牵引供电系统与MATLAB仿真

Matlab中的电力系统仿真方法引言：随着电力系统的迅速发展和复杂性增加，电力系统仿真成为电力工程研究和设计的重要工具。

Matlab作为一种强大的数学计算工具，为电力系统仿真提供了丰富的功能和灵活性。

本文将探讨在Matlab中进行电力系统仿真的方法和技术，以及如何利用Matlab解决电力系统设计和优化的问题。

一、概述电力系统仿真是一种模拟电力系统运行和行为的技术，能够帮助分析和解决电力系统中的各种问题。

Matlab在电力系统仿真中具有广泛的应用，提供了强大的建模和计算功能。

利用Matlab进行电力系统仿真可以有效地模拟电力系统的运行和优化算法的性能，为电力系统的设计和运行提供重要参考。

二、电力系统建模在进行电力系统仿真之前，需要对电力系统进行准确的建模。

Matlab提供了各种建模工具和函数，可以用于描述电力系统中的各种元件和拓扑结构。

例如，可以使用Matlab的电路元件库模型化发电机、变压器、线路和负荷等元件，并使用节点和支路等数据结构描述电力系统的拓扑。

同时，Matlab还提供了用于构建电力系统模型的函数和工具箱，如Power System Toolbox和Simulink Power System Blockset。

这些工具提供了模型建立、参数设定和仿真运行等功能，方便用户创建和分析电力系统模型。

三、电力系统仿真技术1. 静态潮流计算静态潮流计算是电力系统仿真中常用的一种方法，用于研究电力系统的潮流分布和电压稳定性等问题。

Matlab提供了多种求解潮流计算的方法，例如基于牛顿-拉夫逊法的Power Flow Toolbox和基于改进迭代法的Fast-Decoupled Power Flow。

这些方法可以通过Matlab编程实现，计算电力系统中各节点的电压、相角和功率等参数。

利用这些计算结果，可以评估电力系统的稳定性、检测潮流拥挤和进行电力负荷分析等。

2. 动态稳定分析动态稳定分析是研究电力系统在暂态和稳态过程中的稳定性问题。

牵引电机试验线路及原理简介电力机车牵引电机试验台的原理线路图如图5-1所示：图中1、2是被、陪试电机，由LJ 作同轴连接。

感应调压器GT 和整流器ZL 构成“线路发电机”提供试验电机端电压U ；SY 是一个专用的相控整流器，称为“升压机”，用于提高陪试机支路电压，使其作为发电机运行，提供负载试验电流，其两端电压为U s 。

LF 1、LF 2分别是电机1和电机2的串激绕组；H 1、H 2分别是电机1和电机2的换向绕组。

图5-1 试验线路图 现将线路的工作原理简述如下：当调节升压机相控角α使得E s =0时，电机1、2都是在电网电压U 下空载运行的电动机，由电源输送空载电源I 0及I '0（如图虚线所示方向），由于1和2两电机机械耦合，其转速相同，而且激磁绕组串于同一支路，激磁电流相等，因此，两电机的电势E 1和E 2相等，且小于电网电压U 。

当调节升压机相控角α使得E s 与E 2同向且二者之和大于U ，则Es 在机电2及1的输入送了电流I'，这时在电机2的支路中总电流为2I I I '-'= 而在电机D 的支路中总电流为1I I I '+'= I 1与I 2的电流方向如图中所示，按照图中所示的极性，I 1的方向与E 1方向相反，1作为电动机运转；I 2的方向与E 2方向相相同，电机2作为发电机运转。

因此，决定该电机负载（制动力）的大小的电流I 2为()222R UE E I S -+=式中，R 2为电机2的电枢、换向极及补偿绕组的电阻。

如上所述，此线路的升压机SY 的作用可归结为：如没有升压机，则作为负载电机（陪试机）的电机2就不可能作为发电机运转。

当升压机E S 过低时，可能使E S +E 2≤U ，这时电机1与2就是处于空载状态下的串激电动机，它们将处于飞速状态，因此，在试验过程中，过分调大升压机的相控角α是不允许的。

试验起动过程是：先调高线路机输出电压（不超过试验电机的30%），使机组成并联电动机运行，然后调节升压机增加负载电流，再调节线路机电压、再调节升压机调整负载电流，直到需要的试验值为止。

基于MATLAB的电力系统仿真摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。

另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人民的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响的人们的日常生活。

随着电力系统的飞速发展和电网的日益扩大以及自动化程度的不断提高，电力系统中许多计算和控制问题日益复杂，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。

电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况,从而有效了解电力系统概况。

本文根据电力系统的特点，利用MA TLAB的动态仿真软件Simulink搭建了含发电机、变压器、输电线路、无穷大电源等的系统的仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。

