第8章_MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
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。
高压直流输电系统的matlab仿真
目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.1.1国外的研究现状 (1)1.1.2国内的发展现状 (1)1.2课题设计目标 (1)1.2.1经济性 (1)1.2.2互联性 (1)1.2.3控制性 (2)1.3高压直流输电的缺点 (2)2高压直流输电控制基本原理 (3)2.1高压直流输电控制系统分层结构 (3)2.2高压直流输电控制原理 (4)2.3高压直流输电控制方式 (5)2.3.1换流器触发控制 (5)2.3.2换流变压器控制 (5)2.4高压直流输电控制系统基本组成 (5)2.4.1换流器触发控制基本组成 (5)2.4.2换流变压器分接头控制基本组成 (6)3高压直流输电基本构成和工作原理 (7)3.1直流输电系统的构成方式 (7)3.1.1单极系统 (7)3.1.2双极系统 (8)3.1.3背靠背直流系统 (9)3.2高压直流输电的基本结构与工作原理 (9)3.2.1高压直流输电的基本结构与工作原理 (9)3.2.2基于晶闸管的12脉动换流单元 (10)4高压直流输电仿真模型的建立与结果分析 (12)4.1高压直流输电仿真模型的建立 (12)4.1.1线路的参数 (12)4.1.2整流环节简介 (13)4.1.3逆变环节简介 (13)4.1.4滤波器子系统简介 (13)4.2仿真结果分析 (14)4.2.1稳态系统波形 (14)4.2.2 HDVC系统直流线路故障 (15)4.2.3 HDVC系统交流侧故障 (17)5结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)ContentsAbstract (II)1 Introduction (1)1.1 Background and significance (1)1.1.1 Foreign research (1)1.1.2 Domestic research (1)1.2 Advantages of HDVC (1)1.2.1 Economy (1)1.2.2 Connection (1)1.2.3 Control (1)1.3 Short of HDVC (2)2 Basic principle of HDVC control system (3)2.1 Hierarchical structure (3)2.2 Principle of HDVC control system (4)2.3 Methods of HDVC control (5)2.3.1 Converter trigger (5)2.3.2 Converter transformer (5)2.4Constitute of HDVC control system (5)2.4.1 Consititute of converter trigger (5)2.4.2 Consititute of converter transformer (6)3 Operational principle of HDVC system (7)3.1 Consititute of HDVC system (7)3.1.1 System of single-pole (7)3.1.2 System of double-pole (8)3.1.3 System of back-to-back (9)3.2Operational principle of HDVC system (9)3.2.1Operational principle of HDVC system (9)3.2.2 12 pulsation commutation units based on thyristor (10)4Foundation and analysis of simulation model (12)4.1 Foundation of simulation model (12)4.1.1 Parameter in lines (12)4.1.2 Rectifier (13)4.1.3 Inverter (13)4.1.4 Filter (13)4.2 Analysis of simulation model (14)4.2.1 Waveform of steady state system (14)4.2.2 Waveform of DC line fault (15)4.2.3 Waveform of AC line fault (17)5 Conclusion (19)Reference documentation (20)Appreciation (21)高压直流输电系统的MATLAB仿真摘要：HVDC就是高压直流输电的缩写，不同于传统的交流输电，采用高压直流输电具有许多交流输电不具备的特性。
基于MATLAB的高压直流输电系统建模与仿真
