第八章MATLAB在无功补偿的仿真实例
matlab电气仿真实例
matlab电气仿真实例MATLAB电气仿真实例在本文中，我们将探讨MATLAB在电气仿真领域中的应用。
通过一个具体的实例，我们将展示如何使用MATLAB进行电气系统的建模、分析和仿真。
1. 引言电气系统的建模和仿真对于设计和分析电路、控制系统、电力系统等具有重要意义。
传统的电气仿真方法需要手动编写大量的数学方程，并且计算过程繁琐。
而MATLAB提供了一种快速、简便且高效的方式来实现电气仿真。
2. 问题描述假设我们有一个简化的直流电机系统。
系统包括一个直流电机、一个电阻和一个电压源。
我们想要分析在给定电压下电机的转速以及电机周围的电压和电流的变化情况。
3. 建立电气系统模型首先，我们需要建立电气系统的数学模型。
在本例中，我们使用电路定律（基尔霍夫定律和欧姆定律）来建立模型。
根据基尔霍夫定律，我们可以得到电路的电流方程：I = \frac{V}{R}其中，I是电流，V是电压，R是电阻。
根据欧姆定律，我们可以得到电机的速度与电压之间的关系：\omega = \frac{V}{K}其中，ω是电机的角速度，V是电压，K是电机的转速常数。
基于这些方程，我们可以进一步建立系统的状态空间模型：\begin{bmatrix} \dot{\omega} \\ \dot{I} \end{bmatrix} =\begin{bmatrix} 0 & \frac{-1}{K} \\ 0 & \frac{-1}{R}\end{bmatrix} \begin{bmatrix} \omega \\ I \end{bmatrix} +\begin{bmatrix} \frac{1}{K} \\ 0 \end{bmatrix} V其中，\dot{\omega}和\dot{I}分别表示电机速度和电流的导数。
4. MATLAB仿真现在我们可以使用MATLAB进行仿真了。
首先，我们需要定义系统的参数和初始条件。
例如，我们可以选择电压源电压为12V，电阻为1Ω，转速常数为10。
基于MATLAB的电力系统稳定器和静止无功补偿器对电力传输稳定性的仿真
４ ２
《电 气开 关 Ｍ２ ０ ． ． ） ０ ８ Ｎｏ １
文章 编号 ：０ ４ ２ ９ ２ ０ ） １ ０ ２ ３ １ ０ － ８ Ｘ（ ０ ８ ０ —０ ４ —０
基 于 ＭＡＴＬ ＡＢ的 电 力 系统 稳 定 器 和 静止无功补偿器对 电力传输稳定 性的仿真
验 可 能性很 小 。 因此 ， 文 应用 ＭＡＴＬ 本 ＡＢ软件 进行 了
电功率 偏差 中的一个 信号 或几 个 信号 作为 励磁调 节 器
的 输 入 ， 生 阻 尼 力 矩 ， 提 高 电 力 系 统 的 动 态 稳 产 来
定 川。
电力 系统无 功补 偿 的仿 真 试验 。
３ 静 止 无 功 补偿 器 偿 器
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｓ ｐ ｐ ｒ ｉｔｏ ｕ ｅ ｈ ａ ｉ ｕ ｃ ｉｎ ｏ ｏ ｒ ｓ ｓｅ ｓａ ｉ ｚ ｒ ａ ｄ ｓａ ｉ ａ ｏ ｅ ｓ ｔ ｒ ｔａ ｔ ｉ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｂ ｓｃ ｆ ｎ ｔｏ ｆｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ｔｂ ｌ ｅ ｎ ｔｔｃ ｖ ｒ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｏ ， ｉ
与 经 济运 行 ， 保 证 用户 安 全 生产 和 产 品质 量 以及 电 对 气 设备 的安全 与寿 命有 着重 要影 响 。研 究静 止无功 补
偿 器 （ ＶＣ） 于 电力 系统 的 电压 无功稳 定性 的影响 具 Ｓ 对
抑 制 自发 低 频振 荡 的发 生 ， 小 系 统 中 由负荷 波 动 等 减
Ｋｅ ｒ ｓ： ｏ ｒｓ ｓ ｅ ｓａ ｉｚ ｒ ｓａ ｉ ｖ ｒｃ ｍｐ ｎ ａ ｏ ； ｔ ｂ；ｓｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｏ ｒｓ ｓｅ ｙ ｗｏ ｄ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ｔ ｂｌ ｅ ； ｔｔｃ ａ ｏ ｅ ｓ ｔ ｒ ｍａｌ ｉ ａ ｉ ｌｔ ｆｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ｏ
基于Matlab的静止无功补偿装置仿真分析
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ＆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ａ ｏ ｚ ｕ ｏ ４ ５ ４ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
