(完整版)第6章_MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
MATLAB在电力系统中的应用研究
MATLAB在电力系统中的应用研究电力系统是现代社会的基石，如何优化电力系统的运行效率、提高稳定性、减少损耗一直是电力工程师们研究的焦点。
近年来，MATLAB的出现为电力系统的研究提供了一个全面、专业、高效的平台。
MATLAB是一款功能强大的数学软件，可以快速进行数据分析、建立模型并进行仿真。
在电力系统领域，MATLAB可以帮助工程师对电力系统进行模拟、仿真、分析、优化和控制。
下面分几个方面介绍MATLAB在电力系统中的应用研究。
一、电力系统建模电力系统是一个复杂的系统，包括发电、输电和配电三个部分。
传统的电力系统建模方法需要考虑众多的模型和变量，难以形成一个完整且实用的模型。
而MATLAB提供了一种全面的建模方案，通过各种工具箱和插件，可以更轻松、高效地进行模型建立和仿真。
MATLAB中有许多建模工具箱，如：SimPowerSystems、Power System Toolbox等。
其中，SimPowerSystems可以快速地建立电力系统和部件的三维模型，并进行仿真和测试。
而Power System Toolbox则提供了许多高级模型和算法，以帮助工程师更精确地模拟和分析电力系统。
通过这些工具箱和插件的组合，可以构建出一个完整的电力系统模型，进行各种测试和分析。
二、电力系统仿真在电力系统的研究中，仿真是一种十分重要的方法。
仿真可以模拟多种复杂的模型和场景，帮助工程师更深入地分析电力系统的潜在问题。
MATLAB中提供了一些方便的仿真工具，如：Simulink等。
Simulink是MATLAB中的一个仿真工具，用于快速建立仿真模型来解决多种连续和离散的问题。
电力系统中的仿真可以通过建立详细的电力系统模型来实现，然后根据不同的需求进行仿真。
仿真可以模拟多种场景，如：电力负荷的变化，各种电力系统故障和灾害等等。
通过这些仿真结果，可以准确地找出电力系统的问题，并制定解决方案。
三、电力系统分析电力系统的分析是非常重要的，能够帮助工程师更好的了解电力系统的稳定性和可行性。
MATLAB在《电力系统分析》教学中的应用
２１ ０ ０年 ６月
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐｒ ｅ ｄｉ ｓ ｏ ｈｅ ＣＳＵ－ ｏｃ ｅ ｎｇ ｆｔ ＥＰＳＡ
Ｖｏ ＿ ２ Ｎｏ ３ ｌ２ ．
Ｊ ｎ ２ １ ｕ． ００
ＭＡＴ ＡＢ在 《 力 系 统 分 析 》 学 中 的 应 用 Ｌ 电 教
Ｓ Ｃ
ｈ ｏ
Ｏ ０
徐 敏 ， 彭 瑜
（ 昌 大 学 信 息 工 程 学 院 ， 昌 ｎ ０ ３ ） 南 南 ３ ０ １ ３
ｏ
ｍ ａ
摘 要 ： 用 仿 真 实 例 说 明 ＭＡＴ ＡＢ仿 真 软件 在 电力 系 统 分 析 课 程 教 学 中 的应 用 ， 现 了 计 算 机 仿 真 技 术 在 采 Ｌ 体
０
ｓ ＞ ｂｔ ｒ ｉ ｓ ｅ ｅ． ｔ
３
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｐ ｗ ｅ ｙｓ ｅ ｎａ ｙ ｉ ｄ ｏ ｒｓ ｔ ｍ ａ ｌ ｓｓ；ｓｍ ｕｌｔｏ ｉ ａ ｉｎ；Ｍ Ａ ＴＬＡ Ｂ； ｃ ｐ ｅ ｉ ｕｌｔｏ ｏｍ ｕｔ ｒｓｍ ａ ｉｎ Ｃ
ｈ ｎ
ａ
ＭＡＴＬ Ｂ 原 意 是 矩 阵 实 验 室 ， 的 面 世 ， Ａ 它 首
了现代化 的教 学手段 ， 其是 专 业课 的教 学 ，在理 尤
也 有 由一些 高校 建有仿 真实 验室 完成 这些实 验 ， 但
论 教学 基础 上 ， 际系 统 、 程应 用 、 际案 例 的学 实 工 实
习是必不 可少 的 ， 入仿 真技 术 辅 助教学 软 件 ，既 加 可 演示 复杂 系统 的未 知结果 ， 可 以演 示 系统随 参 又
ｎ