编号 2018180240B 研究类型基础研究分类号 TP273.6 学士学位论文（设计）Bachelor’s Thesis论文题目基于MATLAB的高压直流输电系统的建模与仿真作者姓名罗俊学号2014118010240所在院系机电与控制工程学院学科专业名称电气工程及其自动化导师及职称韩涛讲师论文答辩时间2018年5月12日学士学位论文（设计）诚信承诺书目录1绪论 (5)1.2高压直流输电系统的优势和不足 (5)1.3高压直流输电的应用 (6)2 高压直流输电系统的原理 (6)2.1高压直流系统的元件与接线 (7)2.2换流器的工作原理 (12)2.3十二脉动换流器 (17)2.4直流输电系统的基本控制原理 (19)2.5直流输电系统的基本控制 (19)3高压直流输电系统仿真建模 (21)3.1单个最大接地回路直流输电系统基本结构（正极） (21)3.2 建模与仿真工具MA TLAB/Simulink 简介 (22)3.3高压直流输电系统建模 (23)4高压直流输电系统仿真结果分析 (27)4.1高压直流输电系统的起停和逐步仿真 (27)总结 (31)参考文献 (31)基于MATLAB的高压直流输电系统建模与仿真罗俊（指导教师，韩涛）（湖北师范大学机电与控制工程学院，中国黄石 435002）摘要：高压直流输电系统（HVDC）是一种成本低，耗能少，稳定性高，并且利用长距离线路来进行大容量输电的技术。
这种技术一般运用在海底电缆等长距离大容量的输电线路中。
本篇论文对高压直流输电系统（HVDC）的结构和概况进行论述。
运用Matlab仿真软件中的Simulink对其进行建模和系统的仿真得到相应的仿真波形，验证其有效性。
关键字：高压直流输电系统；Matlab仿真；Simulink模块库中图分类号：TP273.6Modeling and Simulation of HVDC Transmission System Based onMATLABLuo Jun(tutor: Han Tao)(College of Mechatronics and Control Engineering, Hubei Normal University, Huangshi, China, 435002)Abstract :HVDC (HVDC) is a low cost, low energy consumption, high stability, and the use of long distance lines for large capacity transmission technology. This technique is commonly used in long-distance, large-capacity transmission lines such as submarine cables. This paper discusses the structure and general situation of HVDC. Simulink of Matlab simulation software is used to simulate the simulation of the simulation and verify its effectiveness.Key words:HVDC transmission system；The Matlab simulation；Simulink module library基于MATLAB的高压直流输电系统建模与仿真罗俊（指导教师，韩涛）（湖北师范大学机电与控制工程学院中国黄石 435002）1绪论1.1高压直流输电系统的发展概况在现如今这个时代，用电在日常的生活中不可或缺，那么输电系统就显得更加重要，传输系统可分为直流传输和交流传输与交流传输相比，高压直流传输具有低功耗，低成本和高传输容量的优点，直流传输更加稳定。
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。
matlab在电力系统线路故障仿真中的应用
一、概述1. 电力系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，而线路故障是影响电力系统稳定性和可靠性的重要因素之一。
2. 仿真技术在电力系统线路故障研究中起着至关重要的作用，而matlab作为一种强大的数学工具，被广泛应用于电力系统仿真中。
二、matlab在电力系统仿真中的基本原理1. matlab作为一种数学建模与仿真工具，在电力系统仿真中可利用其强大的计算和可视化功能。
2. 电力系统仿真中的基本原理包括系统建模、参数设置、仿真算法选择等。
三、matlab在电力系统线路故障仿真中的具体应用1. matlab上线路故障模拟中的原理与方法1.1 研究线路故障对电力系统的影响需要进行故障模拟，而matlab可通过建立系统模型来模拟不同类型的线路故障。
1.2 matlab可通过编程实现故障过程中的系统参数变化、电压电流波形变化等仿真过程。
2. matlab上线路故障分析中的应用2.1 通过matlab进行线路故障仿真后，可利用其数据分析和可视化功能对故障过程进行分析，包括电压、电流、功率等参数的变化规律。
2.2 matlab可绘制出故障瞬态过程中的波形图、相量图等，为故障分析提供直观的数据支持。
3. matlab上线路故障处理与优化中的应用3.1 通过matlab仿真分析线路故障后，可对电力系统的保护装置和故障处理方案进行优化，提高系统的可靠性和稳定性。
3.2 matlab可通过仿真结果对系统的故障处理方案进行验证和优化，为现场操作提供科学依据。
四、matlab在电力系统线路故障仿真中的发展趋势1. 面向大规模电力系统的仿真1.1 matlab在电力系统仿真中的应用已经逐渐向着大规模和复杂系统发展，如超高压输电系统的仿真研究。
2. 面向多元化仿真需求2.1 随着电力系统技术的不断创新，matlab在电力系统线路故障仿真中的应用也将面临更多元化的仿真需求，如新能源系统的仿真研究。
五、结论1. matlab作为一种强大的数学工具，在电力系统线路故障仿真中发挥着重要作用。
直流调速系统的MATLAB仿真(报告)
直流调速系统的MATLAB 仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。
该系统的仿真模型如图2所示。
