电力系统的MATLAB仿真与应用.

第6章电力系统稳态与暂态仿真电力系统稳态与暂态仿真6.1Powergui模块6.2电力系统稳态仿真6.3电力系统电磁暂态仿真6.4电力系统机电暂态仿真习题第6章电力系统稳态与暂态仿真6.1Powergui模块Powergui模块为电力系统稳态与暂态仿真提供了有用的图形用户分析界面。通过Powergui模块，可以对系统进行可变步长连续系统仿真、定步长离散系统仿真和相量法仿真，并实现以下功能：(1)显示测量电压、测量电流和所有状态变量的稳态值；(2)改变仿真初始状态；(3)进行潮流计算并对包含三相电机的电路进行初始化设置；(4)显示阻抗的依频特性图；第6章电力系统稳态与暂态仿真(5)显示FFT分析结果；(6)生成状态—空间模型并打开“线性时不变系统”(LTI)时域和频域的视窗界面；(7)生成报表，该报表中包含测量模块、电源、非线性模块和电路状态变量的稳态值，并以后缀名.rep保存；(8)设计饱和变压器模块的磁滞特性。6.1.1主窗口功能简介MATLAB提供的Powergui模块在SimPowerSystems库中，图标如图6-1所示。第6章电力系统稳态与暂态仿真图6-1Powergui模块图标第6章电力系统稳态与暂态仿真双击Powergui模块图标将弹出该模块的主窗口，如图6-2所示。该主窗口包含“仿真类型”(SimulationType)和“分析工具”(AnalysisTools)两块内容，简介如下。1.仿真类型1)“相量法仿真”(Phasorsimulation)单选框点击该单选框后，在该单选框下方的“频率”(Frequency)文本框中输入指定的频率，进行相量法分析。若未选中该单选框，“频率”文本框显示为灰色。第6章电力系统稳态与暂态仿真图6-2Powergui模块主窗口第6章电力系统稳态与暂态仿真2)“离散系统仿真”(Discretizeelectricalmodel)单选框点击该单选框后，在“采样时间”(Sampletime)文本框中输入指定的采样时间(Ts0)，按指定的步长对离散化系统进行分析。若采样时间等于0，表示不对数据进行离散化处理，采用连续算法分析系统。若未选中该单选框，“采样时间”文本框显示为灰色。3)“连续系统仿真”(Continuous)单选框点击该单选框后，采用连续算法分析系统。4)“显示分析信息”(Showmessageduringanalysis)复选框选中该复选框后，命令窗口中将显示系统仿真过程中的相关信息。第6章电力系统稳态与暂态仿真2.分析工具1)“稳态电压电流分析”(Steady-StateVoltagesandCurrents)按键打开稳态电压电流分析窗口，显示模型文件的稳态电压和电流。2)“初始状态设置”(InitialStatesSetting)按键打开初始状态设置窗口，显示初始状态，并允许对模型的初始电压和电流进行更改。3)“潮流计算和电机初始化”(LoadFlowandMachineInitialization)按键打开潮流计算和电机初始化窗口。第6章电力系统稳态与暂态仿真4)“LTI视窗”(UseLTIViewer)按键打开窗口，使用“控制系统工具箱”(ControlSystemToolbox)的LTI视窗。5)“阻抗依频特性测量”(Impedancevs.FrequencyMeasurement)按键打开窗口，如果模型文件中含阻抗测量模块，该窗口中将显示阻抗依频特性图。6)“FFT分析”(FFTAnalysis)按键打开FFT分析窗口。7)“报表生成”(GenerateReport)按键打开窗口，产生稳态计算的报表。第6章电力系统稳态与暂态仿真8)“磁滞特性设计工具”(HysteresisDesignTool)按键打开窗口，对饱和变压器模块和三相变压器模块的铁芯进行磁滞特性设计。9)“计算RLC线路参数”(ComputeRLCLineParameters)按键打开窗口，通过导线型号和杆塔结构计算架空输电线的RLC参数。