电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用_第1章

单击此处编辑母版标题样式,第,1,章 概述,教材：电力系统的,MATLAB/Simulink,仿真及应用,王晶 翁国庆 张有兵,西安电子科技大学出版社,理论教学：,32,学时,上机教学：,16,学时,第,1,章 概述,1.1,电力系统常用仿真软件简介,1.2 MATLAB/SIMULINK,概述,1.3,简单电路演示,习题,1.1,电力系统常用仿真软件简介,电力系统是一个大规模、时变的复杂系统，在国民经济中有非常重要的作用。电力系统数字仿真已成为电力系统研究、规划、运行、设计等各个方面不可或缺的工具，特别是电力系统新技术的开发研究、新装置的设计、参数的确定更是需要通过仿真来确认。目前常用的电力系统仿真软件有：,(1),邦纳维尔电力局,(Bonneville Power Administration, BPA),开发的,BPA,程序和,EMTP( Electromagnetic Transients Program),程序；,(2),曼尼托巴高压直流输电研究中心,(Manitoba HVDC Research Center),开发的,PSCAD /EMTDC (Power System Computer Aided Design/Electromagnetic Transients Program including Direct Current),程序；,(3),德国西门子公司研制的电力系统仿真软件,NETOMAC (Network Torsion Machine Control),；,(4),中国电力科学研究院开发的电力系统分析综合程序,PSASP(Power System Analysis Software Package),；,(5) MathWorks,公司开发的科学与工程计算软件,MATLAB(Matrix Laboratory,，矩阵实验室,),。,电力系统分析软件除了以上几种，还有美国加州大学伯克利分校研制的,PSPICE ( Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis),、美国,PTI,公司开发的,PSS/E,、美国,EPRI,公司开发的,ETMSP,、,ABB,公司开发的,SYMPOW,程序和美国,EDSA,公司开发的电力系统分析软件,EDSA,等。以上各个电力系统仿真软件的结构和功能不同，它们各自的应用领域也有所侧重。,EMTP,主要用来进行电磁暂态过程数字仿真，,PSCAD/EMTDC,、,NETOMAC,主要用来进行电磁暂态和控制环节的仿真，,BPA,、,PSASP,主要用来进行潮流和机电暂态数字仿真。,近年来，,MATLAB,由于其完整的专业体系和先进的设计开发思路，在多个领域都有广泛的应用。在国际学术界，,MATLAB,已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上,(,尤其是信息科学刊物,),，都可以看到,MATLAB,的应用。在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把,MATLAB,作为授课内容。这几乎成了,20,世纪,90,年代教科书与旧版教科书的标志性区别。在这些学校里，,MATLAB,是攻读学位的本科生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。,在设计研究单位和工业部门，,MATLAB,被认为是进行高效研究和开发的首选软件工具。如美国,National Instruments,公司的信号测量、分析软件,LabVIEW,，,Cadence,公司的信号和通信分析设计软件,SPW,等，它们直接建筑在,MATLAB,之上，或者以,MATLAB,为主要支撑。又如,HP,公司的,VXI,硬件，,TM,公司的,DSP,，,Gage,公司的各种硬卡、仪器等都接受,MATLAB,的支持。,MATLAB,在全球现在有超过,50,万的企业用户和上千万的个人用户，广泛地分布在航空航天、金融财务、机械化工、电信、教育等各个行业。,1998,年,MathWorks,公司推出了,MATLAB 5.2,版本，针对电力系统设计了电力系统模块集,(Power System Block,，,PSB),。