图1 开环直流调速系统电气原理图图2 直流开环调速系统的仿真模型为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为minc cmax9090U U αα︒-=︒-在本模型中取min 30α=︒，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。
在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。
仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =，N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =⋅。
励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。
采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。
平波电抗器d 20mH L =。
仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。
仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。
2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压N rec N 2min 2200.3136130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯==≈⨯︒② 电动机参数 励磁电阻：f f f 220146.7()1.5U R I ===Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。
电枢电阻：a 0.2R =Ω电枢电感由下式估算：N a N N 0.422019.119.10.0021(H)2221460136CU L pn I ⨯==⨯≈⨯⨯⨯电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ：N a N e N 2200.21360.132(V min/r)1460U R I K n --⨯==≈⋅ T e 60600.132 1.262π2πK K ==⨯≈T af f 1.260.84(H)1.5K L I === 电机转动惯量2222.50.57(kg m )449.81GD J g ==≈⋅⨯③ 额定负载转矩L T N 1.26136171.4(N m)T K I ==⨯≈⋅表1 开环直流调速系统主要模型参数3）设置仿真参数：仿真算法odel5s ，仿真时间5.0s ，直流电动机空载起动，起动2.5s 后加额定负载L 171.4N m T =⋅。
基于MATLAB的高压直流系统直流线路故障仿真分析
１ 引 言
高压直流 输电具有很 多优 点，首先可 以应用在 电能传
２ Ｈ ＶＤ Ｃ系统 的基本 结 构和 工作 原 理
Ｈ Ｖ Ｄ Ｃ 系统的基本结构如图１ 所示，主要包括换流站、直 流输 电线路 、电抗器、交流滤波器 、变压器 以及无功补偿
装置等部分 。
输距离较远 的地方 ，还能够对有功功率进行调节 以适应负 荷 的需求 ，因此 能够在世界各 国地 区迅速流行起来 ，在功
的稳 态性 能和动 态调控 能 力明显增 强，所 以系统 的控 制方 式是 否合理会 直接 影响到 电力 系统的动 态响应特性 。本 文对 Ｈ Ｖ ＤＣ系统的基本结构、运行原理等 方面进行详细介绍 ，并对ＨＶ ＤＣ系统进行仿 真研 究，分析 系统的稳 态、动 态特性。响应
率较高相距较远 的领域 以及海底下 电缆输送 电能等运用十 分常见 ，其主要优 点表现在 以下几个方面 ［ １ ］ ：
（ １ ）由于 直流线路上 电压处处相等 ，所 以电容在 直
流线 路上 可 以忽略其 作用 ，而对 于交 流相 同时 ， 由于 电 容 的作用 ，线路 上 电压值 变得不 尽相 同 ，所 以在 交流输 电系统 中需要装 设 的 电抗 器在直 流 系统 中则不再 需要 ， 大大降低 了成本 。
—
—
￣ －Ｕ￣ ２
（ １ ）
ｌ １ ）
相联 网 ，将 巨大 的系 统分割 成相对 独立 的小 的系 统，不 但可 以有效 减少 短路是 系统 的容量 值 ，还可 使得整 个 电 力系统的运行稳定性得到 了大幅度 提升＿ ２ ］ 。 （ ４ ）对 于直流输 电而言 ，能够对 系统潮流进 行有效
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ Ｏ Ｎ Ｉ Ｃ Ｓ ＷＯ Ｒ Ｌ Ｄ・ 技术 交流
第8章_MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
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
VdL (pu)
Id Idref lim(pu)
1.5 1
0.5
0
-0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
3
2
1
0
0.6
0.7
0.8
0.9
1
200
100
0
0.6
0.7
0.8
0.9
1
6
4
2
0
0.6
0.7
0.8
0.9
1
t/s
1.1
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
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。
Inverter Protection
Low AC Voltage Detection
