同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型。它可通過機(jī)械功率的設(shè)置實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)或電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式時(shí)機(jī)械功率為正值、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式時(shí)機(jī)械功率為負(fù)值）。同步電機(jī)的電氣部分用式（3-1）~式（3-2）五階狀態(tài)方程表示，機(jī)械系統(tǒng)的模型與簡化模型相同。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹圖3-5標(biāo)幺制下的同步電機(jī)模塊參數(shù)對話框a）Configuration選項(xiàng)b）Parameter選項(xiàng)a）第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹圖3-5標(biāo)幺制下的同步電機(jī)模塊參數(shù)對話框c）Configuration選項(xiàng)d）Parameter選項(xiàng)第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.各類模塊的應(yīng)用比較簡化的同步電機(jī)模塊是只計(jì)及轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)的二階模型，由于其模型簡單，機(jī)網(wǎng)接口方便，因而在大規(guī)模電力系統(tǒng)分析中得到了廣泛的應(yīng)用。一般在研究遠(yuǎn)離擾動(dòng)發(fā)生地點(diǎn)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性時(shí)可由選此模型；在系統(tǒng)很大，而精度要求不高時(shí)，也優(yōu)先采用二階模型，以節(jié)省機(jī)時(shí)及人力。由于簡化同步電機(jī)模塊認(rèn)為勵(lì)磁系統(tǒng)足夠強(qiáng)，并能在暫態(tài)過程中維持暫態(tài)電勢恒定。對于快速響應(yīng)、高頂值倍數(shù)的勵(lì)磁系統(tǒng)，若發(fā)電機(jī)采用二階模型，暫態(tài)穩(wěn)定分析結(jié)果往往偏保守；相反，對于慢響應(yīng)、低頂值倍數(shù)的勵(lì)磁系統(tǒng)，采用二階模型結(jié)果可能偏樂觀。在基本同步電機(jī)模塊中，忽略了定子繞組暫態(tài)，但考慮了勵(lì)磁繞組、阻尼繞組的動(dòng)態(tài)特性。常常用于可忽略轉(zhuǎn)子繞組超瞬變過程但又考慮轉(zhuǎn)子繞組瞬變過程的問題分析。在標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊中，它忽略了定子繞組暫態(tài)，但考慮了勵(lì)磁繞組、阻尼繞組的暫態(tài)和轉(zhuǎn)子繞組動(dòng)態(tài)特性，并考慮了電機(jī)的凸極效應(yīng)。因此，它可用于對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的精度要求較高的情況。a）第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.2變壓器數(shù)學(xué)模型3.2.1變壓器數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)中的變壓器大多數(shù)做成三相，容量大的也有做成單相的，但是使用時(shí)總是結(jié)成三相變壓器，包括雙繞組和三繞組變壓器。圖3-9變壓器的單相等值電路a）雙繞組變壓器b）三繞組變壓器第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.2.2基于電氣原理圖的變壓器數(shù)學(xué)模型在SimPowerSystem庫中，提供的三相雙繞組和三相三繞組變壓器模塊如圖所示。a）

第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹變壓器模塊的端子ABC、abc分別為變壓器三個(gè)繞組的端子。變壓器繞組的連接方式有：Y型連接：3個(gè)電氣連接端口（A、B、C或a、b、c）；Yn型連接：4個(gè)電氣連接端口（A、B、C、N或a、b、c、n），繞組中線可見；Yg型連接：3個(gè)電氣連接端口（A、B、C或a、b、c），模塊內(nèi)部繞組接地；Δ（D1）型連接：3個(gè)電氣連接端口（A、B、C或a、b、c），Δ繞組滯后Y30°；Δ（D11）型連接：3個(gè)電氣連接端口（A、B、C或a、b、c），Δ繞組超前Y30°。a）第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹a）第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹四種典型連接方式的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)，分別為Yg-Y、Δ-Yg、Δ-Δ和Y-Δ型連接變壓器。

