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电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用汇总

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MATLAB-SIMULINK在电力系统工程仿真中的应用

MATLAB-SIMULINK在电力系统工程仿真中的应用

MATLAB-SIMULINK在电力系统工程仿真中的应用MATLAB/SIMULINK在电力系统工程仿真中的应用随着电力系统的规模日益庞大和复杂性的增加，为确保电力系统的安全可靠运行，电力系统工程仿真成为了工程设计和运维过程中的重要环节。

MATLAB/SIMULINK作为一种强大的仿真工具，可以有效地模拟电力系统的各种电路、设备与系统，为电力系统工程提供精确的仿真分析与设计。

电力系统工程仿真是一种通过计算机模拟的方法，用以预测和分析电力系统的运行状况和特性。

在传统的电力系统工程中，工程师们常常使用基于经验公式和简化模型的手工计算方法进行设计和评估。

然而，由于电力系统的复杂性和不确定性，采用手工计算方法不仅效率低下，而且容易出现误差。

相比之下，MATLAB/SIMULINK具有更高的仿真精度和灵活性，能够更准确地模拟电力系统的各个方面。

首先，MATLAB/SIMULINK可以用来模拟电力系统的电路和设备。

在电力系统中，包括变压器、发电机、电动机等各种电器设备都是电路连接的要素。

MATLAB/SIMULINK提供了丰富的电路模型和元件库，可以很方便地构建各种电路模型。

例如，我们可以根据电路拓扑结构和参数数据构建一个发电机的模型，通过输入不同的工作条件和控制信号，可以模拟发电机在各种负载情况下的工作状态。

其次，MATLAB/SIMULINK还可以用来模拟电力系统的控制策略。

在电力系统中，各种控制策略被用来保持电力系统的稳定运行。

例如，电力系统中常用的电压控制和频率控制都是通过调节发电机和变压器的控制信号来实现的。

在MATLAB/SIMULINK中，我们可以根据电力系统的实际控制策略，构建相应的控制模型，通过输入系统的状态量和反馈信号，并根据设计的控制逻辑进行仿真分析。

这使得工程师们可以在设计阶段对控制策略进行优化，以提高电力系统的稳定性和鲁棒性。

此外，MATLAB/SIMULINK还可以用于电力系统的故障分析和可靠性评估。

电力系统的MATLAB_SIMULINK仿真与应用6

电力系统的MATLAB_SIMULINK仿真与应用6

第6章 电力系统稳态与暂态仿真
4) “LTI视窗”(Use LTI Viewer)按键 打开窗口，使用“控制系统工具箱”(Control System Toolbox)的LTI视窗。 5) “阻抗依频特性测量”(Impedance vs. Frequency Measurement)按键 打开窗口，如果模型文件中含阻抗测量模块，该窗口中 将显示阻抗依频特性图。 6) “FFT分析”(FFT Analysis)按键 打开FFT分析窗口。 7) “报表生成”(Generate Report)按键 打开窗口，产生稳态计算的报表。Βιβλιοθήκη 第6章 电力系统稳态与暂态仿真
6.1.4 潮流计算和电机初始化窗口 打开“潮流计算和电机初始化”窗口如图6-5所示。该
窗口中含有以下内容： (1) “电机潮流分布”(Machines load flow)列表框：显示
“电机”(Machines)列表框中选中电机的潮流分布。 (2) “电机”(Machines)列表框：显示简化同步电机、同
第6章 电力系统稳态与暂态仿真 图6-2 Powergui模块主窗口
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
2) “离散系统仿真”(Discretize electrical model)单选框 点击该单选框后，在“采样时间”(Sample time)文本框 中输入指定的采样时间(Ts>0)，按指定的步长对离散化系统 进行分析。若采样时间等于0，表示不对数据进行离散化处 理，采用连续算法分析系统。若未选中该单选框，“采样时 间”文本框显示为灰色。 3) “连续系统仿真”(Continuous)单选框 点击该单选框后，采用连续算法分析系统。 4) “显示分析信息”(Show message during analysis)复选 框 选中该复选框后，命令窗口中将显示系统仿真过程中的 相关信息。

