目錄
1 引言
2 案例仿真
2.1 負荷參數
2.2 線路、變壓器參數
2.3 發電機參數
2.4 勵磁參數
3 10機39節點的仿真
3.1 建立Simulink模型
3.2 MATLAB程式實作
3.3 運作結果
3.4 結果分析
4 總結
5 資源下載下傳
1 引言
目前，随着科學技術的發展和電能需求量的日益增長，電力系統規模越來越龐大，超高壓遠距離輸電、大容量發電機組、各種新型控制裝置得到了廣泛的應用，這對于合理利用能源，充分挖掘現有的輸電潛力和保護環境都有重要意義。另一方面，随着國民經濟的高速發展，以城市為中心的區域性用電增長越來越快,大電網負荷中心的用電容量越來越大,長距離重負荷輸電的情況日益普遍，電力系統在人們的生活和工作中擔任重要角色,電力系統的穩定運作直接影響着人們的日常生活。從技術和安全上考慮直接進行電力試驗可能性很小，是以迫切要求運用電力仿真來解決這些問題。
電力系統仿真是将電力系統的模型化、數學化來模拟實際的電力系統的運作，可以幫助人們通過計算機手段分析實際電力系統的各種運作情況，進而有效的了解電力系統概況。本文根據電力系統的特點，利用MATLAB的動态仿真軟體Simulink搭建了無窮大電源的系統仿真模型，得到了在該系統主供電線路電源端發生三相短路接地故障并由故障器自動跳閘隔離故障的仿真結果,并分析了這一暫态過程。通過仿真結果說明MATLAB電力系統工具箱是分析電力系統的有效工具。
此次仿真實驗在MATLAB/Simulink平台上搭建10機39節點系統配電網的仿真模型，并對搭建仿真模型進行潮流計算。闡述其原理及功能，并結合仿真實驗求解出現故障時的功角電壓穩定的問題，進一步分析系統的暫态穩定性來驗證其功能。
2 案例仿真
2.1 負荷參數
電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 2.2 線路、變壓器參數
電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 2.3 發電機參數
電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 2.4 勵磁參數
電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab）
3 10機39節點的仿真
3.1 建立Simulink模型
如圖1所示，十機39節點系統共有10台發電機，39個節點，共46條支路，其中5條為聯絡開關支路、1個電源作為平衡節點。從拓撲圖中可以看出，0至17節點作為幹線，由幹線分别從1、2、5節點引出分支。并根據網上找的資料參考進行各元件（發電機、變壓器、線路和負荷）的參數設定，以便運作該模型。圖1 10機39節點模型圖電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 圖2 子子產品圖1電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 圖3 子子產品圖2電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 3.2 MATLAB程式實作
% clear
% clc
% Definition for the columns
% system base =100 MVA
%% Line data Format (line)
% All values are given on the same system base MVA
% 1: From bus
% 2: To bus
% 3: Resistance (pu)
% 4: Reactance (pu)
% 5: Charge (pu)
% 6: Transformer Tap Amplitute
% 7: base MVA
% 8: Nomonal Voltage (KV)
% 1 2 3 4 5 6 7 8
line=[...