该模块集包含大量电力系统的常用元器件，如变压器、线路、电机和电力电子等，功能也比较全面，逐渐被电力系统的研究者接受，并将它作为高效的仿真分析软件。,clc,;,const,=0;,x=-5:0.05:5;y=-5:0.05:5;z=-5:0.05:5;,x,y,z,=,meshgrid,(,x,y,z,);,f=(x.2 + (9/4)*y.2 + z.2 - 1).3 - x.2.*z.3 - (9/80)*y.2.*z.3-const;,p=patch(,isosurface,(x,y,z,f,0);,set(p, ,FaceColor, red, ,EdgeColor, none);,daspect,(1 1 1),view(3),camlight,; lighting,phong,1.2 MATLAB/SIMULINK,概述,1.2.1 MATLAB/SIMULINK,发展简史,1. MATLAB,发展简史,20,世纪,70,年代中期，,Cleve Moler,和他的同事们在美国国家科学基金的资助下研发了称为,LINPACK,和,EISPACK,的,FORTRAN,子程序库。,LINPACK,是解决线性方程问题的,FORTRAN,子程序集合，,EISPACK,是对特征值问题进行求解的子程序集合。它们一起代表了当时最具影响力的矩阵计算软件。,20,世纪,70,年代后期，当时已经成为新墨西哥大学计算机科学系系主任的,Cleve,，希望在他的线性代数授课课程中使用,LINPACK,和,EISPACK,软件。但是他并不想增加学生的编程负担，因此，设计了一组调用,LINPACK,和,EISPACK,库程序的“通俗易用”的接口，并且命名为,MATLAB,，其基本的数据单元是一个维数不加限制的矩阵。在,MATLAB,下，矩阵的运算变得非常容易。因此，一两年后，,MATLAB,在应用数学团体中流行起来。,1983,年的春天，,Cleve,到斯坦福大学进行访问，,MATLAB,深深吸引住了身为工程师的,John Little,。,John Little,敏锐地觉察到,MATLAB,在工程领域的广阔前景，于是同年，他和,Cleve Moler,、,Steve Bangert,一起用,C,语言开发了第二代,MATLAB,专业版，由,Steve Bangert,主持开发编译解释程序；,Steve Kleiman,完成图形功能的设计；,John Little,和,Cleve Moler,主持开发各类数学分析的子模块，撰写用户指南和大部分的,M,文件。,1984,年，,Cleve Moler,和,John Little,成立了,MathWorks,公司，发行了,MATLAB 1.0(,基于,DOS,的版本,),，正式把,MATLAB,推向市场。,MATLAB,的第一个商业化版本是同年推出的基于,DOS,的,MATLAB 3.0,，该版本已经具有数值计算和数据图示化的功能。通过不断的改进，,MATLAB,逐步发展成为一个集数值处理、图形处理、图像处理、符号计算、文字处理、数学建模、实时控制、动态仿真、信号处理为一体的数学应用软件。,1990,年推出的,MATLAB 3.5,版是第一个可以兼容在,DOS,和,Windows,下运行的版本，它可以在两个窗口上分别显示命令行计算结果和图形结果。,1992,年，,MATLAB,的第一个完全意义上的,Windows,版本,MATLAB 4.0,问世，从此告别,DOS,版。,MATLAB 4.x,有了很大的改进，首先是推出了,SIMULINK,；此外，,1993,年，,MathWorks,公司从加拿大滑铁卢大学购得,Maple,的使用权，以,Maple,为“引擎”开发了,Symbolic Math Toolbox 1.0,。,MathWorks,公司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。同时，,MathWorks,公司瞄准应用范围最广的,Word,，运用,DDE,和,OLE,构造了,Notebook,，实现了,MATLAB,与,Word,的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。,1997,年推出的,MATLAB 5.0,版本支持更多的数据结构，如单元数据、数据结构体、多维数组、对象与类等，使其成为一种更方便、更完美的编程语言。