尼 。为 研 究 Ｓ Ｖ Ｃ 的特 性 ， 利用 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ的 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ工具 箱 ， 对Ｓ Ｖ Ｃ装 置 完成 了建 模 和仿 真分 析 。仿
真 结果 表 明 ， 静止 无 功补偿 装 置在 稳 态和 动态 下可 维持母 线 电压在 一定 的范 围之 内， 并具有 一定 的
２ ０ １ ３年第 ５期
煤
矿
机 电
・ ６ ３・
基 于 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ的静 止无 功 补 偿 装 置仿 真 分 析
卫林 林 ， 孙 岩 洲
（ 河南理工大学 电气工程与 自动化学院 ， 河南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ３ ）
摘 要 ： 静止 无功 补偿 装置 （ Ｓ Ｖ Ｃ ） 作 为一种 新 的 电压 调 控 手 段 ， 可 以对 安装 处 的 电压进 行 快 速 、 准 确和 连 续地调 节 ， 更好 地 维持 安装处 的 电压 水平 ， 改善 暂 态稳 定 性 ， 以及 降低 电力 系统 的振 荡 阻
Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｓｔ ａ ｔ ｉ ｃ Ｖａ ｒ Ｃｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｏ ｒ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ
Ｗｅ Ｌ ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ，Ｓ ｕｎ Ｙ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
1.8
2
alphaord (deg)
alphaord (deg)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
100
6 4 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0 6
Control Mode
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
4 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t/s 1.2 1.4 1.6 1.8 2
图8-18
图8-19
仿真结果图
图8-20
未加SVC装置和加装SVC装置后的随源电压变化
8.3 晶闸管控制串联电容器(TCSC)的仿 真实例
8.3.1 TCSC基本原理与数学模型简介 8.3.2 Simulink中的TCSC模块介绍 8.3.3 利用TCSC提高系统输电容量的仿真模拟
8.3.4 TCSC对系统暂态稳定性影响的仿真模拟
8.1.4 HVDC系统的起停和阶跃响应仿真
8.1.5 HVDC系统直流线路故障仿真 8.1.6 HVDC系统交流侧线路故障仿真
8.1.1 HVDC系统的基本结构与工作原 理
1)换流变压器，其一次绕组与交流电力系统相连，其作用是将 交流电压变为桥阀所需电压。 2)换流器C1、C2，由晶闸管组成，用做整流和逆变，实现交流
α的设定值或者 常数 γ控制
图8-8
HVDC系统直流线路故障仿真波形图 a)整流侧得到的相关波形
图8-8
HVDC系统直流线路故障仿真波形图(续) b)逆变侧得到的相关波形
基于MATLAB的500kV变电站无功补偿仿真研究
基于MATLAB的500kV变电站无功补偿仿真研究作者：付凯岳学彬来源：《科学与财富》2016年第25期摘要：通过对SVC技术的原理分析研究，利用Simulink构建了SVC装置的仿真模型，并验证了该模型对500kV变电站有很好的无功补偿效果。
仿真结果表明，SVC装置可快速调节其发出的无功，对电站动态无功补偿，调节系统电压，提高系统电压的稳定水平。
关键词：SVC；无功补偿；500kV；TCR1 引言随着电力电子技术的发展，大量的电力电子非线性负载接入电网，降低了电网的电能质量，SVC无功补偿装置具有吸收和发出无功，调节电力系统电压，提高系统的功率因数，从而提高电力系统的电能质量。
SVC技术是灵活交流输电（FACTS）技术之一。
2 TCR型的SVC装置的结构及原理2.1 TCR型的SVC装置的结构由于大功率电力电子器件制造技术的发展，SVC从早期的SSR过渡到TCR/TSC方式，并成为SVC的主流实用技术。
国外TCR/TSC型的SVC装置从上世纪70年代投入商业运行以来，其装置集成技术、控制原理、设备制造技术已趋于成熟，是目前仍广泛使用的动态无功补偿设备[2]。
根据结构原理的不同，SVC技术又分为：自饱和电抗器型（SSR-Self-saturable Reactor）、晶闸管相控电抗器型（TCR -Thyristor Controlled Reactor）、晶闸管投切电容器型（TSC–Thyristor Switched Capcitor）、高阻抗变压器型（TCT）和励磁控制的电抗器型（AR）等[1]。