ｇ ｒ ｙ，ｍａ ｅ ｕ ｈ ｈ ｒａ ｅｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｏ ，ａ ｄ ａ ｇ ｏ ｔ ｏ ｉ ｒ ｖ ｄ ｄ ｆ ｒｔ ｅ ｔ ａ ｈ ｎ ｏ ｒ ｅ Ｉ ｋ ｐ ｔ ｅ ｓ ｏ ｔ ｇ ｆｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｍｅ ｈ ｄ ｎ ｏ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｓ ｐ ｏ ｉｅ ｏ ｈ ｅ ｃ ｉｇ ｃ ｕ ｓ ． ｔ
第6章电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用汇总
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
4) “LTI视窗”(Use LTI Viewer)按键
打开窗口，使用“控制系统工具箱”(Control System Toolbox)的LTI视窗。 5) “阻抗依频特性测量”(Impedance vs. Frequency Measurement)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”(FFT Analysis)按键 打开FFT分析窗口。 7) “报表生成”(Generate Report)按键 打开窗口，产生稳态计算的报表。
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-State Voltages and Currents)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”(Initial States Setting)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”(Load Flow and Machine Initialization)按键 打开潮流计算和电机初始化窗口。
“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。
图6-2 Powergui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”(Discretize electrical model)单选框
点击该单选框后，在“采样时间”(Sample time)文本框 中输入指定的采样时间(Ts>0)，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”(Show message during analysis)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
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.2.1 电力系统静态稳定性简介
作用在发电机上的机械转矩和电磁转矩如图6-16所示，转 矩平衡点有a、b两个。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.2.2 简单电力系统的静态稳定性计算 1．网络参数及运行参数计算 2．稳定运行参数计算 6.2.3 简单电力系统的静态稳定性仿真 1．Simulink模型构建及参数设置 按图6-6所示的单机无穷大系统，搭建研究其静态
A
A
B
B
C
C
L1
A
A
B
B
C
C
L2
ห้องสมุดไป่ตู้
A
a
B
b
C
c
T -2
A B C 110kV Source
Load 5MW
d_theta1_2 d_theta1_2 (deg)
w1 w (pu)
stop
M a ch i n e Signals
STOP
Stop Simulation if loss of synchronism
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.1.1 电力系统暂态稳定性简介
如图6-1（a）所示为一正常运行时的简单电力系统及其等值电路，发 电机经过变压器和双回线路向无限大系统送电。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
发电机在正常运行、故障以及故障切除后三种状态下的功角特性曲线 如图6-2所示.
