MATLAB的M文件编写及简单电力系统的仿真_matlab电力系统仿真

MATLAB的M文件编写及简单电力系统的仿真由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“matlab电力系统仿真”。

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

（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、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。

k1GTLLD1LD2

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。

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Sn1.2*1619.2(KV)；

原边电压U1N400V，副边电压U2N10KV；

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：

(PRLQXL)2(PXLQRL)2 0.05*1000

（式3-1）010000其中PSG*cos16000*0.95W15200W，QSG*sin。（取发电机的cos0.95）1600*0.3122V5ar499V6ar又由已知得到：

XR（式3-2）

结合（式3-1）和（式3-2）解得R98.82，X3R3*98.82.（4）负荷参数计算（默认负荷为感性负荷）

负荷load1：P5%*SG5%*16000W800W，QL取默认的100Var，QC取0Var。

负荷load2：P30%*SG30%*16000W4800W，QLP*tan，QC取0Var。480*00.3286V8ar157V8ar

（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。

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：

Var。PG实际发出5529.6W，QG实际发出1925.9

理论分析的整个系统消耗：，P理论消耗PLD1PLD2800W4800W5600W（忽略变压器和线路的有功损耗）Q理论消耗QLD1(QTQL)QLD2 480021578281023100Var*(3*98.82**10)Var1578Var1860.1Var210019.210000两者相比较得： 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、P不平衡，主要是由于仿真过程中的发电机无自动调频装置，所以理论消耗G实际发出和P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

P理论消耗G实际发出P实际消耗P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：

发电机的转速从理论的额定值n60*fNPr/min逐渐极对数60*502r/min1500下降，最终稳定在1450r/min左右。

b、QG实际发出和Q理论消耗基本平衡，是因为在仿真发电机潮流时是将发电机设为平衡节点（发电机端电压的大小和相位保持不变），发电机和不能通过降低电压来少发无功，负荷也不能通过降低电压来少要无功。故发电机会自励磁保持机端电压且平衡系统无功。

（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

a、Scope1系统电流仿真模拟：

从系统电流波形上得出：iimp实际4.825A

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SB16KVA，VBVav

则IB163*10.5A0.87977A，XT.pu8SB816**0.066，7 100ST10019.XL.pu3*98.82*SBVav2*103296.46*16，4 *1030.04302210.RT.puXL.pu30.0430240.0143 43所以短路电流周期分量：

Ipm理论 2*13*RL.pu(XL.puXT.pu)22*IB23*0.01434(0.0430240.0667)22*0.87977A6.4915A冲击电流：

iimp理论(1exp0.01*100**RL0.01*100*3.14*98.82)*Ipm(1exp)*6.4915A2XLXT810 296.46**10310019.2（10.647）*6.4915A10.69Ac、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：

由Scope3发电机端电压仿真模拟图可以看出，在短路后的下降，具体根据该图知：UG.pu则用UG.pu再次理论分析得： 短路电流周期分量：

T周期时，发电机端电压有较大21500.375 400Ipm理论1UG.puRL.pu(XL.puXT.pu)22*IB0.3750.01434(0.0430240.0667)22*0.87977A2.9814A

冲击电流：

iimp理论（10.647）*2.9814A4.91A

将新得到的理论分析冲击电流与实际仿真冲击电流iimp实际4.825A对比，发现iimp理论和

11iimp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！