第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹三相雙繞組變壓器模塊的參數(shù)對話框如圖3-12所示。在參數(shù)對話框中有如下參數(shù)：Units（單位）：變壓器參數(shù)的單位可選擇有名值（SI）或標(biāo)幺值（pu）。Nominalpowerandfrequency（額定功率和額定頻率）：變壓器的額定功率（VA）和額定頻率（Hz）。Winding1(ABC)connection（一次繞組連接方式）：一次繞組的連接方式選擇。Windingparameters（一次繞組的參數(shù)）：一次繞組的線電壓有效值（V）、電阻（pu）和漏抗（pu）。Winding2(abc)connection（二次繞組的連接）：二次繞組的連接方式選擇。Windingparameters（二次繞組的參數(shù)）：二次繞組的線電壓有效值（V）、電阻（pu）和漏抗（pu）。Saturablecore（鐵芯的飽和狀態(tài)）：若選擇該項(xiàng)，則模擬飽和狀態(tài)的變壓器。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹MagnetizationresistanceRm（勵(lì)磁鐵芯電阻）：反映變壓器鐵芯損耗的勵(lì)磁電阻（pu）。MagnetizationreactanceLm（勵(lì)磁鐵芯電感）：變壓器的勵(lì)磁電感（pu）。若變壓器鐵芯選擇飽和狀態(tài)，則該參數(shù)為零。若變壓器鐵芯飽和狀態(tài)不被選中，則需要輸入該參數(shù)；Saturationcharacteristic（飽和特性）：只有選中變壓器鐵芯飽和狀態(tài)時(shí)才顯示這個(gè)參數(shù)，它是包含電流/磁鏈的序列值。Specifyinitialfluxes（磁鏈初始值）：若選中該項(xiàng)，則磁鏈初始值參數(shù)用[phi0Aphi0Bphi0C]表示。[phi0Aphi0Bphi0C]：只有選中變壓器初始磁鏈和飽和鐵芯參數(shù)后才顯示這項(xiàng)，給定變壓器每相磁鏈的初始值。Measurements（測量）：通過選擇三相變壓器繞組的電壓、電流、磁鏈等變量就可以進(jìn)行對應(yīng)的測量。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.3輸電線路模型3.3.1輸電線路的等效電路假設(shè)在三相平衡的情況下，線路參數(shù)

分別為考慮三相線路之間以及三相線路與地之間相互耦合的電感和電容之間的正序、零序參數(shù)。若輸電線路的參數(shù)

沿線均勻分布，利用三相“Π”型集中參數(shù)等值電路可模擬一個(gè)平衡的三相輸電線路a）圖3-14輸電線路的單“Π”型等值電路圖3-15長線的多個(gè)“Π”型等值電路第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.3.2基于電氣原理圖的輸電線路數(shù)學(xué)模型在SimPowerSystems庫中，提供了輸電線路的模型有“Π”型等值模塊和分布參數(shù)等值模塊。1.“Π”型等值模塊輸電線路的“Π”型等值模塊包括單相“Π”型等值電路模塊（Single-phaseLine）和三相“Π”型等值電路模塊（Three-phaseLine）。兩種模型模塊的示意圖如圖3-16所示