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真分析
电力系统遭受大干扰后，由于发电机转子上机械转矩 与电磁转矩不平衡，使同步电机转子间相对位置发生 变化，即发电机电势间相对角度发生变化，从而引起 系统中电流、电压和电磁功率的变化。电力系统暂态 稳定就是研究电力系统在某一运行方式，遭受大干扰 后，并联运行的同步发电机间是否仍能保持同步运行、 负荷是否仍能正常运行的问题。在各种大干扰中以短 路故障最为严重，所以通常都以此来检验系统的暂态 稳定。本节将以单机无穷大系统为例介绍利用 MATLAB仿真分析简单电力系统暂态稳定性的方法。
MATLAB实验电力系统暂态稳定分析
MATLAB实验电力系统暂态稳定分析电力系统暂态稳定分析是电力系统运行中的一个重要问题，在电力系统中，由于各种原因，如短路故障、发电机突然负载损失等，系统可能会发生故障，此时系统会经历一个从故障状态到恢复正常的过程，我们称之为暂态过程。
暂态过程的稳定性对于电力系统的运行和供电的可靠性具有重要的影响。
1.暂态稳定模型建立：在电力系统的暂态稳定分析中，需要建立系统的数学模型。
MATLAB提供了丰富的数学建模工具，可以方便地建立电力系统的暂态稳定模型，包括发电机模型、传输线模型、负荷模型等。
2.故障分析：暂态过程中，故障是系统发生暂态稳定问题的重要原因。
MATLAB提供了强大的信号处理和故障识别工具，可以对系统的故障进行分析和识别，帮助电力系统人员快速定位和排除故障点。
3.暂态稳定分析算法：MATLAB提供了各种暂态稳定分析算法，如等值阻抗法、直流微分方程法等。
这些算法可以用来对系统的暂态过程进行仿真和分析，得出系统在故障后的暂态稳定状态。
4.结果可视化：MATLAB具备强大的数据可视化功能，可以将电力系统暂态稳定分析的结果以图表的形式呈现出来。
这样，电力系统的人员可以直观地了解系统的暂态稳定情况，做出相应的应对措施。
总结起来，MATLAB在电力系统暂态稳定分析中具有很重要的作用，它能够帮助电力系统的人员对系统的暂态过程进行建模、分析和仿真，并快速定位和解决系统出现的暂态稳定问题。
同时，MATLAB还能对分析结果进行可视化展示，帮助电力系统的人员更好地理解系统的状态。
因此，MATLAB是进行电力系统暂态稳定分析的一款非常有力的工具。
电力系统的MATLAB_SIMULINK仿真与应用6 电力系统稳态与暂态仿真(教学材料)
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
4) “LTI视窗”(Use LTI Viewer)按键 打开窗口，使用“控制系统工具箱”(Control System Toolbox)的LTI视窗。 5) “阻抗依频特性测量”(Impedance vs. Frequency Measurement)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”(FFT Analysis)按键 打开FFT分析窗口。 7) “报表生成”(Generate Report)按键 打开窗口，产生稳态计算的报表。
(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
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
6.1 Powergui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
6.1 Powergui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：
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用直流稳态电路分析是电路理论的基础，主要研究电路在直流稳态下的行为和性能。
在直流稳态下，电路中的电源和电荷的分布不随时间变化，因此可以通过简化的静态分析方法来进行电路分析。
利用MATLAB进行直流稳态电路分析，可以帮助工程师和研究人员更好地理解电路的特性、优化设计，以及解决实际工程中的问题。
下面将介绍MATLAB在直流稳态电路分析中的主要应用：1.电路建模和求解MATLAB提供了丰富的函数和工具箱，可以用于建模和求解各种类型的电路。
例如，可以使用MATLAB中的电路元件模型和方程求解工具箱，对电路进行建模，并求解电路中各个节点的电压和电流分布。
对于更复杂的电路，可以使用符号计算工具箱，通过解析法分析电路，得到节点电压和电流的解析表达式。
2.参数选择和优化MATLAB具有强大的优化算法和工具箱，可以用于电路参数选择和优化。
通过建立电路的数学模型，可以利用MATLAB中的优化算法，根据给定的目标和约束条件，电路参数的最优解。
比如，在设计电源电路时，可以通过优化算法选择合适的元件参数，以达到最小功耗或最大效率的目标。
3.累积求和和波形分析MATLAB还提供了强大的数据处理和分析功能，可以对电路的输出信号进行累积求和和波形分析，从而得到更全面的电路分析结果。
通过对电路的输出信号进行时域分析，可以得到电路的响应特性，包括幅频特性、相频特性等。
此外，还可以利用MATLAB中的频谱分析工具，对电路的频率响应进行分析，得到电路的频率特性和滤波器特性。
4.等效电路分析对于复杂的电路，可以利用MATLAB进行等效电路分析。
等效电路分析是用一个简化的电路模型替代原始电路，从而更好地理解和分析电路的行为。
利用MATLAB中的等效电路分析工具，可以将电路简化为等效电路模型，并计算等效元件的参数，从而得到电路的等效行为，方便工程师对电路进行优化设计和故障分析。