Commutation Failure Preventio n Control
交流侧故障检测
减弱电压跌落导致的换相失 败
12⁃Pulse Firing Control Gamma Measurement
产生同步的12个触发脉冲 熄弧角测量
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 电与直流电之间的转换。 3)滤波器，交流侧滤波器一般装在换流变压器的交流侧母线上。 4)无功补偿装置，换流器在运行时需要从交流系统吸引大量无 功功率，在稳态时吸收的无功功率约为直流线路输送有功功率 的50%，因此，在换流器附近应有无功补偿装置为其提供无功 电源。
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recorded signals
Data Acquisition
DC line 300 km DC Fault
Master Control Master Control
0.5 H
+
A
B
-
C
Inverter
Aa Bb Cc Binv
AC filters 50 Hz
10
1．7
关断变换器
alphaord (deg) Id Idref lim(pu) VdL Vdref (pu) Control Mode
5)直流平波电抗器，减小直流电压、电流的波动，受扰时抑制 直流电流的上升速度。
图8-1 单极大地回流直流输电系统的基本结构
8.1.2 HVDC系统的仿真模型描述
1. 线路的参数 2. 整流环节简介 3. 逆变环节简介 4.滤波器子系统简介
A B C A B C
EM: 500kV, 50 Hz 5000 MVA equivalent
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
Inverter Protection
Low AC Voltage Detection
Commutation Failure Preventio n Control
交流侧故障检测
减弱电压跌落导致的换相失 败
12⁃Pulse Firing Control Gamma Measurement
产生同步的12个触发脉冲 熄弧角测量
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
600 Mvar
Inverter Control and Protection
HVDC 12-pulse Transmission System 1000 MW (500kV-2kA) 50 Hz
图8-2
EN: 345kV, 50 Hz, 10,000 MVA equivalent
A
A
A
B
B
B
C
C
C
6)在1.6s时，整流器侧的触发延迟角被强制设置为166°，逆变器 侧的触发延迟角被强制设置为92°，使得直流线路放电。 7)在1.7s时两个变换器均关断，变换器控制状态为0。
序号 1 2
3
5
6
7 8
表8-3 系统控制参数随时间变化表
时 刻/s 0 0．02
0．4
0．7
0．8
1．0
1．1 1．4
动
作
电压参考值为1p．u．
变换器导通，电流增大 到最小稳态电流参考值
电流按指定的斜率增大 到设定值
参考电流值下降0．2 p．u．
参考电流值恢复到设定 值
参考电压由1p．u．跌落 到0．9p．u．
参考电压恢复到1p．u． 变换器关断
表8-3 系统控制参数随时间变化表
9
1．6
强迫设置触发延迟角到
指定值
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 电与直流电之间的转换。 3)滤波器，交流侧滤波器一般装在换流变压器的交流侧母线上。 4)无功补偿装置，换流器在运行时需要从交流系统吸引大量无 功功率，在稳态时吸收的无功功率约为直流线路输送有功功率 的50%，因此，在换流器附近应有无功补偿装置为其提供无功 电源。
直流侧故障和交流侧故障检 测
DC Fault Protection
判断直流侧是否发生故障， 启动必要的动作清除故障
产生同步的12个触发脉冲
表8-2 逆变器控制和保护子系统包含的模块及作用
模块名称 Inverter Current/ Voltage/Gamma Controller
作用
逆变侧电压、电流、熄弧角 调节，与整流侧系统相同
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1.0p.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.。
phi = 80 deg. 3rd harm. A-G Fault
Di scre te , Ts = 5e-005 s.
图8-3 整流环节子系统结构
图8-4 整流器子系统结构
表8-1 整流器控制和保护子系统包含的模块及作用
模块名称 Rectifier Controller
Rectifier Protections 12⁃Pulse Firing Control
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性 输电中的仿真实例
8.1 高压直流输电系统的仿真实例 8.2 静止无功补偿器(SVC)的仿真实例 8.3 晶闸管控制串联电容器(TCSC)的仿真实例
8.1 高压直流输电系统的仿真实例
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5 8.1.6
HVDC系统的基本结构与工作原理 HVDC系统的仿真模型描述 HVDC系统的调节特性 HVDC系统的起停和阶跃响应仿真 HVDC系统直流线路故障仿真 HVDC系统交流侧线路故障仿真