圖3-16輸電線路“Π”型線路模塊示意圖

a）單相等值電路模塊b）三相等值電路模塊第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹a）第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹2.分布參數(shù)等值電路分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)如圖所示.a）單相分布參數(shù)線路模型圖標(biāo)b）三相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)c）多相分布參數(shù)線路模型圖標(biāo)第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.4負(fù)荷模型電力系統(tǒng)中的負(fù)荷模型通常分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，其中，靜態(tài)模型表示電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下負(fù)荷功率與電壓和頻率的關(guān)系，動(dòng)態(tài)模型表示電壓和頻率急劇變化時(shí)負(fù)荷功率隨時(shí)間的變化。最常用的綜合負(fù)荷等值電路有：含源等值阻抗（導(dǎo)納）支路、恒定阻抗（導(dǎo)納）支路、異步電動(dòng)機(jī)等值電路以及這些電路的不同組合。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.4.1負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型1.負(fù)荷的靜態(tài)模型在電力系統(tǒng)分析中，在給定頻率時(shí)負(fù)荷阻抗為常數(shù)，負(fù)荷吸收的有功功率和無功功率與負(fù)荷的電壓平方成正比，因此可用恒阻抗支路模擬負(fù)荷。2.負(fù)荷的動(dòng)態(tài)模型三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊是對三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷的建模，其中有功功率和無功功率可以表示為正序電壓的函數(shù)或者直接受外部信號的控制。由于沒有考慮負(fù)序和零序電流，因此即使在不平衡負(fù)載電壓的情況下，其三相負(fù)荷電流也是平衡的。如果負(fù)荷的終端電壓低于設(shè)定的最小電壓，則負(fù)荷阻抗保持常數(shù)；當(dāng)負(fù)荷的終端電壓高于設(shè)定的最小電壓時(shí)，負(fù)荷的有功功率和無功功率的按下式變化：a）第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程如下：第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.4.2基于電氣原理圖的負(fù)荷模型1.靜態(tài)負(fù)荷模型模塊在SimPowerSystems庫中，利用R、L、C的串聯(lián)或并聯(lián)組合，提供了四個(gè)靜態(tài)負(fù)荷模型模塊：單相RLC并聯(lián)負(fù)荷（ParallelRLCLoad）、單相RLC串聯(lián)負(fù)荷（SeriesRLCLoad）模塊、三相RLC并聯(lián)負(fù)荷（Three-PhaseParallelRLCLoad）模塊、三相RLC串聯(lián)負(fù)荷（Three-PhaseSeriesRLCLoad）模塊，其圖標(biāo)如圖所示。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹三相RLC串聯(lián)負(fù)荷模塊的參數(shù)對話框如圖所示，該對話框有如下參數(shù)。Configuration（三相負(fù)荷的連接方式）：三相負(fù)荷的連接方式有：中性點(diǎn)接地的Y形連接、中性點(diǎn)不接地的Y形連接、中性點(diǎn)通過其他設(shè)備的連接和三角形連接。Nominalphase-to-phasevoltageVn（額定線電壓）：負(fù)荷的額定線電壓。Nominalfrequencyfn（額定頻率）：負(fù)荷的額定頻率。ActivepowerP（有功功率）：負(fù)荷的有功功率。InductivereactivepowerQL（感性無功功功率）：三相負(fù)荷的感性無功功率。CapacitivereactivepowerQc（容性無功功率）：三相負(fù)荷的容性無功功率。Measurements（測量）：選擇被測量后，利用萬用表就可以測出負(fù)荷兩端的電壓和通過負(fù)荷的電流。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹2.動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型模塊三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型模塊的參數(shù)對話框所示，該對話框有如下參數(shù)：NominalL-Lvoltageandfrequency（額定電壓和頻率）：指定負(fù)荷的額定電壓有效值和額定頻率。Activeandreactivepoweratinitialvoltage（初始電壓下的有功和無功功率）：指定初始電壓為

時(shí)的有功功率

（W）和無功功率

（var）。如果利用圖形讀者界面中的負(fù)荷潮流對動(dòng)態(tài)負(fù)荷進(jìn)行初始化并在穩(wěn)態(tài)情況下進(jìn)行仿真，這些參數(shù)將根據(jù)負(fù)荷的有功和無功功率的設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)更新。Initialpositive-sequencevoltageVo（正序電壓初始化）：指定負(fù)荷初始正序電壓的幅值和相角。如果利用圖形讀者界面中的負(fù)荷潮流對動(dòng)態(tài)負(fù)荷進(jìn)行初始化并在穩(wěn)態(tài)情況下進(jìn)行仿真，這兩個(gè)參數(shù)將根據(jù)潮流的計(jì)算值進(jìn)行自動(dòng)更新。ExternalcontrolofPQ（PQ外部控制）：當(dāng)這項(xiàng)被選中時(shí)，負(fù)荷的有功功率和無功功率可通過這兩個(gè)信號的外部Simulink矢量進(jìn)行定義。Parameters[npnq]（參數(shù)

）：指定定義負(fù)荷特性的參數(shù)

。Timeconstants[Tp1Tp2Tq1Tq2]（時(shí)間常數(shù)