,1999,年初推出的,MATLAB 5.3,版在很多方面又进一步改进了,MATLAB,语言的功能，随之推出的全新版本的最优化工具箱和,SIMULINK 3.0,版达到了很高的档次。,MATLAB 5.x,较,MATLAB 4.x,无论是界面还是内容都有长足的进展，其帮助信息采用超文本格式和,PDF,格式，在,Netscape 3.0,和,IE 4.0,及以上版本、,Acrobat Reader,中均可以方便地浏览。,2000,年,10,月底推出了全新的,MATLAB 6.0,正式版,(Release 12),，在操作界面上有了很大改观，同时还给出了程序发布窗口、实时信息窗口和变量管理窗口等，为用户的使用提供了很大的方便；在计算内核上抛弃了其一直使用的,LINPACK,和,EISPACK,，而采用了更具优势的,LAPACK,软件包和,FFTW,系统，速度变得更快，数值性能也更好；在用户图形界面设计上也更趋合理；与,C,语言接口及转换的兼容性也更强。现在的,MATLAB,支持各种操作系统，它可以运行在十几个操作平台上，其中比较常见的有基于,Windows 9X/NT,、,OS/2,、,Macintosh,、,Sun,、,UNIX,、,Linux,等平台的系统。,现在的,MATLAB,再也不是一个简单的矩阵实验室了，它已经演变成为一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言，其功能也越来越强大，并不断地根据科研需求提出了新的解决方法。,2006,年,9,月，,MATLAB R2006b,正式发布。从这时开始，,MathWorks,公司每年进行两次产品发布，时间分别在每年的,3,月和,9,月，而且每一次发布都涵盖产品家族中的所有模块，包括产品的新特征、,bug,的修订和新产品模块的发布。例如，符号,R2006b,中，,2006,表示发布年度，,b,表示是每年的第,2,个版本,(9,月版,),，每年的第,1,个版本,(3,月版,),用,a,表示。,现在因特网上有大量的,MATLAB,资源，比如,Mathworks,公司的主页,http:/www.,MATLAB,大观园,http:/,、,MATLAB,国内代理公司恒润科技,http:/,等，读者可以从这些网站上获取更多版本更新信息。,2. SIMULINK,发展简史,SIMULINK,是,MathWorks,公司开发的又一个产生重大影响的软件产品。为了准确地分析控制系统的复杂模型，,1990,年,MathWorks,公司为,MATLAB,提供了崭新的控制系统模型图形输入与仿真工具，并命名为,SIMULAB,，它以工具库的形式挂接在,MATLAB 3.5,版上。,SIMULAB,包括仿真平台和系统仿真模型库两部分，主要用于仿真以数学函数和传递函数表达的系统，它是,20,世纪,70,年代开发的连续系统仿真程序包,(CCS),的继续。该软件发布后很快就在控制领域得到了广泛的使用。但是，因为其名字与著名的软件,SIMULA,类似，所以,1992,年改名为,SIMULINK (Simulation Link),，意思是仿真链接。,该软件有两个特别明显的功能：仿真与链接。也就是说，可以直接利用鼠标在模型窗口中画出所需要的控制系统模型，然后再利用该软件提供的功能来对控制系统直接进行模拟。很明显，这种做法使得一个原本很复杂的系统变得相当容易输入。,SIMULINK,的出现，使得,MATLAB,在控制系统仿真以及电脑辅助设计,(CAD),中的应用开创了崭新的一页。,现在的,SIMULINK,都直接捆绑在,MATLAB,之上，版本也从,1993,年的,MATLAB4.0/ Simulink 1.0,版升级到了,2007,年的,MATLAB 7.3/Simulink 6.6,版，并且可以针对任何能够用数学描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车动力学系统等，其中包括连续、离散、条件执行、事件驱动、单速率、多速率和混杂系统等。由于,SIMULINK,的仿真平台使用方便、功能强大，因此后来拓展的其它模型库也都共同使用这个仿真环境，成为了,MATLAB,仿真的公共平台。