通过仿真结果说明MA TIAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。

关键词：电力系统；三相短路；故障分析；matlab仿真Electric Power System Simulation Base on MATLABAbstract：Now, with the development of science and techmology and the growing demand for eletrical energy, power systems get increasingly large and long-distance EHV power transmission, large capacity electric generating set, as well as the various new control devices have been widely used. This has important significance to rationally utilizing energy resources, making full use of the existing electric systems’ delivery potential and protecting the environment. On the other hand, with the fast growth of the national economy, city-centered regional power consumption is rising more and more rapidly, power demand in large electric system’laod centers is growing faster and faster, and long-distance and heavy-duty power transmission is more and more popular. Power system play an important part in people’s lives and work, power system and stable operation of a direct impact on the people’s daily life, with the rapid development of power systems and power grids is increasing with days and the degree of automation continuous improvement, many computing and control of the power system increasingly complex issues, it is impossioble to take a directThis paper base on the characteristics of the power system, using the software MATAB simulink built with generators,transformers,power line,such as the infinite power system simulation model, and has a simulation result of three-phase short-circuit fault which happen in the main power-supply line and the fault automatic tripping isolation by the three-phase fault, and analysis of this transient. The simulation results show MATLAB power system toolbox of the power system is an effective tool.Key words: Power system ；Three-phase short-circuit ；Fault analysis ；MATLAB simulation第一章绪论1.1 我国电力系统情况简介电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷组成的电能生产、传输和转化的系统。

基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析电力系统暂态稳定性是指电力系统在受到外界扰动（如短路、负荷变动等）后，能够恢复到稳定状态的能力。

暂态稳定性分析是电力系统中的重要问题，对保证系统的可靠运行、发电厂和输电线路的设计、运行及调度具有重要意义。

本文将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析。

电力系统暂态稳定仿真分析主要包括以下几个方面：模型搭建、参数设置、模拟计算和结果分析。

具体步骤如下：第一步是模型搭建。

在MATLAB环境下，可以用Simulink工具箱搭建电力系统暂态稳定性仿真模型。

模型的构建包括发电机模型、输电线路模型、负荷模型和控制系统模型等。

发电机模型可以使用标准的仿真模型，包括短路电流，力电耦合和励磁系统等。

输电线路的模型通常采用电感电阻模型或者传输线模型。

负荷模型可以根据实际情况选择恒定功率负荷模型、电流负荷模型或者动态负荷模型。

控制系统模型包括发电机的励磁系统、调速系统和电压控制系统等。

第二步是参数设置。

参数设置是电力系统暂态稳定仿真分析的关键步骤。

参数设置涉及到发电机的参数、负荷的参数、线路的参数和控制系统的参数等。

发电机的参数可以从发电机的技术特性曲线上获取，负荷的参数可以从实际负荷曲线上获取，线路的参数可以通过实际测量或者使用经验公式计算得到，控制系统的参数可以通过设计或者仿真实验确定。

第三步是模拟计算。

模拟计算是通过对电力系统暂态稳定性模型进行仿真分析，获得系统在不同工况下的动态响应。

在MATLAB中，可以通过设置初始条件、加载扰动和执行仿真命令来进行模拟计算。

仿真计算应该考虑各种可能的故障和不同工况下的动态稳定性。

第四步是结果分析。

根据仿真计算的结果，可以对电力系统的暂态稳定性进行分析。

分析包括评估系统的稳定性指标，如暂态稳定极限、动态损耗和电压稳定性等；分析系统中关键元件（如发电机、线路）的动态行为；确定故障发生后的系统恢复时间等。

总而言之，基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析可以帮助电力系统设计和运营人员评估系统的暂态稳定性，预测电力系统在受到扰动后的动态响应，为系统的稳定运行提供理论依据。

一、概述1. 电力系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，而线路故障是影响电力系统稳定性和可靠性的重要因素之一。

2. 仿真技术在电力系统线路故障研究中起着至关重要的作用，而matlab作为一种强大的数学工具，被广泛应用于电力系统仿真中。

二、matlab在电力系统仿真中的基本原理1. matlab作为一种数学建模与仿真工具，在电力系统仿真中可利用其强大的计算和可视化功能。

2. 电力系统仿真中的基本原理包括系统建模、参数设置、仿真算法选择等。

三、matlab在电力系统线路故障仿真中的具体应用1. matlab上线路故障模拟中的原理与方法1.1 研究线路故障对电力系统的影响需要进行故障模拟，而matlab可通过建立系统模型来模拟不同类型的线路故障。

1.2 matlab可通过编程实现故障过程中的系统参数变化、电压电流波形变化等仿真过程。

2. matlab上线路故障分析中的应用2.1 通过matlab进行线路故障仿真后，可利用其数据分析和可视化功能对故障过程进行分析，包括电压、电流、功率等参数的变化规律。

