下载文档原格式
直流微电网的建模和仿真目录1 引言 (3)1.1 目的 (3)1.2 文档格式 (3)1.3 术语 (3)1.4 参考文献 (3)2 系统概述 (4)3直流微网的能量管理方法 (4)4系统建模 (5)4.1PV电池 (5)4.2 PV电池DCDC变换器建模 (8)4.3蓄电池双向DCDC1变换器建模 (9)4.4逆变器建模 (11)4.5负载建模 (12)4.6蓄电池建模 (13)5仿真验证 (13)6结论 (18)1 引言1.1 目的该文档针对独立智能供电及生活保障系统的需求，给出了提供智能供电的直流微电网系统框架，并根据这一框架搭建理论模型和仿真模型。
验证这一直流微电网系统的功能可行性。
1.2 文档格式本文档按以下要求和约定进行书写：（1）页面的左边距为2.5cm，右边距为2.0cm，装订线靠左，行距为最小值20磅。
（2）标题最多分三级，分别为黑体小三、黑体四号、黑体小四，标题均加粗。
（3）正文字体为宋体小四号，无特殊情况下，字体颜色均采用黑色。
（4）出现序号的段落不采用自动编号功能而采用人工编号，各级别的序号依次为（1）、1）、a)等，特殊情况另作规定。
1.3 术语1.4 参考文献2 系统概述图1 直流微网的系统框图图1为直流微网的系统框图，仿真系统包括以下几个部分：1)PV组件的特性模型2)蓄电池的模型3)PV组件后的DCDC拓扑模型和控制模型4)蓄电池后双向DCDC1的拓扑模型和控制模型5)逆变器包括：单相逆变器和三相逆变器的拓扑模型和控制模型6)交流负载模型7)直流负载模型8)超级电容模型（暂缺）9)超级电容后双向DCDC2的拓扑模型和控制模型（暂缺）10)柴油机模型（暂缺）11)智能控制器2与光伏智能控制器的协调控制模型（暂缺）3直流微网的能量管理方法能量管理思想：管理微网中各分布电源的能量流动，使得微网工作最优状态。
以下为结合我们项目的一个能量管理原则，有了这个管理原则，就可以明确各个分布电源的控制方法。
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真直流调压调速控制系统是工业自动化领域中常见的一种控制系统，它可以实现对直流电机的电压和速度进行精确的控制。
本文基于MATLAB软件对直流调压调速控制系统进行了仿真，主要包括建立电路模型、设计控制器、进行系统仿真等步骤。
通过仿真分析，可以验证控制系统的性能和稳定性，为实际工程应用提供参考。
一、直流电机数学模型直流电机是直流调压调速控制系统的执行元件，其数学模型可以基于电路和机械原理进行建模。
直流电机的数学模型主要包括电动势方程和机械方程，可以用下面的公式表示：1）电动势方程：\[E_a = K_e \omega\]\(E_a\)是电机的电动势，\(K_e\)是电机的电机常数，\(\omega\)是电机的角速度。
综合考虑电动势方程和机械方程，可以得到直流电机的传递函数：\[G(s) = \frac{k}{(s+a)(s+b)}\]\(k\)是传递函数的增益，\(a\)和\(b\)是传递函数的两个极点。
二、控制器设计在直流调压调速控制系统中，通常采用PID控制器来实现对电压和速度的精确控制。
PID控制器的传递函数可以表示为：\[C(s) = K_p + K_i \frac{1}{s} + K_d s\]\(K_p\)、\(K_i\)和\(K_d\)分别是比例环节、积分环节和微分环节的增益。
为了实现对电压和速度的精确控制，可以设计两个PID控制器，分别用于电压环和速度环。
电压环的PID控制器可以根据电机的电动势方程进行设计，速度环的PID控制器可以根据电机的机械方程进行设计。
三、系统仿真基于MATLAB软件，可以建立直流调压调速控制系统的仿真模型，对系统进行模拟和分析。
需要建立直流电机的数学模型，包括电动势方程和机械方程，并将其转化为传递函数形式。
然后，设计电压环和速度环的PID控制器，确定各个环节的增益参数。
将电机模型和控制器模型进行组合，得到整个系统的开环传递函数。