,3. SimPowerSystems,库发展简史,SimPowerSystems,库是,SIMULINK,下面的一个专用模块库，是在,SIMULINK,环境下进行电力、电子系统建模和仿真的先进工具。它建立在加拿大的,Hydro-Quebec,电力系统测试和仿真实验室的实践经验基础之上，并由,Hydro-Quebec,和,TECSIM International,公司共同开发而成，功能非常强大。,SimPowerSystems,库提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，在仿真前自动将仿真系统图变化成状态方程描述的系统形式，然后在,SIMULINK,下进行仿真分析。它为电路、电力电子系统、电机系统、发电、输变电系统和配电计算提供了强有力的解决方法，尤其是当设计开发内容涉及控制系统设计时，优势更为突出。,1998,年，当时以,Power System Blockset(PSB),命名的电力系统模块集跟随,MATLAB 5.2,一同推出。该模块集中包含电力系统常见的元器件和设备，以直观易用的图形方式对电力系统进行模型描述，并可与其它,SIMULINK,模块相连接，进行一体化的系统级动态分析。,2002,年，,MATLAB,推出了,R13,版本，将,Power System Blockset,更名为,SimPowerSystems,，当年的版本号为,2.3,。,2003,年,9,月推出的,SimPowerSystems 3.0,有了较大的改进。它明确定义了,SIMULINK,端口与电力线路端子端口之间的区别，并专门为电力系统物理建模提供了相关端子端口，强调不得将电力端口连接到,SIMULINK,的输入和输出端口；规定,SimPowerSystems 3.0,中的模块可以只有端子端口，也可以只有,SIMULINK,端口，还可同时兼有二者；对早期,SimPower Systems,和,Power System Blockset,版本中的分析命令进行重新命名。,2004,年,9,月推出的,SimPowerSystems 4.0,对,SIMULINK,进行了扩展，提供了可适合基本电子电路和具体电力系统的建模与仿真工具。这些工具可以对发电、输电和配电以及机电能量转换的过程进行高效建模。,SimPowerSystems 4.0,提供了新的应用程序库，其中包括 电气驱动模型、柔性交流输电系统,(FACTS),模型和适合普通风能发电系统的分布式能源模型。表,1-1,为,MATLAB,、,SIMULINK,和,SimPowerSystems,的版本号以及对应的发布时间。,表,1-1 MATLAB,、,SIMULINK,和,SimPowerSystems,的版本号以及对应的发布时间,1.2.2 MATLAB/SIMULINK,产品分类,1. MATLAB/SIMULINK,产品,MATLAB,产品家族可以用图,1-1,表示。,图,1-1 MATLAB,产品家族,图中，,Compiler,是一种编译工具，它能够将那些利用,MATLAB,提供的编程语言,(M,语言,),编写的函数文件编译生成为函数库、可执行文件,COM,组件等。这样就可以扩展,MATLAB,功能，使,MATLAB,能够同其它高级编程语言，例如,C/C+,语言进行混合应用，取长补短，以提高程序的运行效率，丰富程序开发的手段。,Stateflow,是一个交互式的设计工具，它基于有限状态机的理论，可以用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真。,Real-Time Workshop(RTW),和,Coder,是两种主要的自动化代码生成工具，这两种代码生成工具可以直接将,SIMULINK,的模型框图和,Stateflow,的状态图转换成高效优化的程序代码。利用,RTW,生成的代码简洁、可靠、易读。目前,RTW,支持生成标准的,C,语言代码，并且具备了生成其它语言代码的能力。整个代码的生成、编译以及相应的目标下载过程都可以自动完成，用户需要做的仅仅是使用鼠标点击几个按钮即可。,MathWorks,公司针对不同的实时或非实时操作系统平台，开发了相应的目标选项，配合不同的软硬件系统，可以完成快速控制原型,(Rapid Control Prototype),开发、硬件在回路的实时仿真,(Hardware-in-Loop),、产品代码生成等工作。