第6章电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用汇总

第6章电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用汇总

第6章 电力系统稳态与暂态仿真
4) “LTI视窗”(Use LTI Viewer)按键
打开窗口，使用“控制系统工具箱”(Control System Toolbox)的LTI视窗。 5) “阻抗依频特性测量”(Impedance vs. Frequency Measurement)按键 打开窗口，如果模型文件中含阻抗测量模块，该窗口中 将显示阻抗依频特性图。 6) “FFT分析”(FFT Analysis)按键 打开FFT分析窗口。 7) “报表生成”(Generate Report)按键 打开窗口，产生稳态计算的报表。
相关信息。
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
2. 分析工具
1) “稳态电压电流分析”(Steady-State Voltages and Currents)按键打开稳态电压电流分析窗口，显示模型文件的 稳态电压和电流。 2) “初始状态设置”(Initial States Setting)按键 打开初始状态设置窗口，显示初始状态，并允许对模 型的初始电压和电流进行更改。 3) “潮流计算和电机初始化”(Load Flow and Machine Initialization)按键 打开潮流计算和电机初始化窗口。
“频率”(Frequency)文本框中输入指定的频率，
进行相量法分析。若未选中该单选框，“频 率”文本框显示为灰色。
图6-2 Powergui模块主窗口
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
2) “离散系统仿真”(Discretize electrical model)单选框
点击该单选框后，在“采样时间”(Sample time)文本框 中输入指定的采样时间(Ts>0)，按指定的步长对离散化系统 进行分析。若采样时间等于0，表示不对数据进行离散化处 理，采用连续算法分析系统。若未选中该单选框，“采样 时间”文本框显示为灰色。 3) “连续系统仿真”(Continuous)单选框 点击该单选框后，采用连续算法分析系统。 4) “显示分析信息”(Show message during analysis)复选 框 选中该复选框后，命令窗口中将显示系统仿真过程中的

电力系统的MATLAB-SIMULINK仿真与应用

电力系统的MATLAB-SIMULINK仿真与应用

• 图5-4 二极管模块参数对话框
始电流值。通常将初始电流值设为0，表 示仿真开始时二极管为关断状态。设置 初始电流值大于0，表示仿真开始时二极 管为导通状态。如果初始电流值非0，则 必须设置该线性系统中所有状态变量的 初值。对电力电子变换器中的所有状态 变量设置初始值是很麻烦的事情，所以 该选项只适用于简单电路。
的二极管整流电路，观测整流效果。其 中电压源频率为50 Hz，幅值为100 V， 电阻R为1 Ω，二极管模块采用默认参数。 解：(1) 按图5-5搭建仿真电路模型， 选用的各模块的名称及提取路径见表5-1。
• 图5-5 例5.1的仿真电路图
表5-1 例5.1仿真电路模块的名称及提取路径
模 块 名 功率二极管模块 D1、D2、D3、D4 交流电压源 Vs 串联 RLC 支路 R 电压表模块 VR 电流表模块 IR 信号分离模块 Demux 示波器 Scope 提 取 路 径 SimPowerSystems/Power Electronics SimPowerSystems/Electrical Sources SimPowerSystems/Elements SimPowerSystems/Measurements SimPowerSystems/Measurements Simulink/Signal Routing Simulink/Sinks
• 图5-1 电力电子开关模块
开关逻辑和串联电路参数的不同，其中 开关逻辑决定了各种器件的开关特征； 模块的串联电阻Ron和直流电压源Vf分别 用来反映电力电子器件的导通电阻和导 通时的电压降；串联电感Lon限制了器件 开关过程中的电流升降速度，同时对器 件导通或关断时的变化过程进行模拟。
子开关模块中也并联了简单的RC串联缓 冲电路，缓冲电路的阻值和电容值可以 在参数对话框中设置，更复杂的缓冲电 路则需要另外建立。有的器件(如 MOSFET)模块内部还集成了寄生二极管， 在使用中需要加以注意。

MATLAB在电力系统仿真中的应用

MATLAB在电力系统仿真中的应用

MATLAB在电力系统仿真中的应用摘要：电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，对其稳定运行和优化管理具有重要意义。