、

）：指定控制負(fù)荷由共和無功功率動(dòng)態(tài)特性的時(shí)間常數(shù)。MinimumvoltageVmin（最小電壓）：指定動(dòng)態(tài)負(fù)荷初始狀態(tài)的最小電壓。當(dāng)負(fù)荷電壓低于此值時(shí)，負(fù)荷的阻抗為常數(shù)。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹異步電動(dòng)機(jī)模型模塊的參數(shù)對話框如圖3-27所示，該對話框有如下參數(shù)。Presetmodel（模型設(shè)置）：選擇系統(tǒng)設(shè)置的內(nèi)部模型時(shí)異步電機(jī)將自動(dòng)獲取各項(xiàng)參數(shù)，如果不想使用系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置模型，則選擇“NO”。Mechanicalinput（機(jī)械輸入）：可選擇施加于電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩也可以選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速作為Simulink仿真的輸入。Showdetailedparameters（顯示詳細(xì)參數(shù)）：點(diǎn)擊該復(fù)選框后可瀏覽并修改電機(jī)參數(shù)。Rotortype（轉(zhuǎn)子類型）：定義轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，分為繞線式和鼠籠式兩種。由于鼠籠式異步電機(jī)的輸出端直接在模塊內(nèi)短接，因此圖標(biāo)上不可見。Referenceframe（參考軸）：定義電動(dòng)機(jī)模塊的參考軸，決定將輸入電壓從abc系統(tǒng)變換到指定參考軸下，將輸出電流從指定參考軸下變換到abc系統(tǒng)。進(jìn)行變換時(shí)可選擇以下3種方式：Park變換（Rotor(Parktransformation)）：把電動(dòng)機(jī)參考軸變換到以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子參考軸。固定參考軸（Stationary）：通過Clarke或