,在,MATLAB,产品家族中，,MATLAB,工具箱是整个体系的基座，它是一个语言编程型,(M,语言,),开发平台，提供了体系中其它工具所需要的集成环境,(,比如,M,语言的解释器,),。同时由于,MATLAB,对矩阵和线性代数的支持，使得工具箱本身也具有强大的数学计算能力。目前,MATLAB,产品的工具箱有四十多个，分别涵盖了数据采集、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。图,1-2,所示为,MATLAB/SIMULNK,的主要产品及其相互关系。,图,1-2 MATLAB/SIMULINK,的主要产品及其相互关系,2. SimPowerSystems,库产品,SimPowerSystems 4.0,中含有,130,多个模块，分布在,7,个可用子库中。这,7,个子库分别为“应用子库,(Application Libraries)”,、“电源子库,(Electrical Sources)”,、“元件子库,(Elements)”,、“附加子库,(Extra Library)”,、“电机子库,(Machines)”,、“测量子库,(Measure-ments)”,和“电力电子子库,(Power Electronics)”,。此外，,SimPowerSystems 4.0,中还含有一个功能强大的图形用户分析工具,Powergui,和一个废弃的“相量子库”,(Phasor Elements),。这些模块可以与标准的,SIMULINK,模块一起，建立包含电气系统和控制回路的模型，并且可以用附加的测量模块对电路进行信号提取、傅里叶分析和三相序分析。,应用子库中含有适合于普通风能发电系统的分布式能源模型、特种电机模型和,FACTS,模型。电源子库中含有交流电压源、直流电压源、受控电压源和受控电流源模型。元件子库中含有,RLC,支路和负载、线性和饱和变压器、断路器、传输线模型、物理端口模型。电机子库中包含详细或简化形式的异步电机、同步电机、永磁同步电机、直流电机、励磁系统、水力与蒸汽涡轮,调速系统模型。电力电子子库中含有二极管、简化,/,复杂晶闸管、,GTO,、开关、,MOSFET,、,IGBT,和通用桥式电路模型。测量子库中含有电压、电流、电抗测量模块，以及万用表测量模块。,附加子库中包含内容较多，主要和系统离散化、控制、计算和测量有关，包括,RMS,测量、有效和无功功率计算、傅里叶分析、,HVDC,控制、轴系变换、三相,V-I,测量、三相脉冲和信号发生、三相序列分析、三相,PLL,和连续,/,离散同步,6/12,脉冲发生器等。这些模块，有些将在后面几章中进行介绍，但是大多数模块还需要读者对照,MATLAB,提供的帮助文件进行学习。,1.2.3 MATLAB/SIMULINK,的特点,1. MATLAB,的特点,自从,MathWorks,公司推出,MATLAB,后，,MATLAB,以其优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力很快在数学软件中脱颖而出。随着版本的不断升级，它在数值计算及符号计算功能上得到了进一步完善。,MATLAB,的特点可概括为以下七点：,(1),提供了便利的开发环境。,MATLAB,提供了一组可供用户操作函数和文件的具有图形用户界面的工具，包括,MATLAB,主界面、命令窗口、历史命令、编辑和调试、在线浏览帮助、工作空间、搜索路径设置等可视化工具窗口。,(2),提供了强大的数学应用功能。,MATLAB,可进行包括基本函数、复杂算法、更高级的矩阵运算等非常丰富的数学应用功能，特别适合矩阵代数领域。它还具有许多高性能数值计算的高级算法，库函数极其丰富，使用方便灵活。,(3),编程语言简易高效。,MATLAB,提供了和,C,语言几乎一样多的运算符，灵活使用,MATLAB,的运算符将使程序变得极为简短。,MATLAB,既具有结构化的控制语句,(,如,for,循环、,while,循环、,break,语句和,if,语句,),，又有面向对象编程的特性。,MATLAB,程序书写形式自由，利用丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。程序限制不严格，程序设计自由度大，并且有很强的用户自定义函数的能力。,(4),图形功能强大。在如,FORTRAN,和,C,等一般编程语言里，绘图都很不容易。