本文旨在探讨MATLAB在电力系统仿真中的应用，包括电力系统建模、稳态分析和暂态分析。

通过MATLAB提供的丰富工具和函数，研究人员可以有效地进行电力系统仿真，以评估系统性能、优化运行策略，并研究新技术的应用。

第一部分：电力系统建模电力系统建模是仿真工作的基础，它包括对发电机、变压器、输电线路等各个组件进行电气和机械特性的建模。

在MATLAB中，可以利用Simulink进行建模，通过连接不同的模块组成电力系统，实现各个节点之间的物理连接。

在建立模型时，需要考虑到系统的不确定性和复杂性，以准确地模拟实际情况。

此外，还可以利用MATLAB的Power System Toolbox进行系统参数的估计和校正，提高模型准确度。

第二部分：稳态分析稳态分析是对电力系统在稳定运行状态下进行评估和优化的过程。

在MATLAB中，可以利用Power System Toolbox提供的函数来计算节点电压、功率潮流和等效电路参数等。

通过对节点电压和功率潮流进行计算和分析，可以评估电力系统的稳定性和可靠性，并寻找优化策略，例如调整发电机容量、优化输电线路布局和控制变压器的调压。

第三部分：暂态分析暂态分析是对电力系统在瞬时状态下进行评估和优化的过程。

在MATLAB中，可以利用Simulink进行暂态仿真，模拟电力系统在短路、开关操作和故障等异常情况下的响应。

通过设定不同的故障模式和参数，可以评估电力系统的稳定性和保护装置的性能。

此外，还可以利用MATLAB的Simscape工具箱建立更精确的组件模型，以获得更准确的仿真结果。

结论：MATLAB在电力系统仿真中的应用广泛而有效。

通过利用MATLAB提供的工具和函数，可以对电力系统进行建模、稳态分析和暂态分析，以评估系统性能和优化运行策略。

此外，MATLAB还提供了友好的用户界面和丰富的可视化功能，帮助研究人员轻松地进行数据处理和结果分析。

MATLAB-8-Simulink在电力系统中的应用精选全文

MATLAB-8-Simulink在电力系统中的应用精选全文
路阻抗值,W) Source resistance (三相电源电阻, W) Source inductance (三相电源电感, H)
电力系统仿真初探
➢ 三相可编程电压源
其幅值、相位、频率和谐波可以随时间变化。 其主要作用如下： (1) 三相可编程电压源可以对三相电源的幅值、 相位和电源基频分量进行时变性编程。 (2) 三相可编程电压源提供两个谐波分量，施 加于基频信号。 (3) 三相可编程电压源可以用来控制受控电压 源和受控电流源。
Measurements (测量)
None, Voltage
电力系统仿真初探
➢ 受控电流源
由激励信号源控制的受控电流源. 参数设置: Initialize (初始化选项) Source type (激励源类型:AC, DC） Initial amplitude (初始化振幅, A) Initial phase (初始化相位,度） Initial frequency (初始化频率,Hz)
None: 对交流电压源不进行相关量的测量. Voltage: 对交流电压源两个终端进行测ห้องสมุดไป่ตู้,
电力系统仿真初探
➢ 例如
u1
u2
V Rs
u1+u2 C
R
L
Multimeter
u1/u2
已知: u1=75sin(100t+20 /180); u2=30sin(120t+75 /180); Rs=100W; R=100 W; L=100mH; C=150mF. 选择测量u1,u2和u1+u2,并观察电压波形. 仿真时间为0.4秒;求解程序类型为变步长的ode45.
➢电力系统元件库
(1) 电源元件(Electrical Sources) (2) 线路元件(Elements) (3) 电力电子元件(Power Electronics) (4) 电机元件(Machines) (5) 连接器元件(Connectors) (6) 电路测量仪器(Measurements) (7) 附加元件(Extras) (8) 电力图形用户接口(powergui)

