基于MATLAB的仿真技术在电力系统中的应用.PDF

332 2004 全国电力系统自动化学术交流研讨大会论文集 基于MATLAB 的仿真技术在电力系统中的应用 常鹏飞，王 彤，曾继伦 (国电自动化研究院, 江苏省南京市 210003) 摘要：简要介绍了MATLAB 的特点以及MATLAB/Simulink 进行电力系统仿真的基本方法。通 过对三相四线有源电力滤波器的建模及仿真，验证了所提控制算法的正确性；同时，仿真实 例还表明了MATLAB 在电力系统仿真中的强大功能。 关键词 MATLAB/Simulink; 电力系统模块集; 仿真; 有源电力滤波器; 控制算法 0 引言 现代电力系统是一个超高压、大容量、跨区域的巨大联合动力系统。基于此种情况，许多大型电力 科研实验的实际条件难以满足，同时电力系统的安全运行也不允许进行实验(如系统短路实验等)。目前， 电力系统稳定分析以及各种新装置(如FACTS 器件)的研制，几乎都 不开仿真研究。但在数年前，应用 计算机仿真电力系统的有关仿真还是件十分困难的事情。无论是模型的建立还是仿真算法的选取，不仅 需要高深的专业理论知识和复杂的数学方法，而且仿真结果的正确性以及精度也很难得到保证。随着计 算机仿真技术的飞速发展，各种计算机仿真软件为普通科研人员进行电力系统仿真奠定了坚实的基础， 计算机仿真技术已成为电力系统研究、规划、设计和运行等各个方面的重要方法和手段，在电力科研和 教育中发挥着越来越大的作用。 目前国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具是MATLAB。文章介绍了MATLAB 的基本特点及应 用MATLTAB 进行电力系统仿真分析的基 方法和步骤，探讨了综合利用其Simulink 环境、电力系统模块 库和相关工具进行电力系统的控制设计和仿真分析，通过对三相四线有源电力滤波器控制算法的仿真分 析，说明了MATLAB ／Simulink 在电力系统仿真中强大的功能。 1 MATLAB 简介 MATLAB （MATrix LABoratory,即矩阵实验室）是美国Mathworks 公司1982 年推出的高性能的数值计 算和可视化软件产品。MATLAB 由主包、Simulink 以及功能各异的工具箱组成。MATLAB 以矩阵运算为基 础，把计算可视化程序设计融合到一个交互的工作环境中，可实现工程计算、算法研究、建模与仿真、 数据分析及可视化、工程绘图等功能。 [1] MATLAB 具有以下特点 ： (1) 具有强大的数值计算和图形功能； (2) 使用范围很广，可以在各种类型的常用计算机上运行，与机器类型和操作系统基 上无关； (3) MATLAB 的代码短小高效，其执行效率要低于一般高级语言，但其编程效率与可读性、可移植 性要远远高于其他高级语言。它可以轻松实现C 或Fortran 语言几乎 部的功能，同样可以设计出功能 强大、界面优美、稳定可靠的高 量程序来，且开发周期大大地缩短，可靠性与可信度大大提高。 基于MATLAB 的仿真技术在电力系统中的应用 333 (4) MATLAB 语言具有较高的精度，能有效避免数学计算中的坏条件问题，其结果是可靠、数值稳 定。 (5) 可扩展性能好。它允许用户自己开发特定用途的工具箱。用户可自己根据所研究对象物理模型 建立其数学模型，并用MATLAB 提供的模块组成所需模块，然后进行封装，即得到用户自己开发的元件模 块。 Math Works 在MATLAB 中提供了系统模型图形活人与仿真工具——Simulink。Simulink 有两个明显 功能：仿真与连接，即通过鼠标在模型窗口画出所研究系统的模型，然后可直接对系统仿真。这种做法 使一个复杂系统模型建立和仿真变得十分容易。从1998 年推出的MATLAB Version5.2 开始，增加了一个 主要由加拿大魁北克电力公司和TECSIM International 公司共同开发的专用于电力系统分析的电力系统 模块集(Power System Blockset，简称 PSB)，它是一种针对电气系统的可视化建模与仿真工具,可用于 [1] 电路、电力电子系统、电机系