但,MATLAB,提供了丰富的绘图函数命令，使得用户数据的可视化非常简单。,MATLAB,还具有较强的编辑图形界面的能力，用户可方便地在可视化环境下进行个性化图形编辑和设置。,(5),提供了功能强大的工具箱。,MATLAB,包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。学科性工具箱专业性比较强，如,control,、,signal processing,、,commumnication,、,powersys toolbox,等。这些工具箱都是由相关领域内的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，直接可以进行高、精、尖的研究。,(6),应用程序接口功能强大。,MATLAB,提供了方便的应用程序接口，用户可以使用,C,或,FORTRAN,等语言编程，实现与,MATLAB,程序的混合编程调用。,(7) MATLAB,的缺点。和其它高级程序相比，,MATLAB,程序的执行速度较慢。由于,MATLAB,的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，因此速度较慢。,2. SIMULINK,的特点,SIMULINK,是一种强有力的仿真工具，它能让使用者在图形方式下以最小的代价来模拟真实动态系统的运行。,SIMULINK,准备有数百种预定义系统环节模型、最先进有效的积分算法和直观的图示化工具。依托,SIMULINK,强健的仿真能力，用户在原型机制造之前就可建立系统的模型，从而评估设计并修补瑕疵。,SIMULINK,具有如下特点：,(1),建立动态系统的模型并进行仿真。,SIMULINK,是一种图形化的仿真工具，用于对动态系统建模和控制规律的研究制定。由于支持线性、非线性、连续、离散、多变量和混合式系统结构，,SIMULINK,几乎可分析任何一种类型的真实动态系统。,(2),以直观的方式建模。利用,SIMULINK,可视化的建模方式，可迅速地建立动态系统的框图模型。只需在,SIMULINK,元件库中选出合适的模块并拖放到,SIMULINK,建模窗口，鼠标点击连接就可以了。,SIMULINK,标准库拥有的模块超过,150,种，可用于构成各种不同种类的动态系统。模块包括输入信号源、动力学元件、代数函数和非线性函数、数据显示模块等。,SIMULINK,模块可以被设定为触发和使能的，能用于模拟大模型系统中存在条件作用的子模型的行为。,(3),增添定制模块元件和用户代码。,SIMULINK,模块库是可定制的，能够扩展以包容用户自定义的系统环节模块。用户也可以修改已有模块的图标，重新设定对话框，甚至换用其它形式的弹出菜单和复选框。,SIMULINK,允许用户把自己编写的,C,、,FORTRAN,、,Ada,代码直接植入,SIMULINK,模型中。,(4),快速、准确地进行设计模拟。,SIMULINK,优秀的积分算法给非线性系统仿真带来了极高的精度。先进的常微分方程求解器可用于求解刚性的和非刚性的系统、具有事件触发或不连续状态的系统和具有代数环的系统。,SIMULINK,的求解器能确保连续系统或离散系统的仿真高速、准确的进行。同时，,SIMULINK,还为用户准备了一个图形化的调试工具，以辅助用户进行系统开发。,(5),分层次地表达复杂系统。,SIMULINK,的分级建模能力使得体积庞大、结构复杂的模型构建也简便易行。根据需要，各种模块可以组织成若干子系统。在此基础上，整个系统可以按照自顶向下或自底向上的方式搭建。子模型的层次数量完全取决于所构建的系统，不受软件本身的限制。为方便大型复杂结构系统的操作，,SIMULINK,还提供了模型结构浏览的功能。,(6),交互式的仿真分析。,SIMULINK,的示波器可以动画和图形显示数据，运行中可调整模型参数进行,What-if,分析，能够在仿真运算进行时监视仿真结果。这种交互式的特征可帮助用户快速评估不同的算法，进行参数优化。由于,SIMULINK,完全集成于,MATLAB,，在,SIMULINK,下计算的结果可保存到,MATLAB,的工作空间中，因而就能使用,MATLAB,所具有的众多分析、可视化及工具箱工具操作数据。,3. SimPowerSystems,库的特点,SimPowerSystem,库具有如下特点：,(1),使用标准电气符号进行电力系统的拓扑图形建模和仿真。