變換把電動(dòng)機(jī)參考軸變換到固定的靜止的坐標(biāo)軸。同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸（Synchronous）：把電動(dòng)機(jī)參考軸變換到以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的參考軸。Nominalpower,L-Lvolt,andfreq.（額定參數(shù)）：給定電動(dòng)機(jī)的額定視在功率、線電壓有效值、額定頻率。Stator（定子參數(shù)）：給出電動(dòng)機(jī)定子電阻和漏抗。Rotor（轉(zhuǎn)子參數(shù)）：給出轉(zhuǎn)子電阻和漏抗。Mutualinductance（互感）：給出電動(dòng)機(jī)互感。Inertia,frictionfactor,andpairsofpoles（電動(dòng)機(jī)機(jī)械參數(shù)）：給出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼系數(shù)和極對數(shù)。Initialconditions（初始條件）：給定電動(dòng)機(jī)的初始轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子初始角、定子電流幅值和相角。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5電力圖形用戶分析界面（powergui）模塊powergui模塊（Powergraphicaluserinterface）是Simulink為電力系統(tǒng)仿真提供的圖形用戶分析界面。Powergui利用Simulink功能連接不同的電氣元件，是分析電力系統(tǒng)模型有效的圖形化用戶接口工具。（1）Powergui模塊可以顯示系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的電流和電壓及電路（電感電流和電容電壓）所有的狀態(tài)變量值。（2）為了執(zhí)行仿真，Powergui模塊允許修改初始狀態(tài)。（3）Powergui可以執(zhí)行負(fù)載潮流的計(jì)算，并且為了從穩(wěn)態(tài)時(shí)開始仿真可以初始化包括三相電機(jī)在內(nèi)的三相網(wǎng)絡(luò)，三相電機(jī)的類型為簡化的同步電機(jī)、同步電機(jī)或異步電機(jī)模塊。（4）當(dāng)電路中出現(xiàn)阻抗測量模塊時(shí)，Powergui也可以顯示阻抗隨頻率變化的波形。（5）如果用戶擁有控制工具箱，Powergui模塊可以產(chǎn)生用戶自己的系統(tǒng)的空間模塊，自動(dòng)打開LTI相對于時(shí)域和頻域的觀測器接口。（6）Powergui可以產(chǎn)生擴(kuò)展名為rep的結(jié)果報(bào)告文件，這個(gè)文件包含測量模塊、電源、非線性模塊等系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)值。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.1Powergui模塊主窗口介紹在SimPowerSystems庫中powergui模塊的圖標(biāo)如圖所示。雙擊Powergui模塊圖標(biāo)將彈出該模塊的主窗口，如圖3-28（b）所示。該主窗口包括仿真類型（Simulationtype）和分析工具（Analysistools）兩部分，第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.2穩(wěn)態(tài)電壓電流分析窗口第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹（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、電流相量的頻率。（4）狀態(tài)（States）：顯示電路中電容電壓和電感電流相量的穩(wěn)態(tài)值。（5）測量（Measurements）：顯示電路中測量模塊測量到的電壓、電流相量的穩(wěn)態(tài)值。（6）電源（Sources）：顯示電路中電源的電壓、電流相量的穩(wěn)態(tài)值。（7）非線性元件（Nonlinearelements）：顯示電路中非線性元件的電壓、電流相量的穩(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”是以科學(xué)計(jì)數(shù)法顯示5位有效數(shù)字；“最優(yōu)格式”時(shí)顯示4為有效數(shù)字并且在數(shù)值大于9999時(shí)以科學(xué)計(jì)數(shù)法表示；最后一個(gè)格式是直接顯示數(shù)值的大小，小數(shù)點(diǎn)后保留2為數(shù)字。（9）更新穩(wěn)態(tài)值（UpdateSteadyStateValues）：重新計(jì)算并顯示穩(wěn)態(tài)電壓、電流值。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.3初始狀態(tài)設(shè)置窗口第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹初始狀態(tài)設(shè)置窗口中的一些關(guān)鍵屬性參數(shù)的含義簡介如下。（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)（Setselectedstate）：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)（Forceinitialstates）：選擇從“穩(wěn)態(tài)”、“零初始狀態(tài)”或“模塊的設(shè)置”開始仿真。（4）加載狀態(tài)（Reloadstates）：選擇從“指定文件”中加在初始狀態(tài)或者以“當(dāng)前值”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。（6）分類（Sortvaluesby）：選擇初始狀態(tài)的顯示順序?！澳J(rèn)順序”是按照模塊在電路中的順序顯示初始值；“狀態(tài)序號”是按照狀態(tài)空間模型中狀態(tài)變量的序號來顯示初始值；“類型”是按照電容和電感來分類顯示初始值。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.4潮流計(jì)算和電機(jī)初始化窗口第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹“潮流計(jì)算和電機(jī)初始化”窗口中的一些關(guān)鍵屬性參數(shù)的含義簡介如下。（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(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊的名稱。選中該列表中的電機(jī)或負(fù)荷后，才能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。（3）節(jié)點(diǎn)類型（Bustype）：選擇節(jié)點(diǎn)類型。對于“PV節(jié)點(diǎn)”可以設(shè)置電機(jī)的端口電壓和有功功率；對于“PQ節(jié)點(diǎn)”可以設(shè)置節(jié)點(diǎn)的有功功率和無功功率；對于“平衡節(jié)點(diǎn)”可以設(shè)置端電壓的有效值和相角，同時(shí)需要估計(jì)有功功率值。如果選擇了非同步電機(jī)模塊，則僅需要輸入電機(jī)的機(jī)械功率；如果選擇了三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊，則需要設(shè)置該負(fù)荷的有功功率和無功功率。（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)，設(shè)置迭代開始時(shí)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)置成平衡節(jié)點(diǎn)時(shí)，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(dòng)”，使得迭代前系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷潮流初始狀態(tài)。如果選擇“從前一結(jié)果開始”，則負(fù)荷潮流的初始值為上次仿真結(jié)果。如果改變電路參數(shù)、電機(jī)的功率分布和電壓后負(fù)荷潮流不收斂，就可以選擇這個(gè)選項(xiàng)。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.5LTI視窗第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹“LTI視窗”窗口中的一些關(guān)鍵屬性參數(shù)的含義簡介如下。（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。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.6阻抗依頻特性測量視窗第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹“阻抗依頻特性測量視窗”窗口中的一些關(guān)鍵屬性參數(shù)的含義簡介如下。（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。使用<Ctrl>健可選擇多個(gè)阻抗顯示在同一坐標(biāo)中。（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。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹（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)（Savedatawhenupdata）：選中該復(fù)選框后，該復(fù)選框下面的“工作間變量名（WorkplaceVariablename）”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。復(fù)數(shù)阻抗和對應(yīng)的頻率保存在一起。其中頻率保存在第一列，阻抗保存在第二列。（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。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.7FFT分析窗口第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹FFT分析窗口中的一些關(guān)鍵屬性參數(shù)的含義簡介如下。