我国目前在TCR的SVC装置技术方面也趋于成熟，但是在更高电压等级变电站用超大容量SVC应用技术还有待研究[3，4]。
本文主要就是通过MATLAB仿真来研究500kV变电站用超大容量TCR型SVC装置来调节系统的无功，稳定系统的电压，从而达到提高电能质量的目的。
TCR型SVC装置主要由滤波、电容支路和TCR支路组成，其结构和接线如图1所示。
基于MATLAB的电力系统稳定器和静止无功补偿器对电力传输稳定性的仿真
静止无功补偿系统中的各种无功补偿器都是用无 功器件产生无功功率, 并且根据需要调节容性或感性 电流。 静止无功补偿的一个显著特点是依靠晶闸管等 电力电子器件完成调节或投切功能, 它们可以频繁的 调节和投切。其动作速度是毫秒级的, 远比机械设备的 速度要快[2, 3 ]。
SV C 基本功能是从电力网吸收或向电网输送可 连续调节的无功功率, 以维持装设点的电压稳定, 并有
近年来, 随着电力系统的扩容, 单机容量的增大, 许多大型发电机组都普遍采用快速励磁调节器和快速 励磁系统, 使得励磁系统时间常数大为减少, 从而减低 了系统阻尼, 这对输电线路较长、联系较弱的系统影响 较大, 使系统不断发生阻尼, 出现网络线低频震荡。 为 了抑制低频功率震荡的发生, 经过多年的研制及实践, 采用电力系统稳定器 (PPS) 能够取得良好的效果。
42
《电气开关》(2008. N o. 1)
文章编号: 1004- 289X (2008) 01- 0042- 03
基于M A TLAB 的电力系统稳定器和 静止无功补偿器对电力传输稳定性的仿真
孙晋超, 刘凯 (贵州大学 电气工程学院, 贵州 贵阳 550003 )
摘 要: 介绍了电力系统稳定器和静止无功补偿器的基本功能, 利用M A TLAB 对一个双机系统进行仿真, 分析 单相和三相短路故障时电力系统稳定器和静止无功补偿器对电压稳定性的影响 关键词: 电力系统稳定器; 静止无功补偿器;M A TLAB; 电力系统仿真 中图分类号: TM 44 文献标识码: B
4 利用M A TLAB 对双机系统结构传输稳定 性进行仿真
4. 1 搭建电力系统模型 图 1 为利用M A TLAB 进行仿真的双机系统结构
图[4], 两个电厂都有水轮机、励磁系统和电力系统稳定 器组成。
matlab 电力系统仿真 例程
matlab 电力系统仿真例程英文回答：MATLAB Power System Simulation Examples.MATLAB is a widely used software platform for power system simulation due to its robust capabilities and user-friendly interface. Here are a few common examples of power system simulations performed using MATLAB:Load flow analysis: This simulation helps determine the voltage and current distribution in a power system under steady-state conditions. It is used for planning, operation, and analysis of power systems.Transient stability simulation: This simulation assesses the dynamic behavior of a power system during sudden disturbances, such as faults or load changes. It helps ensure that the system remains stable after such events.Power flow optimization: This simulation optimizes the power flow through a power system to minimize losses, improve voltage stability, or reduce operating costs.Renewable energy integration: This simulation helps evaluate the impact of integrating renewable energy sources, such as solar and wind, into the power system.Microgrid modeling: This simulation investigates the performance and control of small-scale power systems, known as microgrids, which can provide localized and resilient power generation.MATLAB offers various toolboxes and capabilities for power