毕业论文(设计)说明书课题名称：基于Matlab的直流-交流变换器建模与仿真学生姓名：学号：学院：机械电气工程学院专业、年级：电气工程及其自动化指导教师：职称：毕业论文(设计)起止时间： 2011.03-2011.06目录毕业论文\设计说明书 (4)第1章前言 (6)1.1MATLAB/SIMULINK仿真的目的与意义 (6)1.2本课题的研究内容 (6)1.3本课题的研究意义 (6)第2章 MATLAB/SIMULIK基础知识 (8)2.1MATLAB介绍 (8)2.1.1 MA TLAB的主要组成部分 (8)2.1.2 MA TLAB的系统开发环境 (9)2.2SIMULINK仿真基础 (10)2.2.1 SIMULINK启动 (10)2.2.2 SIMULINK的模块库介绍 (10)2.2.3 电力系统模块库的介绍 (11)2.2.4 SIMULINK简单模型的建立 (11)2.2.5 SIMULINK功能模块的处理 (12)2.2.6 SIMULINK线的处理 (13)2.2.7 SIMULINK仿真的运行 (13)第3章单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB仿真 (17)3.1单相桥式全控整流及有源逆变电路的原理和仿真模型 (17)3.1.1单相桥式全控整流及有源逆变电路的原理 (17)3.1.2.单相桥式全控整流及有源逆变电路的仿真模型 (18)3.2仿真模型使用模块的参数设置 (19)3.3模型仿真及仿真结果 (20)第4章三相半波整流及有源逆变电路的MATLAB仿真 (22)4.1三相半波整流及有源逆变电路(阻感性负载)的原理和仿真模型。
(22)4.1.1.三相半波整流及有源逆变电路的原理 (22)4.1.2三相半波整流及有源逆变电路的仿真模型 (23)4.2仿真模型使用模块的参数设置 (23)4.3模型仿真及仿真结果 (25)第5章三相桥式整流及有源逆变电路的MATLAB仿真 (26)5.1三相桥式整流及有源逆变电路的原理和仿真模型 (26)5.1.1三相桥式整流及有源逆变电路的原理 (26)5.1.2三相桥式整流及有源逆变电路的仿真模型 (27)5.2仿真模型使用模块的参数设置 (28)5.3模型仿真及仿真结果 (29)第6章正弦波脉宽调制逆变器的MATLAB仿真 (30)6.1正弦波脉宽调制逆变器的原理和仿真模型 (30)6.1.1正弦波脉宽调制逆变器的原理 (30)6.1.2正弦波脉宽调制逆变器的仿真模型 (36)6.2仿真模型使用模块的参数设置 (37)6.3模型仿真及仿真结果 (39)第7章滞环控制三相电流跟踪型逆变器的MATLAB仿真 (42)7.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理和仿真模型 (42)7.1.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理 (42)7.1.2滞环控制三相电流跟踪型逆变器的仿真模型 (44)7.2仿真模型使用模块的参数设置 (44)7.3模型仿真及仿真结果 (46)第8章结论 (49)致谢 (50)主要参考文献 (51)毕业论文\设计说明书中文摘要直流-交流(DC-AC)变换电路，又称为逆变器(inverter),能够将直流电能转换为交流电能。
基于MATLAB的HVDC仿真一、引言高压直流输电（HVDC）近年来在世界各地迅速发展，在我国也因“西电东送、南北互供、全国联网”而成为电力建设的热点。
目前除葛上、天广两个500 kV 直流工程已投运外，还有三峡—广东、贵州—广东、三峡—常州等多个直流工程已开工。
作为电力系统研究、规划、设计和运行分析的重要手段，本文利用MATLAB PSB（以Simuiink 为运行环境）对HVDC 系统的暂态过程进行建模和仿真。
PSB 涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型，它由以下6 个子模块库组成：①电源模块库：包括交、直流电压源，交流电流源，可控电压、电流源等。
②基本元件模块库：包括串（并）联RLC 负载/ 支路、线性变压器、饱和变压器/ 互感器、断路器、N 相分布参数线路、单相π形集中参数传输线路和浪涌放电器等。
③电力电子模块库：包括二极管、晶闸管、GTO、MOSFET 和理想开关等。
④电机模块库：包括励磁装置、水轮发电机及其调节器、异、同步电动机及其简化模型和永磁同步电动机等。
⑤连接模块库：包括地、中性点和母线（公共点）。
⑥测量模块库：包括电流与电压测量。
