MATLAB的M文件编写及简单电力系统的仿真

0.05 * 10000
( PR L QX L ) 2 ( PX L QR L ) 2 10000
（式 3-1）
其中 P S G * cos 16000 * 0.95W 15200W ，
Q S G * sin 16000 * 0.31225Var 4996Var 。 （取发电机的 cos 0.95 ）
负荷 load2： P 30% * S G 30% * 16000W 4800W ，
Q L P * tan 4800 * 0.32868Var 1578Var ， QC 取0Var 。
（5）三相故障模块时间设置 设置如下：0.2S 开始故障，0.35S 故障切除，故障持续 0.15S。其余参数采用默认值。
解：1、参数计算及截图 （1）选取 02 号 p.u.基本同步电机
（2）变压器参数计算 容量 S n 1.2 * 16 19.2( KV ) ； 原边电压 U 1N 400V ，副边电压 U 2 N 10 KV ； 其余参数皆取默认值。
（3）线路参数计算 利用线路通过发电机额定功率时首末端压降约为 0.05p.u.可以得到：
两者相比较得： PG实际发出 P理论消耗 ， QG实际发出和Q理论消耗 基本平衡。 出现这样情况的原因，我认为是： a、 PG实际发出和P理论消耗 不平衡，主要是由于仿真过程中的发电机无自动调频装置，所以 在发电机带负荷的过程中发电机频率会下降。 发电机频率下降会使负荷少要有功， 发电机多 发出有功，最终二者在一个低于额定频率值下的频率平衡，而此时
又由已知得到：
X
R
3
（式 3-2）
结合（式 3-1）和（式 3-2）解得 R 98.82 ， X 3R 3 * 98性负荷） 负荷 load1： P 5% * S G 5% * 16000W 800W ，
Q L 取默认的100Var ， QC 取0Var 。
1
1
iimp实际 基本一致，结果得到验证。
3、心得体会 该 matlab 大型作业共分两大部分： 第一部分是 matlab 中文件的编写、应用及 matlab 在矩阵方面的应用。这一部分让我在巩 固基础知识的同时，更熟练的相关的操作。在这一部分中我几乎没有遇到问题。 第二部分是 matlab 在电力系统分析方面的应用。这一部分涉及内容较多，且参数设置较 为灵活，故开始时不是得不到正确的仿真波形，就是理论与仿真结果对应不起来。在该部分 的处理过程中， 我通过不断进行参数计算及修改参数设置， 以及查看电力系统课本寻找原因， 与同学讨论分析等最终得到的较为一致的理论分析与仿真结果。 虽然这一部分较为繁琐， 但 对于我对 matlab 在电力系统方面应用的掌握有很大的帮助，同时也温习、巩固了电力系统 的相关知识。 总的来说，该 matlab 大型作业使我对 matlab 应用有长足的进步，获益匪浅！
2、调试结果：
2、 一个 50Hz 的简单电力系统如下图所示， 试在 Simulink 中建立仿真模型研究该系统性能。
k1 G T L
LD1
LD2
系统建模要求如下： （1） 发 电 机 G 采 用 “ Synchronous Machine pu Fundamental ” 模 型 ， 变 压 器 T 采 用 “Three-Phase Transformer (Two Windings)” 模型， 输电线路 L 采用 “Three-Phase Series RLC Branch”模型，负荷 LD1、LD2 采用“Three-Phase Parelell RLC Load”模型。 （2） 发电机模型参数：采用预设模型，其中学号末位数字为 1 的同学使用编号为 01 的模 型参数，学号末位数字为 2 的同学使用编号为 02 的模型参数，……，学号末位数字 为 0 的同学使用编号为 10 的模型参数。 （3） 变压器模型采用默认参数，副边电压 10kV，但需要注意与发电机模型相匹配参数的 设置（原边电压、频率等） ，变压器容量设置为发电机额定功率的 1.2 倍； （4） 线路参数的设置原则：忽略电容，X/R=3，线路通过发电机额定功率时首末端压降 约为 0.05p.u.； （5） 负荷模型采用默认参数，但需要注意与整个系统模型相匹配参数的设置（电压、频 率等） ，负荷 LD1 容量设置为发电机额定功率的 5％，LD2 容量为发电机额定功率 的 30%，功率因数 0.95。 （6） 其他模块（如短路模拟、测量、示波、powergui 等）的使用根据研究要求自行确定。 性能研究要求： （1） 利用 powergui 计算该系统的稳态潮流情况； （2） 利用 powergui 将系统设置为零初始状态，仿真系统达到稳态的过程； （3） 利用 powergui 将系统设置为稳态，仿真 k 点发生三相短路、持续 0.15 秒后切除的系 统过渡过程，要求输出短路电流的波形。 作业形式要求： （1） 根据题目要求进行理论分析，计算出发电机稳态时转速，短路电流周期分量以及冲 击电流的大小。 （2） 进行上机建模、仿真，完成后将发电机、变压器、线路、负荷的参数，以及模型图、 稳态潮流结果、 仿真过程曲线等结果抓图打印粘贴在大作业报告中。 仿真结果必须同理论分 析结果基本保持一致。 （3） 对自己在建模和仿真过程中遇到的关键问题和收获、结论等进行阐述。
