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Matlab在电力行业的应用
来源:未知 时间:2019-03-04 21:21
       

摘要:介绍了Matlab/Simulink的基本特点及应用Matlab进行仿真的基本方法和步骤。通过在电力系统分析中运用的实例和在电力电子器件中运用的实例综合说明了其在电力行业中的作用。仿真过程中运用了电力系统中常见的简单的短路模型,以及电力电子技术中的三相全控整流电路。通过分析仿真结果得出:用Matlab进行的仿真与理论分析结果基本一致;用Matlab进行仿真对于节约成本、提高效率有着重要意义,在电力行业中具有很大的应用前景。 
  关键词:Matlab;Simulink;电力系统;电力电子;仿真 
  中文分类号:TM743 文献标志码:A 文章编号:1006-8228(2011)09-66-03 
   
  0 引言 
   
  Matlab是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国MathWorks公司于1982年出品的商业数学软件,在概念设计,数据处理,建模仿真,绘图功能及实时分析等方面有着非常强大的功能。该软件功能极其丰富,可通过代码编程,也可通过GUI(图形用户界面)进行图形编程,目前已经被应用于多个行业中。 
  在电力行业中,为了确保电路设计、电力系统运行和电力电子器件测试的成功,同时又取消代价昂贵的实物实验,且避免存在潜在危险的设计缺陷,就必须在设计流程中进行周密的计划与评价。尽管计算机仿真并不能完全代替实物实验,但电力行业的计算机仿真给出了一个成本低、效率高的方法,能够在进入更为昂贵、费时的原型开发阶段之前,分析计划可行性,找出问题所在。因此最佳的设计流程需要将仿真与原型开发混合进行。 
   
  1 应用Matlab进行电力仿真的基本方法 
   
  1.1Simulink工具箱 
  Matlab中的Simulink工具箱为电力行业多方面的仿真提供了良好的平台。Simulink提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,用户无需通过学习代码进行编程,只需通过学习简单的图形编程即可构建出各种复杂的系统进行仿真。Simulink中有一个Power System Blockset(PsB],提供了各类电力行业中运用的器件,包括RLC支路和负载、变压器、传输线、避雷器、电机、电力电子装置等。并且在构建电力模型时,还要考虑如光能、热力等问题,电力行业涉及到多种专业知识。 
   
  1.2仿真方法 
  Matlab对于电力行业的仿真主要可分为以下两种方法: 
  (1)代码编程,即通过编码编写程序来实现对电力系统、电力电子中的电路仿真,虽然Matlab中的编程较C语言等其他编程语言来说相对简易,但对于初学者来说仍然有一定的难度; 
  (2)图形编程,该方法建立在Simulink平台之上,利用其中PSB中的原件模型构建已设计的电路,并且自行设置参数,可用示波器观察电路的工作情况,从而获得令人满意的仿真结果。该方法相对代码编程来说相对容易,易于掌握。 
   
  2 Matlab在电力系统分析中的运用实例 
   
  2.1电路设置 
  本文以三相电力系统中最基本的短路分析为例,使用Matlab对电力系统中常见的三相短路,两相接地短路,单相接地短路进行波形分析。 
  本文的模型中选用理想三相电压源(Three―PhaseSource)作为电源,该电压源为Y型连接,中性点不接地;使用两段100kin分布参数输电线(Distributed Parameters Linel)作为输电线路,线路2末端中性点接地;使用三相短路故障发生器(Three-Phase Fault)产生各类短路。 
  各模块参数设置如下: 
   
  三相电压源:相电压有效值380V,相相角0°,频率50Hz。 
  分布参数输电线:频率50Hz,单位长度电阻[0.011650.2676],单位长度电抗[0.8679e-33.008e-3],单位长度电容[13.41e-9 8.57e-9],长度100m。 
  三相故障短路发生器:故障点电阻0.00112,故障点接地电阻0.001,转换状态[10],转换时间[0.01 0.05]。 
  电路模拟图如图1所示。 
   
   
  2.2短路电流波形 
  参数设置和电路连接完或后,按仿真按钮,并双击示波器模块,可得如下波形。 
  (1)将三相短路故障发生器中“故障相选择”的A、B、c三相故障都选中,得三相短路故障电流波形如图2所示。 
  (2)将三相短路故障发生器中“故障相选择”的A、B两相故障选中,并选择故障相接地选项,得两相接地短路电流波形如图3所示。(3)将三相短路故障发生器中“故障相选择”的A相故障选中,并选择故障相接地选项,得单相接地短路电流波形如图4所示。 
  由波形可以看出,当系统发生短路时,短路相的电流迅速增大,当故障排除后,电流逐渐恢复正常,这与理论分析的结果一致。 
   
  3 Matlab在电力电子中的应用 
   
  3.1三相桥式全控整流电路设计 
  电力电子,顾名思义,即为应用于电力系统中的电子技术,电力电子器件的电路结构可简单可复杂,设计过程也可用Matlab进行仿真实验。本文以三相桥式全控整流电路为例,简单介绍Matlab在电力电子器件仿真中的应用。 
  设计的三相桥式全控整流电路通过变压器与电网连接,经过变压器的耦合,晶闸管主电路得到一个合适的输入电压,使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离,还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护,利用快速熔断器进行过电流保护。 
  本文利用该电路在删除和添加滤波环节分别进行模拟,以说明Matlab在电力电子器件测试中的作用。 
  选用三个幅值设置为537V,频率为50Hz的交流电压源,各电压源之间相差120°;一次侧相电压658V,二次侧相电压165V,频率50Hz的变压器;负载为2.2Q;电抗值为50mH的滤波电抗;电容值为200uF的滤波电容;集成的六脉波发生器;整流桥选用已封装的Universal Bridge。 
  加入滤波环节电路模拟图如图5所示。删除滤波环节的直流侧如图6所示。 
   
  3.2负载侧波形-- 
  通过六脉波发生器输入的设置可以改变晶闸管的触法角,可得到不同的输出电压,本文测试了60。触发角时,在删除和添加滤波环节这两种不同情况下的直流侧波形。 
  (1)a=60°。无滤波环节时直流侧电压波形如图7所示(2)a=60°,添加滤波环节时直流侧电压波形如图8所示 
  通过Matlab仿真可以清楚地看到滤波环节的重要性,同时计算机仿真工作也省去了制作实物电路后再测试电路的繁琐过程。 
   
  4 结束语 
   
  利用计算机进行仿真已经逐步应用于各个行业。我们看到,在电力行业使用Matlab进行仿真,为解决复杂问题提供了方便的平台,Matlab已成为电力行业不可缺少的重要软件工具。本文探讨了使用Matlab在电力系统和电力电子器件中进行仿真,在仿真平台上搭建有效的电路,并得到了理想的仿真结果。

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