1 2 0.0035 0.0411 0.6987 0 100 345
1 39 0.001 0.025 0.75 0 100 345
2 3 0.0013 0.0151 0.2572 0 100 345
2 25 0.007 0.0086 0.146 0 100 345
2 30 0 0.0181 0 1.025 100 22
3 4 0.0013 0.0213 0.2214 0 100 345
3 18 0.0011 0.0133 0.2138 0 100 345
4 5 0.0008 0.0128 0.1342 0 100 345
4 14 0.0008 0.0129 0.1382 0 100 345
5 8 0.0008 0.0112 0.1476 0 100 345
6 5 0.0002 0.0026 0.0434 0 100 345
6 7 0.0006 0.0092 0.113 0 100 345
6 11 0.0007 0.0082 0.1389 0 100 345
7 8 0.0004 0.0046 0.078 0 100 345
8 9 0.0023 0.0363 0.3804 0 100 345
9 39 0.001 0.025 1.2 0 100 345
10 11 0.0004 0.0043 0.0729 0 100 345
10 13 0.0004 0.0043 0.0729 0 100 345
10 32 0 0.02 0 1.07 100 22
12 11 0.0016 0.0435 0 1.006 100 345
12 13 0.0016 0.0435 0 1.006 100 345
13 14 0.0009 0.0101 0.1723 0 100 345
14 15 0.0018 0.0217 0.366 0 100 345
15 16 0.0009 0.0094 0.171 0 100 345
16 17 0.0007 0.0089 0.1342 0 100 345
16 19 0.0016 0.0195 0.304 0 100 345
16 21 0.0008 0.0135 0.2548 0 100 345
16 24 0.0003 0.0059 0.068 0 100 345
17 18 0.0007 0.0082 0.1319 0 100 345
17 27 0.0013 0.0173 0.3216 0 100 345
19 33 0.0007 0.0142 0 1.07 100 22
19 20 0.0007 0.0138 0 1.06 100 345
20 34 0.0009 0.018 0 1.009 100 22
21 22 0.0008 0.014 0.2565 0 100 345
22 23 0.0006 0.0096 0.1846 0 100 345
22 35 0 0.0143 0 1.025 100 22
23 24 0.0022 0.035 0.361 0 100 345
23 36 0.0005 0.0272 0 1 100 22
25 26 0.0032 0.0323 0.513 0 100 345
25 37 0.0006 0.0232 0 1.025 100 22
26 27 0.0014 0.0147 0.2396 0 100 345
26 28 0.0043 0.0474 0.7802 0 100 345
26 29 0.0057 0.0625 1.029 0 100 345
28 29 0.0014 0.0151 0.249 0 100 345
29 38 0.0008 0.0156 0 1.025 100 22
31 6 0 0.025 0 1 100 22];
%% Machine Data Format (mac_con)
% 1. Machine Number
% 2. Bus Number
% 3. Base MVA
% 4. Leakage Reactance x_l(pu)
% 5. Resistance r_a(pu)
% 6. d-axis sychronous reactance x_d(pu)
% 7. d-axis transient reactance x'_d(pu)
% 8. d-axis subtransient reactance x"_d(pu)
% 9. d-axis open-circuit time constant T'_do(sec),
% 10. d-axis open-circuit subtransient time constant T"_do(sec)
% 11. q-axis sychronous reactance x_q(pu)
% 12. q-axis transient reactance x'_q(pu)
% 13. q-axis subtransient reactance x"_q(pu)
% 14. q-axis open-circuit time constant T'_qo(sec)
% 15. q-axis open circuit subtransient time constant % T"_qo(sec)
% 16. inertia constant H(sec)
% 17. damping coefficient d_o(pu)
% 18. dampling coefficient d_1(pu)
% 19. bus number
% Note: all the following machines use sub-transient model
% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
mac_cnotallow=[
1 39 1000.0 0.030 0.0010 0.200 0.060 0.01 7.000 0.003 0.190 0.080 0.03 1.500 0.005 50.00 0.000 0.00 39 ;
2 31 1000.0 0.350 0.0270 2.950 0.697 0.01 6.560 0.003 2.820 1.7 0.03 1.500 0.005 3.030 0.000 0.00 31 ;
3 32 1000.0 0.304 .00386 2.495 0.531 0.01 5.700 0.003 2.370 0.876 0.03 1.500 0.005 3.580 0.000 0.00 32 ;
4 33 1000.0 0.295 .00222 2.620 0.436 0.01 5.690 0.003 2.580 1.66 0.03 1.500 0.005 2.860 0.000 0.00 33 ;
5 34 1000.0 0.540 0.0014 6.700 1.320 0.01 5.400 0.003 6.200 1.66 0.03 0.440 0.005 2.600 0.000 0.00 34 ;
6 35 1000.0 0.224 0.0615 2.540 0.500 0.01 7.300 0.003 2.410 0.814 0.03 0.400 0.005 3.480 0.000 0.00 35 ;