在6 个子库的基础上，可根据需要组合封装出更为复杂的常用模块比如附加模块库（Poweriib EXtras）中的三相电气系统。
附加库中还包括均方根测算、有功与无功功率测算、傅里叶分析、可编程定时器和同步触发脉冲发生器等。
二、HVDC模型介绍（一）HVDC系统的基本结构与工作原理HVDC 系统由换流站（亦可用作整流站、逆变站）和HVDC 线路组成，它有多种接线方式。
单极（双桥）大地回流换流站（见图1）的主要设备有：图 1单级（双桥）大地回流换流站（1）换流变压器，变交流电压为桥阀所需电压。
（2）换流器，由晶闸管组成，用作整流和逆变。
换流器一般采用三相桥式（ 有单、双桥两类）线路，每桥有6 个桥臂（即6 脉冲换流器），如天生桥—广州1 500 kV HVDC 系统晶闸管块的额定电压为8kV ，用78 个块串联组成阀体。
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真直流调压调速系统是一种常见的电气控制系统，广泛应用于工业领域中。
在直流调压调速系统中，直流电机作为执行器，通过对电机的电压进行调节，可以实现对电机的速度、扭矩等参数的控制。
本文基于MATLAB平台对直流调压调速系统进行了仿真分析，包括建立系统模型、设计控制系统、进行性能分析等方面。
一、直流调压调速系统模型的建立直流调压调速系统可以简化为如下模型：e(t)--->u(t)--->Gv(s)---->X(s)----->e(t)是输入信号，表示期望电机速度；u(t)是输出信号，表示电机输出的转矩；Gv(s)是电机的传递函数，表示电机的速度与输入电压的关系；X(s)是控制系统的输出信号，表示根据输入信号e(t)和反馈信号u(t)计算得出的输出。
电机的传递函数Gv(s)可以通过实验测定或者理论计算得到，其具体形式为：Gv(s) = K / (Js+b)K是电机的增益；J是电机的惯性矩；b是电机的摩擦系数。
二、直流调压调速系统的控制器设计对于直流调压调速系统，可以采用比例-积分-微分（PID）控制器来控制电机的速度。
PID控制器的输出计算式为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t) * dt + Kd * de(t)/dtKp、Ki、Kd分别是比例、积分、微分控制器的参数，e(t)是输入信号与输出信号之差，de(t)/dt是e(t)的导数。
在MATLAB中，可以使用pid函数设计PID控制器，并使用feedback函数将控制器与直流调压调速系统进行连接。
具体步骤如下：1. 建立直流调压调速系统的模型；2. 调用pid函数，设计PID控制器，并设置控制器的参数；3. 调用feedback函数，将控制器与直流调压调速系统进行连接；4. 设计输入信号e(t)；5. 运行模拟程序，观察系统的输出信号u(t)。
三、直流调压调速系统的性能分析在直流调压调速系统的仿真中，可以通过观察系统的输出信号u(t)来评估系统的性能。
编号 2018180240B 研究类型基础研究分类号 TP273.6 学士学位论文（设计）Bachelor’s Thesis论文题目基于MATLAB的高压直流输电系统的建模与仿真作者姓名罗俊学号2014118010240所在院系机电与控制工程学院学科专业名称电气工程及其自动化导师及职称韩涛讲师论文答辩时间2018年5月12日学士学位论文（设计）诚信承诺书目录1绪论 (5)1.2高压直流输电系统的优势和不足 (5)1.3高压直流输电的应用 (6)2 高压直流输电系统的原理 (6)2.1高压直流系统的元件与接线 (7)2.2换流器的工作原理 (12)2.3十二脉动换流器 (17)2.4直流输电系统的基本控制原理 (19)2.5直流输电系统的基本控制 (19)3高压直流输电系统仿真建模 (21)3.1单个最大接地回路直流输电系统基本结构（正极） (21)3.2 建模与仿真工具MA TLAB/Simulink 简介 (22)3.3高压直流输电系统建模 (23)4高压直流输电系统仿真结果分析 (27)4.1高压直流输电系统的起停和逐步仿真 (27)总结 (31)参考文献 (31)基于MATLAB的高压直流输电系统建模与仿真罗俊（指导教师，韩涛）（湖北师范大学机电与控制工程学院，中国黄石 435002）摘要：高压直流输电系统（HVDC）是一种成本低，耗能少，稳定性高，并且利用长距离线路来进行大容量输电的技术。