system simulation, including:SimPowerSystems: A dedicated toolbox for modeling and simulating electrical power systems, including power generation, transmission, and distribution.Simulink: A powerful simulation environment formodeling dynamic systems, including power systems.Power System Blockset: A library of pre-built blocks for power system components, such as generators, transformers, and transmission lines.中文回答：MATLAB 电力系统仿真示例。
第8章MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
作用
Voltage Regulator
电压调节，计算触发角
Gamma Regulator
计算熄弧角
Current Regulator
电流调节，计算触发角
Voltage Dependent Current Ord 根据直流电压值改变参考电
er Limiter
流值
Low AC Voltage Detection
A
A
A
B
B
B
C
C
C
phi = 80 deg. 3rd harm.
aA bB cC Brect
A
+
B
C
-
Rectifier
AC filters 50 Hz
600 Mvar
0.5 H
Rectifier Control and Protection
? More info
Read the Model properties for initialisation details
图8-5 滤波器子系统结构
图8-6 直流系统调节特性
8.1.4 HVDC系统的起停和阶跃响应仿 真
1)晶闸管在0.02s时导通，电流开始增大，在0.3s时达到最小稳 态参考值0.1p.u.，同时直流线路开始充电，使得直流电压为1.0 p.u.，整流器和逆变器均为电流控制状态。 2)在0.4s时，参考电流从0.1p.u.斜线上升到1.0p.u.(2 kA), 0.58s时 直流电流到达稳定值，整流器为电流控制状态，逆变器为电压 控制状态，直流侧电压维持在1p.u.(500kV)。 3)在0.7s时，参考电流出现-0.2p.u.的变化，在0.8s时恢复到设定 值。 4)在1.0s时，参考电压出现-0.1p.u.的偏移，在1.1s时恢复到设定 值。 5)在1.4s时，触发信号关断，使得电流斜线下降到0.1p.u.。
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3. 静电电容器 (FC，Fixed Capacitor)
并联电容器的补偿原理是产生超前电流来补偿负
载产生的滞后电流。供给的无功功率QC值与所在节点
电压的平方成正比，即
QC=U 2/XC
• 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用， 又可分散安装。且投资费用较小，运行时功率损耗亦较小， 维护也较方便。
一、无功功率损耗
1．变压器的无功损耗
QLT
Q0
QT
U 2BT
S U
2
XT
I0% 100
SN
Uk %S 2 100SN
UN U
2
假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压Uk%=10.5，
在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13% 。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无 功功率损耗的数值是相当可观的。
SVC的无功功率输出 （单位p．u．），正 值为感性
图8-14 SVC模块功率数据参数设置对话框
图8-15 SVC模块控制参数设置对话框
图8-16 SVC控制系统框图
图8-17 具有并联补偿设备的简单系统
8.2.3 SVC系统的仿真模拟
1)0~0.2s时电压源幅值为1.0p.u.。 2)0.2~0.5s时电压源幅值为0.94p.u.。 3)0.5~0.8s时电压源幅值为1.06p.u.。 4)0.5~1.0s时电压源幅值为1.0p.u。
8.2.1 8.2.2 8.2.3
SVC的基本结构与工作原理 Simulink中的SVC模块介绍 SVC系统的仿真模拟
图8-11 SVC原理图
8.2.2 Simulink中的SVC模块介绍
1. SVC模块的基本功能 2. SVC模块的控制系统
图8-13 SVC模块示意图
信号序号 1~3
4 5
图1 静止无功补偿器的原理图
(a)可控饱和电抗器型；(b)自饱和电抗器型； (c)可控硅控制电抗器型； (d) 可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型
