1、毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 MATLAB 在电力系统中的应用研究 摘要 ：随着电力系统的不断发展，系统电压等级不断提高，规模也越来越大，对系统的安全稳定运行提出了更高的要求。本文主要介绍 MATLAB 在电力系统仿真和设计方面的应用、包括电力系统建模、暂态稳态性的分析、电力系统故障分析方面等等，以及介绍了 MATLAB 中电力系统的元件库，及相关的函数。最后对 MATLAB 在电力系统中的应用进行了展望。 关键词 ：电力系统； MATLAB;短路；暂态稳定性； 1 引言 电力系统发生短路故障会引起系统的大电流和低电压 ，如果不及时切除会对人身和设备造成极大的危害，严重时甚至会导致整个
2、系统崩溃，因此对电力系统进行暂态分析是十分必要的。 MATLAB能够对电力系统进行故障仿真，并进行分析，就可以从技术上保证电网的安全运行，具有巨大的社会和经济效益 1， 2，同时 具有编程效率高、计算功能强、使用简便、绘图功能强大的特点，而且它还可以与 FORTRAN、 C 混合编程，以前大量优秀的子程序仍然可以使用 3。因此， MATLAB 成为当代科学研究者和工程技术人员最为青睐的数值计算平台 1。 2 MATLAB 简介 Matlab 是 Matrix Laboratory 的缩写，其核心是一个基于矩形运算的快速解释程序，它以交互式接受用户输入的各项指令，输出计算结果，它提供了一个开放式
3、的集成环境，用户可以运行系统提供的大量的命令，包括数值计算和图形绘制 4,此外，它还有其他语言难以比拟的功能，它和其他语言的接口能够保证它可以和各种各样的强大计算机软件结合，发挥更大的作用 5。 Matlab提供很多工具箱 6，以 Matlab6.5为例，在电工学 CAI中，分析和计算所要用到的 Simulink工具库模块库集主要有：（ 1） Simulink 库集；（ 2） PowerSystems 库集（ PSB） ;(3)Extra Simulink库集。 3 电力系统中的常见应用 3.1 电力系统建模 电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，它包括升降变压器和各种电压等级的输电线路。
4、动力系统、电力系统和电力网简单示意如图 17。 图 1 动力系统、电力系统和电力网示意图 应用 MATLAB/ SIMULINK 中的 SimPowerSystems (电力系统元件库 ) 对电力系统输电线路进行仿真分析 . 输电线路的参数有四个 :反映线路通过电流时产生有功功率损失效应的电阻 ;反映载流导线产生 磁场效应的电感 ;反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生有功功率损失的电导 ;反映带电导线周围电场效应的电。 在电力系统分析中，短路计算是用对称分量法进行的。首先假定网络是线性的（系统各个元件参数恒定），应用叠加定理，将三相网络分解为正、负、零序三个网路。同时假
5、设在正常情况下网路是对称的（三个序网各自独立）。然后再用叠加原理，将各序网的电压、电流分解为正常分量和故障分量。最后依据故障点类型的边界条件，将三个序网连成一个完整的网路，应用线性交流电路理论，计算出三个序网电压、电流的故障分量，再 与正常分量相加，得到三序电压和电流的实际值。 3.2 暂态稳态性的分析 当电力系统发生短路故障时，如果不及时切除会对人身和设备造成极大的危害，严重时甚至会导致整个系统崩溃，因此对电力系统进行暂态分析是十分必要的 8。电力系统短路后的暂态分析有两种方法。数值法是通过电压方程式建立起系统的状态方程，然后用龙格库塔法求解微分方程组，从而计算出故障电流和转矩。解析法是通过
6、求初瞬值和稳态值确定各分量衰减，再把各个分量进行叠加获得故障电流和转矩。 电力系统暂态稳定分析的主要目的是检查系统在大扰动下 (如故障、切机、切负荷、重 合闸操作等情况 )，各发电机组间能否保持同步运行，如果能保持同步运行，并具有可以接受的电压和频率水平，则称此电力系统在这一大扰动下是暂态稳定的。 当电力系统受到大扰动时，发电机的输入机械功率和输出电磁功率失去平衡，引起转子的速度以及角度的变化，各机组间发生相对摇摆，如果这种摇摆最后平息下来，系统中各发电机仍能保持同步运行，过渡到一个新的运行状态，则认为系统在此扰动下是暂态稳定的。 3.3 电力系统故障分析 过去 , 用于电力系统故障分析的传统
7、的序网络法以对称分量法为基础 , 根据不同故障类型在故障处各序量之间的关系 , 将 各序网在故障处联接起来形成复合序网 , 通过对复合序网的计算求得所需结果。当故障发生在不同名相时 , 还需要先作出通用的复合序网 , 计算更为复杂 9。 计算机仿真技术已成为电力系统研究、规划、设计和运行等各个方面的重要方法和手段。电力系统仿真主要有两种，电力系统离线仿真和电力系统实时仿真。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，用数学方法求解，以进行仿真研究的过程；电力系统实时仿真可分为数字仿真、物理仿真以及数模混合式仿真，其仿真速度与实际系统动态过程完全相同。 而 在 Matlab
8、 环境下使用 GUI、 Simlink、 in 语言等创建一电力系统故障分析与仿真系统，该系统可以进行电力系统的多种故障仿真分析，包括正常运行、单相接地故障、相间短路故障、相间短路地故障、三相短路故障及三相短路接地故障、三相断线、两相断线等 10。 4 MATLAB 中电力系统的元件库及相关的函数 电力系统模块（ Power System Blockset Library（ PSB） 11,简称 Powerlib）是在 Simulink 环境下使用，利用该模块提供的工具箱，我们能够迅速建模、仿真。 Powerlib 提供了系统仿真 分析专业的各种线性与非线性元件和模块，包括以下几类： Elec
9、trical sources(电源库 )、 Elements(元件库 )、 Power Elictronics(电力电子元件库 )、 Machines(电机库 )、 Connects(连接器库 )、Measurements(电路测量仪器库 )、 Extras(附加库 )、 Demos(演示教程 )、 Powergui(图形用户界面 )和电力系统元件模块库 12-13。 用户通过鼠标操作将构成系统所需要的各种元件从相应的模块库中拖动到新建 Model 文件中，再将它们联系起来实现物理 系统的拓扑结构，并根据需要在适当的测量和显示模块。 例如：双击 Machines（电机库），选择 Synchrn
10、ous Machine pu Standard(标幺值单位制同步发电机模块 )，将其拖到 sys1 中，并改其名称。可对其进行参数设置，它的典型参数有功率、电压、频率、转子类型。 5 总结 Matlab提供的电力系统工具箱可方便迅速地对所研究的电力系统对象进行各种暂态和稳态数字仿真， 其方便的图形用户界面设计，模块化的仿真建模方法，避免了大量繁杂的编程，仿真分析结果逼近实际系统行为，是电力系统仿真分析的理想 工具。虽然 Matlab仿真速度较慢，仿真时间较长，但随着版本的升级，模块结构的优化以及计算机技术的发展，相信 Matlab的性能会越来越卓越。 参考文献 1李媛，吕京 .基于 Matla
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