7 36 1000.0 0.322 .00268 2.950 0.490 0.01 5.660 0.003 2.920 1.86 0.03 1.500 0.005 2.640 0.000 0.00 36 ;
8 37 1000.0 0.280 .00686 2.900 0.570 0.01 6.700 0.003 2.800 0.911 0.03 0.410 0.005 2.430 0.000 0.00 37 ;
9 38 1000.0 0.298 0.0030 2.106 0.570 0.01 4.790 0.003 2.050 0.587 0.03 1.960 0.005 3.450 0.000 0.00 38 ;
10 30 1000.0 0.125 0.0014 1.000 0.310 0.01 10.20 0.003 0.690 0.08 0.03 1.500 0.005 4.200 0.000 0.00 30 ];
mac_con(:,5)=0;
p0=[1000 520.81 650 632 508 650 560 540 830 250]'./1000;%Active Power Generation of PV units
Pn(1:10,1)=mac_con(:,3)/1000; % Nominal Power
%% Power System Stabilizer Format (MB)
% Applied power system stabilizer is MBPSS with simplified settings
% Note: All machines use MBPSS with same configuration
% 1: Global gain (G)
% 2: Frequency of low frequency band (FL) Hz
% 3: Gain of low frequency band (KL)
% 4: Frequency of intermediate frequency band (FI) Hz
% 5: Gain of intermediate frequency band (KI)
% 6: Frequency of high frequency band (FH) Hz
% 7: Gain of high frequency band (KH)
% 1 2 3 4 5 6 7
MB=[1 0.2 30 1.25 40 12 160];
%% Excitation System format (AVR_Data)
% All machines use IEEE type 1 synchronous machine voltage regulator combined to an exciter
% 1. Low pass filter time constant (Tr) sec
% 2. Regulator gain (Ka)
% 3. regulator time constant (Ta) sec
% 4. Lead-lag compensator time constant (Tb) sec
% 5. Lead-lag compensator time constant (Tc) sec
% 6. Terminal voltage (pu)
% 7. Lower limit for regulator output (Emin)
% 8. Upper limit for regulator output (Emax)
% 1 2 3 4 5 6 7 8
AVR_Data=[...
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5
0.01 200 0.015 10 1 1.03 -5 5];
C0=829.7e-9;
L0=3.220e-3;
R0=1;
Ns=120*60/(2); %Nominal speed of synchronous machines
s=10;
% PSSModel=1;%1:No pSS //1:MB
%% Bus data (Bus)
% 1. Bus number
% 2. Nominal phase-phase voltage
% 1 2
Bus = [ ...
1 345
2 345
3 345
4 345
5 345
6 345
7 345
8 345
9 345
10 345
11 345
12 230
13 345
14 345
15 345
16 345
17 345
18 345
19 345
20 345
21 345
22 345
23 345
24 345
25 345
26 345
27 345
28 345
29 345
30 22
31 22
32 22
33 22
34 22
35 22
36 22
37 22
38 22
39 345];
zbase=(line(:,8).^2)./line(:,7);
line(:,3)=line(:,3).*zbase;
line(:,4)=line(:,4).*zbase/(120*pi);
line(:,5)=line(:,5)./zbase/(120*pi);
PSSMODEL=1; 3.3 運作結果
根據所建立的Simulink仿真模型和程式，進行運作，所得結果如圖4所示。圖4 Machines示波圖電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 圖5 System示波圖電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 圖6 1-10節點電壓電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 圖7 11-20節點電壓電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 圖8 21-30節點電壓電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 圖9 31-39節點電壓電力系統——基于10機39節點的電力系統仿真（Matlab） 3.4 結果分析
由以上圖中所得結果可以看出， 圖3和圖4所示波形圖由一開始的波動逐漸趨于穩定，表明該系統是一個穩定的系統；圖5至圖8所示的39個節點的電值，都在0.93-1.1範圍内波動，而且隻有少數幾個節點電壓小于0.95，說明節點電壓值處于正常電壓水準。無故障情況下，該電力系統能夠保持穩定行，當出現故障時，距離距離故障點越遠母線越不容易受到幹擾，距離故障點近，母線越不穩定，故障時間越短，各機組之間的功角內插補點越小，系統就越穩定。4 總結
用Simulink建構10機39節點系統模型，并了解了相關的操作步驟。将Simulink教學和以上咱們學習的專業内容相結合，Simulink提供了各種仿真工具,尤其是它不斷擴充的、内容豐富的子產品率,為系統的仿真提供了極大便利。在Simulink平台上拖曳和連接配接典型子產品就可以繪制仿真對象的模型框圖,并對模型進行仿真分析。