电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用_第7章汇总

串联电容补偿装置由串联电容器组、金属氧化物变阻器 (MOV)、放电间隙和阻尼阻抗组成，如图7-2所示。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 图7-2 串联补偿装置结构
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 打开SimPowerSystems库demo子库中的模型文件power_ 3phseriescomp，可以直接得到图7-1的仿真系统如图7-3所示， 以文件名circuit_seriescomp另存，以便于修改。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 图7-15 等效三相电源参数设置
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
从SimPowerSystems/Measurements子库中复制“阻抗测 量”模块到本模型文件中，将该模块连接到母线B2的a相和 b相线路上，得到a相和b相的阻抗之和。将阻抗测量模块参 数对话框中的“增益参数”(Multiplication factor)改为0.5， 即可得到一相阻抗。
Vprot 2.5 2In XC 2.5 2 2 42.24 298.7 kV
(7-4) 其中，In为线电流有效值，取值为2 kA。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
为了保护MOV，在MOV上并联了由断路器模块等效的 放电间隙Gap，当MOV上承受的能量超过阈值时，间隙放电。 与放电间隙串联的RL支路是用来限制电容电流上升率的阻 尼电路。“能量和放电间隙触发”(Energy & Gap firing)子系 统完成对放电间隙Gap的控制，仿真系统模型如图7-6。该系 统对MOV中的能量进行积分计算，当能量值大于30 MJ时发 送合闸信号到断路器模块Gap中，断路器合闸，实现间隙放 电。
相角1 为 18.22°，母线 B1 的 a 相电流幅值 2Ia 为 1.56 kA，

第4章电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用_


解：(1) 理论分析。由已知，得稳态运行时发电机的转
速n为
其中，f为系统频率，按我国标准取为50 Hz；p为隐极机的 极对数，此处为2。 电磁功率Pe = 0.8 p.u.，功率角δ为
60 f n = = 1500 r/min p
(4-1)
Pe X 0.8 0.9 arcsin arcsin 46.05 EV 1 1
第4章 电力系统主要元件等效模型
【例4.1】额定值为50 MVA、10.5 kV的两对极隐极同
步发电机与10.5 kV无穷大系统相连。隐极机的电阻R=0.005 p.u.，电感L = 0.9 p.u.，发电机供给的电磁功率为0.8 p.u.。 求稳态运行时的发电机的转速、功率角和电磁功率。
第4章 电力系统主要元件等效模型
第4章 电力系统主要元件等效模型
第4章 电力系统主要元件等效模型
4.1 同步发电机模型 4.2 电力变压器模型 4.3 输电线路模型
4.4 负荷模型
习题
第4章 电力系统主要元件等效模型
4.1 同步发电机模型
4.1.1 同步发电机等效电路 SimPowerSystems中同步发电机模型考虑了定子、励磁 和阻尼绕组的动态行为，经过Park变换后的等值电路如图41所示。
mq ， m d
Vq，Vd Δθ ωm Pe Δω θ Te δ Peo，Qeo
第4章 电力系统主要元件等效模型
通过“电机测量信号分离器”(Machines Measurement
Demux)模块可以将输出端子m中的各路信号分离出来，典 型接线如图4-10所示。
图4-1 同步发电机等效电路图
(a) d轴等效电路；(b) q轴等效电路
第4章 电力系统主要元件等效模型

电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用_第1章

电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用_第1章第1章概述教:电力系统的材ATMLB/ASmuiinl仿k及应真用王晶国翁庆有兵张西电子安科大技学版出社论理教学：0学3时上机教：1学学8第1章时概述第章概述111.电系力统用常真仿软简介1件2.MATLAB/ISMUILKN述1概3.简电单演路示习题第1章述概1.1电系力常统仿用真件软介简力系电是统一个规模、大变的时杂复统系在国，民济经有中非重常的作用要。

