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的轻型高压直流输电系统仿真
基于MATLAB的轻型高压直流输电系统仿真
屈鹏
【期刊名称】《中国西部科技》
【年(卷),期】2009(8)22
【摘要】本文分析了轻型高压直流输电的基本原理,建立了基于MATLAB的轻型高压直流输电系统的仿真模型.通过对三相接地短路的分析,验证了所建立的仿真模型和控制系统的正确性和合理性,为进一步研究轻型高压直流输电系统的物理模型奠定了理论基础.
【总页数】2页(P25,36)
【作者】屈鹏
【作者单位】贵州大学电气工程学院,贵州,贵阳,550003
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
【相关文献】
1.轻型高压直流输电系统的MATLAB仿真
2.基于PSCAD/EMTDC的背靠背高压直流输电系统仿真
3.基于PSCAD的云广特高压直流输电系统仿真模型建立
4.基于MATLAB/Simulink的高压直流输电系统仿真研究
5.基于MATLAB的超高压直流输电系统仿真研究
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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。
基于MATLAB的高压直流输电系统的仿真
尹晓钢
（山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018）
摘要：高压直流输电（HVDC）是具有传输过程中电能损耗量相对较少、电力线路造价成本低、传输稳定性好等优势的利用长距离线路进行大容量输电的一种输电技术。这种输电技术一般被应用在海底电缆输电以及长距离的大容量输电等领域。本篇论文对HVDC（高压直流输电）系统的概况以及基本结构做了比较系统的论述，并且利用MATLAB仿真软件中的Simulink模块库对HVDC系统进行了建模和系统仿真分析。利用仿真所得到的实验结果我们能够比较准确地观察HVDC系统的动态变化特性。
Keywords:HVDC system; MATLAB simulation; Simulink module library
1
1.1
电能是我们在日常生产生活之中必不可少的能源之一。在最开始的阶段我们使用的输电方式是直流输电，但随着时间的推移直流输电已经不能够满足人们对供电的需求，因此出现了交流输电。但是到了如今的世界，交流输电又暴露出了许多缺陷，于是直流输电又重新进入了人们的视野。
当前，电力电子技术正处于快速发展阶段，大功率可控硅材料的价格降低、稳定性提高，直流输电技术不断改善，电力系统之中肯定会更多的用到直流输电技术。直流输电技术的进步与众多科学技术的发展是紧密相关的，目前出现了一些新式的发电技术---太阳能电池发电、燃料电池发电、磁流体发电等，这些发电方式产生的电能都是直流电，因此要通过直流输电的方式进行传输，然后通过逆变器逆变后进入交流系统。在今后的输电过程中一定是直流、交流混合的方式。
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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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.。
c 2
1.4
200
150
100
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
100
50
0
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
t/s
alphaord (deg)
Control Mode
a)整流侧得到的相关波形
b)逆变侧得到的相关波形
图8-9 HVDC系统交流侧线路故障仿真波形图
Va
Vb
2 1 0 -1 -2 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
10
1．7
关断变换器
alphaord (deg) Id Idref lim(pu) VdL Vdref (pu) Control Mode
VdL (pu)
Id Idref lim(pu)
1.5 1
0.5
0
-0.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
1.5 1
0.5
0
-0.5
0
0.2
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
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
Open this block to visualize
recorded signals
Data Acquisition
DC line 300 km DC Fault
Master Control Master Control
0.5 H
+
A
Aa
B
Bb
-
C
Cc
Inverter
Binv
AC filters 50 Hz
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
图8-21 TCSC模块结构
图8-22 TCSC标幺值电抗( = / ) 随β变化的特性图
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。
2 1 0 -1 -2 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
2 1 0 -1 -2 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
t/s
Ic
Ib
Ia
40 20
0 -20
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
40 20
0 -20
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
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。
图8-12 SVC的伏安特性曲线
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
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)
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
4
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
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
1.1
1.2
1.3
1.4
3
2
1
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0.6
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200
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0
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200
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0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
11.21.4源自1.61.82
t/s
alphaord (deg)
Control Mode
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
200
100
0
0
0.2
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1
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1.4
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1.8
2
6
4
2
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
t/s
gamma
1.5
1
0.5
0
-0.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
0
0.2
a)整流侧得到的相关波形
b)逆变侧得到的相关波形
图8-7 HVDC系统的起停和阶跃响应仿真波形图
状态 0 1
2 3
表8-4 变换器控制状态及意义
意义 关断 电流控制
电压控制 α最小值限制
状态 4 5
6
意义 α最大值限制 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8-17 具有并联补偿设备的简单系统
A
aA
N
B
bB
C