2
X L. pu 3 * 98.82 * X L. pu 3
* 10 3 296.46 *
16 * 10 3 0.043024 ， 2 10.5
RT . pu

0.043024 0.01434 3 2 3 * 0.01434 (0.043024 0.0667 ) 2
2
所以短路电流周期分量：
I pm理论
2 *1 3 * R L. pu ( X L. pu X T . pu )
2 2
* IB
* 0.87977 A 6.4915 A
冲击电流：
iimp理论 (1 exp
0.01 * 100 * * R L 0.01 * 100 * 3.14 * 98.82 ) * I pm (1 exp ) * 6.4915 A X L XT 8 10 2 3 296.46 * * 10 100 19.2 （1 0.647） * 6.4915 A 10.69 A
MATLAB 大型作业
1、 编写 matlab 函数命令 M 文件，完成下列功能： （1） 函数输入参数为正整数 n，要求 3<n<10，如果输入的参数不符合 3<n<10，则给出 提示； （2） 生成 n 阶矩阵 A； （3） 生成 n 阶矩阵 B，B 的每个元素是对应位置上 A 矩阵元素的自然对数； （4） 求矩阵 B 的所有对角线元素之和 m； （5） 返回值为矩阵 B 和 m； （6） 要求：进行上机编程，调试完成后将程序书写在大作业报告中、并加以注释，将 调试结果抓图打印粘贴在大作业报告中。 解：1、M 文件的编写：
2、仿真、理论分析及对比 （1）模型的搭建
（2）利用 powergui 计算该系统的稳态潮流情况
根据 powergui 计算得发电机潮流情况：
PG实际发出 5529.6W ， QG实际发出 1925.9Var 。
理论分析的整个系统消耗：
P理论消耗 PLD1 PLD 2 800W 4800W 5600W （忽略变压器和线路的有功损耗） ， Q理论消耗 Q LD1 (QT Q L ) Q LD 2 100Var 4800 2 1578 2 8 10 2 * ( 3 * 98 . 82 * * 10 3 )Var 1578Var 1860.1Var 2 100 19.2 10000
c、理论分析与实际仿真结果对比、分析、验证 理论分析与实际仿真的短路冲击电流不符， iimp理论 与iimp实际 相差较大。 分析原因，我认为是：短路后，发电机的机端电压不再保持不变，而是有了个较大的降低。 又短路冲击电流是取短路后
T 周期时的电流幅值，此时所对应的实际电压幅值要比理论分析 2
时所用的电压幅值小很多，故使得 imp理论 与iimp实际 相差较大。这一点可从下图中看出。 Scope3 发电机端电压仿真模拟：
a、Scope1 系统电流仿真模拟：
从系统电流波形上得出： iimp实际 4.825 A b、理论分析短路电流周期分量及冲击电流的大小 设置统一的基准值 S B 16 KVA ， V B Vav 则 IB
16 3 * 10.5
A 0.87977 A ，
X T . pu
8 SB 8 16 * * 0.0667 ， 100 S T 100 19.2 SB Vav
（3）利用 powergui 将系统设置为零初始状态，仿真系统达到稳态的过程 利用 powergui 将系统设置为零初始状态：
Scope1 系统电流仿真模拟：
Scope2 系统电压仿真模拟：
由上面的两个图可以看出， 发电机零初始状态运行到稳态的过程中， 系统电流有个逐渐衰 减至稳定的过程；而系统电压则基本保持不变。 系统电流产生这种情况的原因是由于发电机无自动调频装置， 使得发电机和系统的有功在 零初始状态至稳态的过程中随着频率的下降而下降，最终平衡；由于系统有功在此过程中逐 渐下降并最终稳定，故系统电流曲线也在此过程中逐渐衰减并最终稳定。 系统电压产生这种情况的原因是由于设置发电机为平衡节点， 发电机机端电压大小、 相位 保持不变，且系统无功基本平衡，故系统电压曲线基本保持稳定。 （4）利用 powergui 将系统设置为稳态，仿真 k 点发生三相短路、持续 0.15 秒后切除的系统 过渡过程，要求输出短路电流的波形。 利用 powergui 将系统设置为稳态
PG实际发出 P实际消耗 P理论消耗
这一点从发电机的转速变化曲线上就可以看出： Scope4 发电机转速仿真模拟：