电力系统字仿数真成已为力电系研统、究规划、行、运设计各等方面不可个缺或的具，特工是电力别系统新术的技开研究发新、装置设的、计参数确的定更是需要过仿真来确认。

目通常前用的电力系统真软件仿有：(1邦纳)维尔力电局Bonn(vileleowePrdmAniirtaiton,BP)A开发的PA程B和EMT序P(ElcteroagnmetiTcaniretnProram)程序；g1章第概述()2尼托巴曼高直压输电研流究心(M中natioabHDCReVaechrCenet)开r的发PCSDAEM/DC(TPoerwySemCtmoputrAideedDein/glectEoramngticeTranient PrgrominacudilngDirceturrenC)t序程；(3)德西国子公门司制研的力系电仿统真件软NEOMTAC(NtweokrToroniacMhnieCnotrl)o;4)(中电力科学国研究院开的电发力系分统析合综程序PSASP(oPweryStmAneayliSftowaerPackage;)()5MatWhro公k司发开的科与学工程算软件计ATLMABMat(riL某barotoary矩，实验室阵。

)第1章述概电力统分析系软件了除以几上，还有美种国加大学州伯克利校分制研的PPSCIES(miulaiotnPogramwrithnItegaretCircdiuEmthapi)美国、TP 公司开发I的PSSE/美、EPRI公国司开的ETMS发P、BBA公司开发的YMSPO程W序美和国ESAD公开发的电司力统分析系软件DSAE等。