（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(shí)間結(jié)構(gòu)變量的名稱。使用下拉菜單選擇要分析的結(jié)構(gòu)變量。這些結(jié)構(gòu)變量是在“示波器”模塊中設(shè)置的。（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(shí)間（Starttime）：指定FFT分析的起始時(shí)間。（6）周期個(gè)數(shù)（Numberofcycles）：指定需要進(jìn)行FFT分析的波形的周期數(shù)。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹（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(shí)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”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”、“以基頻或直流分量為基準(zhǔn)的列表”、“指定基準(zhǔn)值下的柱狀圖”和“指定基準(zhǔn)值下的列表”四種類型。（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(shí)，該文本框被激活，輸入諧波分析的基準(zhǔn)值。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.8報(bào)表生成窗口該窗口主要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)、初始狀態(tài)和電機(jī)負(fù)荷潮流的報(bào)表生成.第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.9磁滯特性設(shè)計(jì)工具窗口第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹“磁滯特性設(shè)計(jì)工具”窗口中的一些關(guān)鍵屬性參數(shù)的含義簡介如下。（1）“磁滯曲線”（Hysteresiscurveforfile）圖表：顯示設(shè)計(jì)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1象限和第4象限內(nèi)曲線的分段數(shù)目。左側(cè)曲線和右側(cè)曲線關(guān)于原點(diǎn)對稱。（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。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹（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1象限值。注意該電流向量的長度必須和“飽和區(qū)域磁通”的向量長度相同。（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1象限值。注意該電流向量的長度必須和“飽和區(qū)域電流”的向量長度相同。（10）“變壓器額定參數(shù)”（TransfoNominalParameters）：指定額定功率（單位：VA）、一次繞組的額定電壓值（單位：V）和額定頻率（單位：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。（12）“放大磁滯區(qū)域”（Zoomaroundhysteresis）：選中該復(fù)選框，可以對磁滯曲線進(jìn)行放大顯示。默認(rèn)設(shè)置為“可放大顯示”。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3.5.10計(jì)算RLC線路參數(shù)窗口第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹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(shí)，以厘米作為導(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(shí)，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。輸入0表示大地為理想導(dǎo)體。（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。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹2．線路幾何結(jié)構(gòu)子窗口（1）導(dǎo)線相數(shù)（Numberofphaseconductors（bundle））：設(shè)置線路的相數(shù)。（2）地線數(shù)目（Numberofgroundwires（bundle））：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）”共五個(gè)參數(shù)。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹3．導(dǎo)線特性子窗口（1）導(dǎo)線類型的個(gè)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。假如需要用到架空導(dǎo)線和接地導(dǎo)線，該文本框中就要填“2”。（2）導(dǎo)線內(nèi)電感計(jì)算方法（Conductorinternalinductanceevaluatedfrom）：選擇用“直徑/厚度”、“幾何平均半徑”或者“1英寸間距的電抗”進(jìn)行內(nèi)電感計(jì)算。（3）考慮導(dǎo)線集膚效應(yīng)（Includeconductorskineffect）：選中該復(fù)選框后，在計(jì)算導(dǎo)線交流電阻和電感時(shí)將考慮集膚效應(yīng)的影響。若未選中，電阻和電感均為常數(shù)。第3章電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹（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）”共八個(gè)參數(shù)。（5）計(jì)算RLC參數(shù)（ComputeRLCparameters）：點(diǎn)擊該鍵，將彈出RLC參數(shù)的計(jì)算結(jié)果窗口。（6）保存（Save）：點(diǎn)擊該鍵后，線路參數(shù)以及相關(guān)的GUI信息將以后綴為.mat被保存。（7）加載（Load）：點(diǎn)擊該按鍵后，將彈出窗口，選擇“典型線路參數(shù)”或“用戶定義的線路參數(shù)”將線路參數(shù)信息加載到當(dāng)前窗口。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例4.1MATPOWER軟件在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例MATPOWER[6]是一個(gè)用MATLAB的M文件編寫，用來解決電力潮流和優(yōu)化潮流的問題的軟件包。它是由美國康奈爾大學(xué)電力系統(tǒng)工程研究中心（PSERCofCornellUniversity）的RAYD.Zimmerman、CarlosE.Murillo-Sánchez和甘德強(qiáng)在RobertJ.Thomas的指導(dǎo)下開發(fā)出來的，本章介紹的是MATPOWER4.0。MATPOWER的特點(diǎn)是簡單、易懂而且代碼公開，這為電力系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和理解掌握潮流計(jì)算中的難點(diǎn)（如節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣、算法及迭代過程等）提供了一個(gè)開放，便捷的平臺。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例4.1.1MATPOWER的安裝MATPOWER軟件的安裝一般有以下三個(gè)步驟：1．到MATPOWER主頁（/mathpower/）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PATH路徑下。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例4.1.2MATPOWER的主要技術(shù)規(guī)則1．?dāng)?shù)據(jù)文件格式在進(jìn)行潮流計(jì)算之前，首先要將電網(wǎng)的各種參數(shù)（如基準(zhǔn)容量、母線、線路、發(fā)電機(jī)等）寫成MATPOWER所用的數(shù)據(jù)文件格式。所有數(shù)據(jù)文件均為MATLAB的M文件或者M(jìn)AT文件，MATPOWER4.0采用的數(shù)據(jù)文件格式有以下兩種：（1）version1格式。數(shù)據(jù)文件中的電網(wǎng)各種參數(shù)采用baseMVA、bus、branch、gen等變量來定義和返回。這是MATPOWER3.0及以前版本采用的數(shù)據(jù)文件格式，當(dāng)在MATPOWER4.0下調(diào)用此類文件格式時(shí)，系統(tǒng)可將其自動(dòng)轉(zhuǎn)換為“version2”格式。（2）version2格式。每一個(gè)電網(wǎng)用變量名為“mpc”的結(jié)構(gòu)體（structures）來定義，結(jié)構(gòu)體mpc的不同字段用baseMVA、bus、branch、gen等來定義和返回電網(wǎng)的具體參數(shù)。在這些字段中，除baseMVA是標(biāo)量外，其他的都是矩陣。矩陣的每一行都對應(yīng)于一個(gè)單一的母線，線路或者發(fā)電機(jī)組。列的數(shù)據(jù)類似于標(biāo)準(zhǔn)的IEEE和PTI列的數(shù)據(jù)格式。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例圖4-1所示的2機(jī)5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，按“version2”格式編寫成的數(shù)據(jù)文件case5_01.m的清單如下：functionmpc=case5_01%MATPOWERCaseFormat:Version2mpc.version='2';%%-----PowerFlowData-----%%%%systemMVAbasempc.baseMVA=100;