5.可视化和仿真MATLAB具有强大的可视化功能，可以对电路进行可视化展示和仿真。
MATLAB在电力系统工程中的应用
摘要随着计算机语言技术的不断发展与成熟，MATLAB软件在电力系统中的应用越来越重要。
针对这一现状，本文对MATLAB软件应用于电力系统潮流计算与故障仿真分析的可行性做出了研究。
潮流计算是电力系统的一项重要分析功能,是进行故障计算,继电保护整定,安全分析的必要工具。
本文提出了利用MATLAB语言来进行电力系统潮流计算。
通过算例,说明了该方法编程简便、运算效率高并符合人们的思维习惯,计算结果与理论计算相符,验证了该方法的有效性。
电力系统事故具有突发性强、维持时间短、复杂程度高、破坏力大的特点。
本文建立了高压输电线路的仿真模型，利用该模型实现了对高压输电线路故障的数字仿真。
结果表明，所建立的模型简单、方便，利用MATLAB 进行仿真具有较高精度，满足工程实际要求，使用MATLAB对电力系统故障进行仿真的方法是可行的。
关键词：电力系统、潮流计算、故障仿真ABSTRACTWith the development of the computer languages in recent years, MATLAB software in the application of power system is more and more important. The paper analyzed the feasibility in power system include the power flow calculation and fault simulation using MATLAB software.Flow calculation is an important analysis function of power system and is the necessary facility of fault analysis, relay protection setting and security analysis. The MATLAB language is used to calculate flow distribution of power system in this paper. The typical examples explain that the method has the characteristics of simple programming, high calculation efficiency and matching people habit. The calculation result can satisfy the engineering calculation needs and at the same time verify the usefulness of the method.Also using SIMULINK mathematical module，the simulation of accurate fault of high voltage power transmission lines is implemented．Simulation results show that the built model is simple and easy to use，the accuracy of simulation results by use of MATLAB are satisfactory and can meet the requirement of engineering．This case illustrates using MATLAB simulation for power system malfunction is feasible.Key words: Power System, Power Flow Calculation, Fault Simulation目录1 绪论 (1)2 MATLAB在电力系统分析中的优势 (3)2.1 电力系统运行及其故障简介 (3)2.2 MATLAB软件特点 (5)2.3 小结 (9)3 MATLAB程序语言在潮流计算中的可行性分析 (10)3.1 引言 (10)3.2 几种新型的潮流计算方法介绍 (10)3.3 建立电力系统实例数学模型 (13)3.4牛顿－拉夫逊法概述 (17)3.5 理论计算潮流 (23)3.6 MATLAB程序计算潮流 (26)3.7 理论计算与程序计算结果比较 (28)3.8 小结 (29)4 基于SIMULINK的电力系统故障仿真分析 (30)4.1 引言 (30)4.2 SIMULINK仿真环境与操作方法 (30)4.3 电力系统模块库 (36)4.4 建立电力系统实例数学模型 (38)4.5 对不同的线路故障进行仿真 (39)4.6 仿真波形与理论分析结果比较 (41)4.7 小结 (45)5 参考文献 (46)6 致谢 (48)附录1 电力系统故障仿真模型 (49)附录2 牛顿拉夫逊法潮流计算程序 (50)附录3 外文文献及译文 (55)1 绪论电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 0.851064
1
wref Pref Pm
we
Pe0 gate
dw
HT G
v ref
vd Vf
vq
v stab
Exci ta ti o n System
m Pm
A
B Vf _
C
G 352.5MVA 10.5 kV
Di scre te , Ts = 1e-005 s.
