基于MATLAB/Simulink的电力系统相量分析张哲萌

基于MATLAB/Simulink的电力系统相量分析张哲萌

张哲萌

（身份证号：21041119970611xxxx长沙理工大学）

摘要：本文在MATLAB/Simulink基础上的电力系统相量图分析方法，对电路的防震进行了分析。对采用Simulink建立系统仿真模型的关键操作步骤进行了分析，并构建Simulink中的电力系统电路，以进行仿真，得出相应的仿真结果和分析结论。所述的仿真方法，克服了传统电路仿真模型建立繁杂、操作难度高等的缺点，具有模型建立简单、方便，操作直观、迅捷的特点，有助于进行电路的仿真分析和功率因数补偿计算。

关键词：Matlab/Simulink；电力系统；相量图；π型线路等值电路；仿真

引言

Simulink作为对Matlab语言的扩展，实现了运算控制系统模型图形输入与仿真工具环境，可以对连续系统、离散系统的动态性能进行仿真与分析。文章利用电力系统相量图分析方法可以对电气量的幅值和相角的变化进行分析，从而可以分析电力系统的功率因数，以便于进行功率因数补偿。本文采用Matlab－Simulink里的电力系统分析工具进行这种相量图的分析，该方法直观、迅捷，且便于计算和操作。

1MatlabSimulink和PSASP简介

Simulink是在Matlab上具有仿真链接的一个部件，几乎能对所有可以用数学描述的系统进行建模，例如通讯系统、卫星控制制导系统、汽车动力系统、航空航天动力系统及船舶系统等，使用便利，有十分强大的功能。其中Simpowersystem库能进行电子、电力系统建模和仿真，建立在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TECSIMInterna-tional公司共同开发而成，其用电路建模方式进行模型的搭建，将仿真系统图变换成状态方程描述的系统形式，然后在Simulink下进行仿真分析，为发电和输电系统、电机系统、电路和电力电子系统、配电计算提供了强有力的解决方法，特别擅长于设计开发内容关系到控制系统的设计。PSASP是一款由中国电力科学院研发的能进行电力系统潮流、暂态稳定和短路计算的仿真软件。PSASP的结构分为3层，即具有公用数据和模型的资源库的第1层，在资源库基础之上的第2层，以及含有各种计算结果库和分析工具的第3层；拥有进行包括短路计算、复杂故障计算及继电保护整定计算的故障分析，包含潮流分析、网损分析、最优潮流和无功优化的稳态分析和具有暂态稳定计算、电压稳定计算和控制参数优化的机电暂态分析功能。它具有使用简单、功能齐全的特点。

2Simulink下电力系统电路图的建立

2.1MATLAB建立的电力系统模型

电力系统暂态仿真是认识电力系统在承受扰动后系统中各类电气参数变化趋向的重要手段。电力系统故障暂态仿真是模拟短路发生时故障点和故障线路的电压和电流的变化情况。按一般自备电厂的电气主接线型式同步发电机-变压器组，由PSB中的同步发电机元件（SynchronousMa-chine）、励磁调节系统子元件（ExcitationSystem）构成模拟系统，连接出口变压器元件（T），用于图形化观测的采样元件、测量元件等组成。外部则直接接入无穷大电力系统，这样就获取了理想状态环境下的单机——无穷大系统仿真模型。

2.2电力线路的等值电路分析

在对电力系统的设计和分析中，输配电线路主要采用等值的电路进行简化的分析。根据电路理论可知当三相交流系统对称时，可以用单相法进行等值电路分析。

此电路中的π型线路等值电路的输入端电流的相量图，如图6所示。在断路器断开的时间段电流相量的幅值和相角均为0，在断路器闭合的时间段（0.02～0.05s）电流达到稳态时，其相量的幅值为2.621A，相角为23.35度。在此电路图中，π型线路等值电路的输入/输出端电压的相量图，如图7所示。在断路器断开的时间段，π型线路等值电路的输入端电压相量的幅值和相角均为0；在断路器闭合的时间段（0.02～0.05s），π型线路等值电路的输入端电压达到稳态时，其相量幅值为740.1V，相角为32.35度；在断路器断开的时间段，π型线路等值电路的输出端电压相量的幅值和相角均为0；在断路器闭合的时间段（0.02～0.05s），π型线路等值电路的输出端电压达到稳态时，其相量幅值为659.1V，相角为19.27度。参照仿真得出的相角，便于对线路进行功率因数的补偿分析。

结语

本文借助Matlab及其Simulink仿真工具的强大功能，运用simulink中Powergui模块进行了电力系统相量图的仿真分析，得出了π型线路等值电路的输入/输出端电流、电压相量的稳态值以及π型线路等值电路的输入/输出端电流、电压相量图，便于电力系统功率因数补偿的模拟分析和可行性研究，并以具体实例形式介绍了仿真过程和方法，对从事电力系统研究和设计的工作人员以及高校学生有着十分重要的参考价值。

参考文献

[1]邱关源，罗先觉.电路[M].高等教育出版社，2006.

[2]于永源，杨绮雯.电力系统分析[M].中国电力出版社，2007.

[3]薛定宇等.基于matlab/simulink的系统仿真技术与应用[M].清华大学出版社，2002.