2.2 matlab可绘制出故障瞬态过程中的波形图、相量图等，为故障分析提供直观的数据支持。

3. matlab上线路故障处理与优化中的应用3.1 通过matlab仿真分析线路故障后，可对电力系统的保护装置和故障处理方案进行优化，提高系统的可靠性和稳定性。

3.2 matlab可通过仿真结果对系统的故障处理方案进行验证和优化，为现场操作提供科学依据。

四、matlab在电力系统线路故障仿真中的发展趋势1. 面向大规模电力系统的仿真1.1 matlab在电力系统仿真中的应用已经逐渐向着大规模和复杂系统发展，如超高压输电系统的仿真研究。

2. 面向多元化仿真需求2.1 随着电力系统技术的不断创新，matlab在电力系统线路故障仿真中的应用也将面临更多元化的仿真需求，如新能源系统的仿真研究。

五、结论1. matlab作为一种强大的数学工具，在电力系统线路故障仿真中发挥着重要作用。

电力拖动自动控制系统---Matlab仿真实验报告实验一二极管单相整流电路一．【实验目的】1．通过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。

图1-1二极管单相整流电路仿真模型图二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立1打开模型编辑窗口；2复制相关模块；3修改模块参数；4模块连接；2.仿真模型的运行1仿真过程的启动；2仿真参数的设置；3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。

三．【实验总结】由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。

图1-2整流电压输出波形图图1-3整流电流输出波形图图1-4整形电压、电流输出波形图实验二三相桥式半控整流电路一．【实验目的】1．通过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。

二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。

2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。

相应的参数设置：（1）交流电压源参数U=100V，f=25Hz，三相电源相位依次延迟120°。

（2）晶闸管参数Rn=0.001Ω，Lon=0.0001H，Vf=0V，Rs=50Ω，Cs=250e-6F。

（3）负载参数R=10Ω，L=0H，C=inf。

（4）脉冲发生器的振幅为5V，周期为0.04s（即频率为25Hz），脉冲宽度为2。

图2-1三相桥式半控整流电路仿真模型图当α=0°时，设为0.0033s，0.0166s，0.0299s。

图2-2α=0°整流输出电压等波形图当α=60°时，触发信号初相位依次设为0.01s，0.0233s，0.0366s。

图2-3α=60°整流输出电压等波形图三.【实验总结】三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等，均可在三相半波的基础上进行分析。

实验名称：MATLAB 综合实验——高铁牵引供电系统运行数据分析实验目的：1. 理解MATLAB 在解决电气科学复杂工程问题中的应用；2. 掌握本实验复杂工程模型的建立、仿真与分析方法。

实验原理：1.基本原理综合运用教材书上的知识，以及本实验原理，对综合问题进行复杂工程模型的建立，仿真和分析。

2.谐波定义谐波(harmonic wave)，从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。

3. 电能质量标准及电能质量计算方法[1]中华人民共和国国家标准. GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波.1993.[2]中华人民共和国国家标准. GB/T 15543-2008 电能质量三相电压允许不平衡度. 2008.第h 次谐波电压含有率HRU h计算公式：HRUh=Uh/U1 ×100 %式中：U h 为第h 次谐波电压（方均根值）；U1 为基波电压（方均根值）。

第h 次谐波电流含有率HRI h计算公式：HRIh= Ih/I1 ×100 %式中：I h 为第h 次谐波电流（方均根值）；I1 为基波电流（方均根值）。

.谐波电压含量U H计算公式：谐波电流含量I H计算公式：电压总谐波畸变率THD u计算公式：THDU =UH/U1×100%电流总谐波畸变率THD i计算公式：THDi= Ih/I1×100%4．离散傅里叶变换与快速傅里叶变换1) 傅里叶变换：它可以将一个以时间t 为自变量的连续的信号x(t)转换为以频率为自变量的函数X(j f)，该函数是复数形式的2) 离散傅里叶变换：离散傅里叶变换，用于离散信号分析，是为适应于数字计算机计算的傅里叶DFT 处理信号的步骤可以简要归纳如下：①在得到一段信号后，首先得到的信息是该信号的时间长度 T。