6.1.2稳态电压电流分析窗口打开“稳态电压电流分析”窗口如图6-3所示。该窗口中含有以下内容：第6章电力系统稳态与暂态仿真图6-3“稳态电压电流分析”窗口第6章电力系统稳态与暂态仿真(1)“稳态值”(Steadystatevalue)列表框：显示模型文件中指定的电压、电流稳态值。(2)“单位”(Units)下拉框：选择将显示的电压、电流值是“峰值”(Peak)还是“有效值”(RMS)。(3)“频率”(Frequency)下拉框：选择将显示的电压、电流相量的频率。该下拉框中列出模型文件中电源的所有频率。(4)“状态”(States)复选框：显示稳态下电容电压和电感电流的相量值。默认状态为不选。(5)“测量”(Measurements)复选框：显示稳态下测量模块测量到的电压、电流相量值。默认状态为选中。第6章电力系统稳态与暂态仿真(6)“电源”(Sources)复选框：显示稳态下电源的电压、电流相量值。默认状态为不选。(7)“非线性元件”(Nonlinearelements)复选框：显示稳态下非线性元件的电压、电流相量值。默认状态为不选。(8)“格式”(Format)下拉框：在下拉列表框中选择要观测的电压和电流的格式。“浮点格式”(floatingpoint)以科学计数法显示5位有效数字；“最优格式”(bestof)显示4位有效数字并且在数值大于9999时以科学计数法表示；最后一个格式直接显示数值大小，小数点后保留2位数字。默认格式为“浮点格式”。(9)“更新稳态值”(UpdateSteadyStateValues)按键：重新计算并显示稳态电压、电流值。第6章电力系统稳态与暂态仿真6.1.3初始状态设置窗口仿真时，常常希望仿真开始时系统处于稳态，或者仿真开始时系统处于某种初始状态，这时，就可以使用“初始状态设置”按键。打开“初始状态设置”窗口如图6-4所示。该窗口中含有以下内容：(1)“初始状态”(Initialstatevaluesforsimulation)列表框：显示模型文件中状态变量的名称和初始值。(2)“设置到指定状态”(Setselectedstate)文本框：对“初始状态”列表框中选中的状态变量进行初始值设置。(3)“设置所有状态量”(ResetallStates)：选择从“稳态”(ToSteadyState)或者“零初始状态”(ToZero)开始仿真。第6章电力系统稳态与暂态仿真(4)“加载状态”(ReloadStates)：选择从“指定的文件”(FromFile)中加载初始状态或直接以“当前值”(FromDiagram)作为初始状态开始仿真。第6章电力系统稳态与暂态仿真图6-4“初始状态设置”窗口第6章电力系统稳态与暂态仿真(5)“应用”(Apply)按键：用设置好的参数进行仿真。(6)“返回”(Revert)按键：返回到“初始状态设置”窗口打开时的原始状态。(7)“保存初始状态”(SaveInitialStates…)按键：将初始状态保存到指定的文件中。(8)“格式”(Format)下拉框：选择观测的电压和电流的格式。格式类型见6.1.2节。默认格式为“浮点格式”。(9)“分类”(Sortvaluesby)下拉框：选择初始状态值的显示顺序。“默认顺序”(Defaultorder)是按模块在电路中的顺序显示初始值；“状态序号”(Statenumber)是按状态空间模型中状态变量的序号来显示初始值；“类型”(Type)是按电容和电感来分类显示初始值。默认格式为“默认顺序”。第6章电力系统稳态与暂态仿真6.1.4潮流计算和电机初始化窗口打开“潮流计算和电机初始化”窗口如图6-5所示。该窗口中含有以下内容：(1)“电机潮流分布”(Machinesloadflow)列表框：显示“电机”(Machines)列表框中选中电机的潮流分布。(2)“电机”(Machines)列表框：显示简化同步电机、同步电机、非同步电机和三相动态负荷模块的名称。