,(2),标准的,AC,和,DC,电机模型模块、变压器、输电线路、信号和脉冲发生器、,HVDC,控制、,IGBT,模块和大量设备模型。,(3),使用,SIMULINK,强有力的变步长积分器和零点穿越检测功能，给出高度精确的电力系统仿真计算结果。,(4),利用定步长梯形积分算法进行离散仿真计算，为快速仿真和实时仿真提供模型离散化方法。这一特性能够显著提高仿真计算的速度,尤其是那些带有电力电子设备的模型。另外，由于模型被离散化，因此可用,Real-Time Workshop,生成模型的代码，进一步提高仿真的速度。,(5),利用,Powergui,交互式工具模块可以修改模型的初始状态，从任何起始条件开始进行仿真分析，例如计算电路的状态空间表达、计算电流和电压的稳态解、设定或恢复初始电流,/,电压状态、电力系统的潮流计算等。,(6),提供了扩展的电力系统设备模块，如电力机械、功率电子元件、控制测量模块和三相元器件。,(7),提供大量功能演示模型，可直接运行仿真或进行案例学习。,1.3,简单电路演示,下面用一个简单的例子，说明利用,SIMULINK,进行电力系统仿真的最基本方法。对于初入门的读者而言，可以按本节步骤搭建系统，也可以不进行搭建，仅了解过程和仿真结果，因为详细的建模过程将在以后章节中一一说明。,【,例,1.1】,在图,1-3,所示电路中，已知电阻,R,=1 k,，电容,C,=2 F,，电感,L,=2.5 H,，电压源,v,s,=5sin(100,t,+ /6),。试建立电路，并观察电路中电流及,R,、,L,、,C,中电压。,图,1-3,例,1.1,仿真系统图,解：,(1),搭建仿真系统图。运行,MATLAB,，得到命令窗口如图,1-4,所示。,图,1-4 MATLAB,主窗口,单击图,1-4 MATLAB,工具栏中的,Simulink,图标，打开,SIMULINK,模块库浏览器主窗口，如图,1-5,所示。,图,1-5 SIMULINK,模块库浏览器主窗口,点击图,1-5,菜单栏中的菜单项,FileNewModel(,如图,1-6,所示,),，打开一个名为,untitled,的空模型窗口，以文件名,example1_1,存盘,(,如图,1-7,所示,),。,图,1-6,用于创建新模型文件的菜单项,图,1-7,创建的新模型文件,电力系统模块库在,SIMULINK,模块库浏览器窗口树状结构图中名为,SimPowerSystems,，双击该图标，得到如图,1-8,所示窗口。,图,1-8 SimPowerSystems,目录窗口,双击“电源子库”图标，打开该模块库，选中交流电压源模块,(AC Voltage Source),，鼠标左键按下，拖曳到文件,example1_1,中，鼠标左键松开。这样，文件,example1_1,中就有一个电压源模块，操作步骤如图,1-9,所示。,图,1-9,复制交流电压源到文件,example1_1,中,双击图,1-9,中交流电压源模块，打开图,1-10,所示对话框，输入电压幅值、相角和频率，单击确定键后回到文件,example1_1,窗口中。注意，该电压源要求输入电压幅值。,图,1-10,例,1.1,电压源参数设置对话框,在该交流电压源模块的标签位置双击，则模块标签呈现编辑状态，输入新标签,vs,，电压源模块的名称将变为,vs,。双击“元件子库”图标，打开该模块库，选中串联,RLC,支路,(Series RLC Branch),，拖曳到文件,example1_1,中；双击该元件，设置参数并将元件标签更改为,Z_eq,。如图,1-11,和图,1-12,所示。,图,1-11,复制串联,RLC,支路到文件,example1_1,中,图,1-12,例,1.1,串联,RLC,支路参数设置对话框,图,1-13,例,1.1,的仿真电路连接,图,1-14,复制电流表模块到文件,example1_1,中,图,1-15,复制示波器到文件,example1_1,中,图,1-16,例,1.1,完整的仿真系统,图,1-17,仿真结果,习 题,1-1,电力系统常用仿真软件有哪些，各有什么特点？,1-2 MATLAB/SIMULINK,具有什么特点，版本号中各符号有什么含义？尝试从互联网上获取最新的版本信息。,1-3 SimPowerSystems,库中含有什么模块，具有什么特点？尝试从互联网上获取最新的功能和产品更新信息。,