<Rotor speed wm (pu)>
B
b
C
c
T -2 360MW220/110
5 MW1
A B C
110 kV source
图6-11 无穷大系统电源模块的参数设置
图6-12 线路L1的参数设置
图6-13 断路器模块B1、B2的参数设置
图6-14 故障0.1s后切除线路，发电机转速变化曲线图
图6-15 故障0.55s后切除线路，发电机转速变化曲线图
图6-5 失步过程
6.1.2 简单电力系统的暂态稳定性计算 与仿真
1.网络参数及运行参数计算(详细的计算过程见参考文献［7］例1 6-1，16-2，17-1) 2.系统转移电抗和功率特性计算 3.系统极限切除角计算 4.发电机摇摆曲线δ-t计算 5.Simulink模型及仿真结果
图6-6 单机无穷大系统图
图6-20 小干扰信号的模块组合
图6-21 同步发电机励磁调节系统参数设置
图6-22 发电机有功功率为0.7376pu阶跃为0.6pu时发电机功角、转速随时间变化曲线
图6-23 发电机有功功率为0.7376pu阶跃为0.67pu时发电机功角转速随时间变化曲线
图6-24 发电机有功功率为0.7376pu阶跃为0.75pu发电机功角、转速随时间变化的曲线
Load 5MW
d_theta1_2 d_theta1_2 (deg)
w1 w (pu)
stop
M a ch i n e Signals
STOP
Stop Simulation if loss of synchronism
M a ch i n e Sco p e
图6-18
图6-19 发电机励磁系统模块结构
Speed (pu)
<Rotor angle dev iation d_theta (rad)>
d_theta(rad)
A
a
B
b
C
c
T -1 360MW10.5/242
5 MW
A
a
B
b
C
c
B1
Three-Phase Fault
图6-10
Line1
A
A
B
B
C
C
A
A
B
B
C
C
c
B2
A
a
-C0.7376 Timer
Phasors powergui
m
Pm
A
Vf _
B
C
G 352.5MVA
Vf
m
Turbine & Regulators M1
A B C
A B C
A
a
B
b
C
c
T -1
Load 5 MW
A
A
B
B
C
C
L1
A
A
B
B
C
C
L2
A
a
B
b
C
c
T -2
A B C 110kV Source
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析 中的应用实例
6.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真分析 6.2 简单电力系统的静态稳定性仿真分析
6.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真分 析
6.1.1 电力系统的暂态稳定性简介 6.1.2 简单电力系统的暂态稳定性计算与仿真
6.1.1 电力系统的暂态稳定性简介
2.稳定运行参数计算
1)当发电机装设自动励磁调节器时，电势E′q=E′q0=常数，其值 为 2)当励磁调节器的综合放大系数为Ka=10时，已超过了保持电势 E′q=E′q0=常数所要求的值，则发电机的电势Eq为
6.2.3 简单电力系统的静态稳定性仿真
1. Simulink模型构建及参数设置 2.保持电势E′q=E′q0=常数，励磁系统的综合放大系数为5.7857时 的仿真分析 3.改变励磁系统综合放大系数的仿真分析
图6-7 序网及短路时的等值电路图 a)负序网络 b)零序网络 c)短路时的等值电路
图6-8 系统故障期间的δ-t曲线
图6-9 故障切除后系统的δ-t曲线
A B C AA BB C A B C
<Stator v oltage v q (pu)> <Stator v oltage v d (pu)> <Rotor speed dev iation dw (pu)> <Output activ e power Peo (pu)> <Rotor speed wm (pu)>
1.正常运行 2.故障阶段 3.故障及时切除 4.故障切除过晚
6.1.1 电力系统的暂态稳定性简介
图6-1 简单电力系统及其等值电路 a)正常运行方式及其等值电路 b)故障情况及其等值电路 c)故障切除后及其等值电路
图6-2 简单系统正常运行、故障 及故障切除后的功率特性
图6-3 振荡过程
图6-4 故障切除过晚的情形
图6-25 发电机有功功率为0.7376pu、阶跃为0.54pu时发电机功角、转速随时间变化曲线
图6-26 发电机有功功率为0.7376pu阶跃为0.55pu时发电机功角、转速随时间变化曲线
6.2 简单电力系统的静态稳定性仿真分 析
6.2.1 电力系统静态稳定性简介 6.2.2 简单电力系统的静态稳定性计算
图6-16 静态稳定的概念
图6-17 小干扰后功角的变化 a) 在a点运行 b) 在b点运行
6.2.2 简单电力系统的静态稳定性计算
1.网络参数及运行参数计算 2.稳定运行参数计算