电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用_第7章汇总

为了提高线路输送能力，对两段300 km的线路L1和L2 进行串联补偿，补偿度为40%，两段线路上均装设330 Mvar 的并联电抗器，用于限制高压线路的工频过电压和操作过电 压。补偿设备接到母线B2的线路侧，B2通过一个300 MVA、 735kV/230kV/25 kV的变压器向230 kV侧的250 MW负荷供 电，变压器接线方式为Y0-Y0-D。
(7-6)
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
7.1.3 暂态分析 打开“三相故障模块”参数对话框，设置1/60 s时发生a
相接地故障，0.01 s后故障消失。设置线路1两侧的断路器 CB1、CB2在5/60 s时三相断开并切除故障线路。
1. 线路1发生a相接地故障 在Powergui模块中选择连续系统仿真，仿真参数对话框 中设置仿真结束时间为0.2 s，算法为变步长ode23tb。开始 仿真，得到母线B2上的三相电压和电流波形如图7-9所示。a 相接地故障时的三相短路电流波形如图7-10所示。a相串联 补偿装置上放电间隙Gap上的电压、MOV上的电流和MOV 的能量波形如图7-11所示。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
7.1.4 频率分析 当输电线路采用串联电容补偿时，会引入一个次同步频
率的电气谐振，在一定的条件下，它将与机组扭振相互作用 而导致电气振荡与机械振荡相互促进增强。这种现象称为次 同步谐振现象。当汽轮发电机组轴系扭振模态在系统阻抗的 零点附近时，就会出现这种频率低于系统基频的谐振。由系 统阻抗的极点产生的高次同步谐振电压使得变压器饱和。因 此，本节的频率分析将围绕系统阻抗的依频特性展开。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
双击图7-3中的“串联电容补偿”(Series Comp.1)子系统，
打开子系统如图7-4所示。图7-4由三个完全相同的子系统构
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1
Simulink
八 、
❖Simulink使用入门 ❖模型的创建
❖连续系统的建模与仿真
❖子系统的创建与封装及条件
仿 执行子系统 真 ❖用MATLAB命令创建和运行
环 境
Simulink模型
8.1 Simulink使用入门 菜单
Simulink是面向框图的仿真软件，具有以
下特点：
工具条
2
关键字搜索
用绘制方框图代替编写程序，结构和流程 清晰；
模块库列表
模块列表
(2) 单击工具栏上的 图标或选择菜 单“File”——“New”——“Model”，新建一个 名为“untitled”的空白模型窗口。
(3) 在上图的右侧子模块窗口中，单击“Source”子模块库前的“+”(或双击Source)，或 者直接在左侧模块和工具箱栏单击Simulink下的Source子模块库，便可看到各种输入源模
Simulink调试器
用户定义数据类型设计器
线性化分析工具
8.2 模型的创建
7
8.2.1 模型概念和文件操作
Simulink模型的含义：方框图；扩展名为.mdl的ASCII代码；方程；实际系统的动态性状
1. Simulink模型的一般结构
信源（source)
系统（system)
信宿（sink）
常数、信号发生器、 时钟信号
当前模块的文字说明
智能化地建立和运行仿真，仿真精细、贴
近实际，自动建立各环节的方程，自动地在 给定精度要求下以最快速度进行系统仿真；
适应面广，包括线性、非线性系统，连续、
离散及混合系统，单任务、多任务离散事件 系统。
8.1.1 Simulink入门
【例8－1】创建一个正弦信号的仿真模型。
(1) 在MATLAB的命令窗口运行simulink命令， 或单击工具栏中的 图标，就可以打开Simulink 模块库浏览器(Simulink Library Browser) 窗口。
8.1.2 Simulink的模型窗口
4
模型窗口由菜单、工具条、模型浏览器窗口、模型框图窗口以及状态栏组成。
工具条
菜单
模型浏览器
仿仿 真真 开结 始束
仿真模型
模型框图窗口
打切回打 开换到开 模单父调 块双系试 库窗统器
状态栏
状态栏
用于显示仿真的状态。当鼠标指向菜单和工具条时，在状态栏显示其定义； “Ready”表示模型准就绪等待仿真；“100％”表示编辑窗模型的显示比例； “ode45”表示仿真所用积分算法。
功能
5
新建模型
模型属性
SIMULINK界面的默认设置选项
打印模型
关闭当前Simulink窗口
退出MATLAB系统
创建子系统
封装子系统
查看封装子系统的内部结构
更新模型框图的外观
显示当前系统的父系统
模型浏览器设置
鼠标位于模块上方时显示模块内部数据
显示库浏览器
自动选择最合适的显示比例
以正常比例(100%)显示模型
端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的
信号线连接，一个简单模型已经建成。
(7) 开始仿真，单击“untitled”模 型窗口中“开始仿真”图标，或者 选择菜单“Simulink”——“Start”，则 仿真开始。双击“Scope”模块出现示 波器显示屏，可以看到黄色的正弦 波形 (8)。保存模型，单击工具栏的 图 标，将该模型保存为“exm08_01.mdl”文 件。
就可以将“Sine Wave”模块添加到untitled窗
口。(5) 用同样的方法打开接收模块库
“Sinks”，选择其中的“Scope”模块(示波
器)拖放到“untitled”窗口中。
(6) 在“untitled”窗口中，用鼠标指向
“Sine Wave”右侧的输出端，当光标变为十
字符时，按住鼠标拖向“Scope”模块的输入
示波器、图形记录仪、 数字显示仪
2. Simulink的文件操作
新建仿真模型文件有几种操作：
在MATLAB的命令窗口选择菜单“File”“New”“Model”。
在Simulink模块库浏览器窗口选择菜单“File”“New”“Model”，或者单击工具栏的 图标。 在Simulink模型窗口选择菜单“File”“New”“Model”，或者单击工具栏的 图标。
Start／Stop
Pause／Continue
Simulation Simulation Parameters…
Normal
Accelerator
Text alignment
Filp name
Show／Hide name
Filp block
Rotate Block
Format
Library link display Show／Hide drop shadow
(4) 用鼠标单击所需要的输入信号源模
3
块“Sine Wave”(正弦信号)，将其拖放到空
白的模型窗口“untitled”，则“Sine Wave”
模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠
标选中“Sine Wave”模块，单击鼠标右键，
在快捷菜单中选择“add to ‘untitled’”命令，
Sample time colors
Wide nonscalar lines
Signal dimensions
Port data types
Storage class
Data explorer…
Tools
Simulink debugger… Data class designer
Linear Analysis
菜单名
File Edit View
菜单项
New——Model Model properties Preferences Print… Close Exit MATLAB Create subsystem Mask subsystem… Look under mask Update diagram Go to parent Model browser options Block data tips options Library browser Fit system to view Normal
启动／停止仿真
6
暂停／继续仿真
设置仿真参数
普通Simulink模型
产生加速Simulink模型
标注文字对齐工具
翻转模块名
显示／隐藏模块名
翻转模块旋转模块ຫໍສະໝຸດ 显示库链接显示／隐藏阴影效果
设置不同的采样时间序列的颜色
粗线表示多信号构成的向量信号线
注明向量信号线的信号数
标明端口数据的类型
显示存储类型
数据浏览器