%%busdata%bus_itypePdQdGsBsareaVmVabaseKVzoneVmaxVminmpc.bus=[111608000110100 11.1 0.94;2120010000110100 11.1 0.94;3137013000110100 11.1 0.94;42000011.0500100 11.1 0.94;53000011.0500100 11.1 0.94;];

第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例%%generatordata%busPgQgQmaxQminVgmBasestatusPmaxPminmpc.gen=[4500099990-99991.05010016000;50099990-99991.05010016000;];

%%branchdata%fbustbusrxbrateArateBrateCratioanglestatusangminangmaxmpc.branch=[210.040.250.50000 01-360360;310.10.3500000 01-360360;320.080.30.50000 01-360360;350 0.0300001.0501-360360;240 0.01500001.0501-360360;];return;第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例結(jié)構(gòu)體mpc的不同字段的簡要說明如下：（1）字段baseMVA是一個(gè)標(biāo)量，用來設(shè)置基準(zhǔn)容量，如100MVA；（2）字段bus是一個(gè)矩陣，用來設(shè)置電網(wǎng)中各母線參數(shù)，矩陣的每一行都對應(yīng)于一個(gè)單一的母線，列的數(shù)據(jù)格式為：bus_i、type、Pd、Qd、Gs、Bs、area、Vm、Va、baseKV、zone、Vmax、Vmin。其中，bus_i用來設(shè)置母線編號（正整數(shù)）。type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。Pd和Qd用來設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功和無功功率。Gs、Bs用來設(shè)置與母線并聯(lián)電導(dǎo)和電納。baseKV用來設(shè)置該母線基準(zhǔn)電壓。Vm和Va用來設(shè)置母線電壓的幅值、相位初值。Vmax和Vmin用來設(shè)置工作時(shí)母線最高、最低電壓幅值。area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。第4章MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例（3）字段gen為一個(gè)矩陣，用來設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)（電源）參數(shù)。矩陣的每一行都對應(yīng)于一個(gè)單一的發(fā)電機(jī)（電源），列的數(shù)據(jù)格