选中该列表框中的电机或负荷后，才能进行参数设置。第6章电力系统稳态与暂态仿真图6-5潮流计算和电机初始化窗口第6章电力系统稳态与暂态仿真(3)“节点类型”(Bustype)下拉框：选择节点类型。对于“PV节点”(P&VGenerator)，可以设置电机的端口电压和有功功率；对于“PQ节点”(P&QGenerator)，可以设置电机的有功和无功功率；对于“平衡节点”(SwingBus)，可以设置终端电压UAN的有效值和相角，同时需要对有功功率进行预估。如果选择了非同步电机模块，则仅需要输入电机的机械功率；如果选择了三相动态负荷模块，则需要设置该负荷消耗的有功和无功功率。(4)“终端电压UAB”(TerminalvoltageUAB)文本框：对选中电机的输出线电压进行设置(单位：V)。第6章电力系统稳态与暂态仿真(5)“有功功率”(Activepower)文本框：设置选中的电机或负荷的有功功率(单位：W)。(6)“预估的有功功率”(Activepowerguess)文本框：如果电机的节点类型为平衡节点的话，设置迭代起始时刻电机的有功功率。(7)“无功功率”(Reactivepower)文本框：设置选中的电机或负荷的无功功率(单位：var)。(8)“电压UAN的相角”(PhaseofUANvoltage)文本框：当电机的节点类型为平衡节点时，该文本框被激活。指定选中电机a相相电压的相角。第6章电力系统稳态与暂态仿真(9)“负荷频率”(Loadflowfrequency)下拉框：对潮流计算的频率进行设置，通常为60Hz或者50Hz。(10)“负荷潮流初始状态”(Loadflowinitialcondition)下拉框：常常选择默认设置“自动”(Auto)，使得迭代前系统自动调节负荷潮流初始状态。如果选择“从前一个结果开始”(Startfromprevioussolution)，则负荷潮流的初始值为上次仿真结果。如果改变电路参数、电机的功率分布和电压后负荷潮流不收敛，就可以选择这个选项。第6章电力系统稳态与暂态仿真(11)“更新电路和测量结果”(UpdateCircuit&Measurements)按键：更新电机列表，更新电压相量和电流相量，更新“电机潮流分布”列表框中的功率分布。其中的电机电流是最近一次潮流计算的结果。该电流值储存在电机模块的“初始状态参数”(Initialconditions)文本框中。(12)“更新潮流分布”(UpdateLoadFlow)按键：根据给定的参数进行潮流计算。第6章电力系统稳态与暂态仿真6.1.5LTI视窗打开“LTI视窗”窗口如图6-6所示。该窗口中含有以下内容：(1)“系统输入”(Systeminputs)列表框：列出电路状态空间模型中的输入变量，选择需要用到LTI视窗的输入变量。(2)“系统输出”(Systemoutputs)列表框：列出电路状态空间模型中的输出变量，选择需要用到LTI视窗的输出变量。(3)“打开新的LTI视窗”(OpenNewLTIViewer)按键：产生状态空间模型并打开选中的输入和输出变量的LTI视窗。(4)“打开当前LTI视窗”(OpenincurrentLTIViewer)按键：产生状态空间模型并将选中的输入和输出变量叠加到当前LTI视窗。第6章电力系统稳态与暂态仿真图6-6“LTI视窗”窗口第6章电力系统稳态与暂态仿真图6-7“阻抗依频特性测量”窗口6.1.6阻抗依频特性测量窗口打开“阻抗依频特性测量”窗口如图6-7所示。第6章电力系统稳态与暂态仿真该窗口中含有以下内容：(1)图表：窗口左上侧的坐标系表示阻抗—频率特性，左下侧的坐标系表示相角—频率特性。(2)“测量模块”(Measurement)列表框：列出模型文件中的阻抗测量模块，选择需要显示依频特性的阻抗测量模块。使用“Ctrl”键可选择多个阻抗显示在同一个坐标中。(3)“范围”(Range)文本框：指定频率范围(单位：Hz)。该文本框中可以输入任意有效的MATLAB表达式。(4)“对数阻抗