晶闸管控制电抗器(TCR+FC)的仿真实例
补偿前电压 电流
触发角=90
触发角=120 触发角=140 触发角=180
静止无功补偿器(SVC)的仿真实例
A
aA
N
B
bB
C
cC
110 kV
Ui
A
A
aA
B
B
bB
C
C
cC
L = 50km
Uj
A B SVC m C
SVC (Phasor type)
2 <B (pu)> <Vm (pu)> <Q (pu)> Bus
Selector
B1 pu/100 MVA V1
Bactual Bcontrol (pu/100 MVA)
第8章 MATLAB在电力系统无功补偿中 的应用实例
无功功率和电压分布之间的关系
无功损耗 ﹥﹥有功损耗;
U PR QX U
电压降受无功功率的影响较大;
无功功率的流动从Uh→UL
由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无 功的传输，采取就地平衡。
电力系统的无功功率平衡
•电压是衡量电能质量的重要指标。 •电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 •系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷 和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则 电压就会偏离额定值。
二、无功功率电源
•电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、静 电电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿 装置。
1. 发电机
发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：
QGN SGN sin N PGN tg N
2. 同步调相机
•同步调相机相当于空载运行的同步电动机。 •它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸 取）的无功功率，进行电压调节。 •同步调相机常安装在枢纽变电所 。 •同步调相机是早期的无功补偿装置的典型代表。但 是它运行维护复杂, 有功功率损耗较大, 不能对快速 变化的负载进行补偿, 目前已经很少使用。
4. 静止补偿器Static Var Compensator—— SVC）
•静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成
•电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率， 两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平 滑地改变输出（或吸收）的无功功率。
优点：快速平滑地调节无功功率，克服了电容器作 为无功补偿装置只能作电源不能作负荷、调节不连 续的缺点；与同步调相机相比较，静止补偿器运行 维护简单、功率损耗小，能做到分相补偿以适应不 平衡的负荷变化，对于冲击性负荷也有较强的适应 性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。
2．输电线路的无功损耗
QL
P12 Q12 U12
X
P22 Q22
U
2 2
X
QB
B 2
(U12
U
2 2
)
线路的无功总损耗为
QL
QB
P12 Q12 U12
X
U12
Uபைடு நூலகம்
2 2
2
B
一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率； 110kV及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源 ，传输功率较大时，消耗无功功率。
Vactual Vm (pu)
Scope
A B C
Phasors pow ergui
Signal Processing
10 MW
Vabc_1 From
Mag abc
Pha
Sequence Analyzer (Phasor Type)
Scope1
图8-18
图8-19 仿真结果图
图8-20 未加SVC装置和加装SVC
缺点：当节点电压下降时，它供给系统的无功功率也将减 小，导致系统电压水平进一步下降；电容器分组投切，非连 续可调。容易和系统发生谐振，不仅危害电容器本身，而且 会危及电网中的电气设备，严重的时候会造成损坏，甚至破 坏电网的正常运行。
并联电容器的仿真实例
补偿前电压 电流
补偿后电压 电流
补偿前功率 补偿后功率
5.静止无功发生器 （Static Var Generator ——SVG）
6
表8-5 SVC模块的输出信号
信号组 Power Iabc (cmplx)
Control
信号名称 Ia(pu) Ib(pu) Ic(pu)
Vm (pu)
Control
B (pu)
Control
Q (pu)
定义 输入SVC的相电流Ia、 Ib、Ic，单位p．u．
测量到的正序电压 （单位p．u．）
SVC的电纳输出（单 位p．u．），正值为 容性