②以一定的采样频率 Fs 进行采样，可以得到一个离散序列 x(n)，其长度为 N=T*Fs。

Matlab技术在电力系统仿真中的应用指南I. 引言电力系统仿真是电力领域中重要的研究工具之一。

它能够帮助电力工程师、研究人员和决策者分析电力系统的运行情况，评估系统的稳定性和可靠性，并进行优化和规划。

在电力系统仿真中，Matlab技术被广泛应用，本文将探讨Matlab在电力系统仿真中的具体应用指南。

II. 电力系统建模与仿真在电力系统的仿真过程中，建模是关键。

Matlab提供了一系列强大的工具和函数，用于电力系统的建模和仿真。

电力系统通常可以分为三个主要的子系统：发电系统、输电系统和配电系统。

每个子系统都有其特定的建模需求。

1. 发电系统建模发电系统的建模包括发电机、励磁系统和稳定器的建模。

Matlab提供了多种建模方法，如传递函数模型、状态空间模型和非线性模型。

用户可以根据实际情况选择合适的建模方法，并使用Matlab的仿真工具进行系统稳定性和响应性能的评估。

2. 输电系统建模输电系统建模是电力系统仿真中的一个关键环节。

Matlab提供了强大的电力网络建模工具，可以用来建立输电线路、变压器和各种网络拓扑结构。

用户可以通过Matlab的图形用户界面或脚本语言来创建并配置电力网络模型，然后进行仿真分析。

3. 配电系统建模配电系统建模是电力系统仿真的最后一个环节。

Matlab提供了用于建立配电系统的工具和函数。

用户可以使用Matlab的电力系统模块来创建配电网络模型，并进行负载流、短路分析、电能质量评估等仿真计算。

这些模型和仿真分析结果可以帮助用户评估配电系统的可靠性和效益。

III. 电力系统模拟与分析在电力系统仿真中，模拟和分析是非常重要的步骤。

Matlab提供了各种仿真和分析工具，用户可以利用这些工具来模拟电力系统的运行情况，并评估系统的性能。

1. 稳定性分析电力系统的稳定性是电力系统仿真中的一个关键指标。

Matlab提供了用于稳定性分析的工具，可以帮助用户评估电力系统的电压稳定性和频率稳定性。

电力拖动自动控制系统---Matlab仿真实验报告实验一二极管单相整流电路一.【实验目的】1.通过对二极管单相整流电路的仿真,掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识;2.通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。

图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图二．【实验步骤与内容】1.仿真模型的建立①打开模型编辑窗口;②复制相关模块;③修改模块参数;④模块连接;2.仿真模型的运行①仿真过程的启动;②仿真参数的设置;3.观察整流输出电压、电流波形并作比较,如图1-2、1-3、1-4所示。

三．【实验总结】由于负载为纯阻性,故输出电压与电流同相位,即波形相同,但幅值不等,如图1-4所示。

图1-2 整流电压输出波形图图1-3 整流电流输出波形图图1-4 整形电压、电流输出波形图实验二三相桥式半控整流电路一.【实验目的】1.通过对三相桥式半控整流电路的仿真,掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识;2.研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理与全过程。

二．【实验步骤与内容】1.仿真模型的建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。

2.仿真模型的运行;仿真过程的启动,仿真参数的设置。

相应的参数设置:(1)交流电压源参数U=100 V,f=25 Hz,三相电源相位依次延迟120°。

(2)晶闸管参数Rn=0、001 Ω,Lon=0、000 1 H,Vf=0 V,Rs=50 Ω,Cs=250e-6 F。

(3)负载参数R=10 Ω,L=0 H,C=inf。

(4)脉冲发生器的振幅为5 V, 周期为0、04 s ( 即频率为25 Hz), 脉冲宽度为2。

图2-1 三相桥式半控整流电路仿真模型图当α=0°时, 设为0、003 3s,0、016 6s,0、029 9 s。

图2-2 α=0°整流输出电压等波形图当α=60°时,触发信号初相位依次设为0、01s,0、0233s,0、0366s。

电力拖动自动控制系统---Matlab仿真实验报告实验一二极管单相整流电路一．【实验目的】1．通过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。

图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立①打开模型编辑窗口；②复制相关模块；③修改模块参数；④模块连接；2.仿真模型的运行①仿真过程的启动；②仿真参数的设置；3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。

三．【实验总结】由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。

图1-2 整流电压输出波形图图1-3 整流电流输出波形图图1-4 整形电压、电流输出波形图实验二三相桥式半控整流电路一．【实验目的】1．通过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。

二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。

2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。

相应的参数设置：（1）交流电压源参数U=100 V，f=25 Hz，三相电源相位依次延迟120°。

（2）晶闸管参数 Rn=0.001 Ω，Lon=0.000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250e-6 F。

（3）负载参数R=10 Ω，L=0 H，C=inf。

（4）脉冲发生器的振幅为5 V，周期为0.04 s （即频率为25 Hz），脉冲宽度为2。

图2-1 三相桥式半控整流电路仿真模型图当α=0°时，设为0.003 3s，0.016 6s，0.029 9 s。

图2-2 α=0°整流输出电压等波形图当α=60°时，触发信号初相位依次设为0.01s，0.0233s，0.0366s。