这种技术一般运用在海底电缆等长距离大容量的输电线路中。
本篇论文对高压直流输电系统（HVDC）的结构和概况进行论述。
运用Matlab仿真软件中的Simulink对其进行建模和系统的仿真得到相应的仿真波形，验证其有效性。
关键字：高压直流输电系统；Matlab仿真；Simulink模块库中图分类号：TP273.6Modeling and Simulation of HVDC Transmission System Based onMATLABLuo Jun(tutor: Han Tao)(College of Mechatronics and Control Engineering, Hubei Normal University, Huangshi, China, 435002)Abstract :HVDC (HVDC) is a low cost, low energy consumption, high stability, and the use of long distance lines for large capacity transmission technology. This technique is commonly used in long-distance, large-capacity transmission lines such as submarine cables. This paper discusses the structure and general situation of HVDC. Simulink of Matlab simulation software is used to simulate the simulation of the simulation and verify its effectiveness.Key words:HVDC transmission system；The Matlab simulation；Simulink module library基于MATLAB的高压直流输电系统建模与仿真罗俊（指导教师，韩涛）（湖北师范大学机电与控制工程学院中国黄石 435002）1绪论1.1高压直流输电系统的发展概况在现如今这个时代，用电在日常的生活中不可或缺，那么输电系统就显得更加重要，传输系统可分为直流传输和交流传输与交流传输相比，高压直流传输具有低功耗，低成本和高传输容量的优点，直流传输更加稳定。
在现实生活中利用得更加普遍。
直流输电系统有3个阶段，（1）1960年前后，那个时候交流高压输电是最常用的输电方式，由于当时的技术限制，DC转移并没有得到人们的赞赏。
（2）之后，东欧瑞典直到1972年才建成该行业的第一条高压直流输电线路，目前，技术已经逐渐成熟，高压直流输电系统正在大功率，长距离使用。
（3）20世纪70年代到现在，科学技术日新月异，高压直流输电系统在生活更加普遍，直流输电系统越来越被人们重视。
1.2高压直流输电系统的优势和不足HVDC传输系统具有的优势：第一：从经济方面来看，首先，整个直流输电系统的成本相对较低，整个线路只需要两根导线，能够节约很多成本，所以电缆线的成本比较低，因此电缆费用低。
第二:直流输电系统运行的时候需要的电能比较小，可以尽可能的节能，最后：线路窄，土地需求量少，费用低。
例如，使用相同的500千伏电压，直流路线走廊只有40米宽。
对于数百公里或数千公里的输电线路，储存的土地数量巨大。
传输系统的优点还包括更快的调整和更可靠的运行。
由于直流输电系统可通过快速调整有功功率轻松实现，并通过晶闸管换能器实现，因此也可实现“功率翻转”。
一旦出现了紧急情况，它能够从正常交流系统向出现问题一端紧急支援，大大提高了线路的可靠性。
当使用交流传输时，短路电流会因为容量的增加而增加。
它可能会超过原来的断路器闭锁能力。
使用直流输电时，这种效应会降低。
HVDC传输系统的不足之处：在换流站方面，直流输电系统相比交流输电系统来说就有好多劣势，比如直流换流站的结构复杂，设备数量多，造价高，损耗大等等。
交流变电站通常仅需要变压器和断路器，但除上述设备外，直流变电站还需要变频器，平滑电抗器，直接交流滤波器和无功功率放大器。
晶闸管变换器在更换期间需要消耗大量的无功功率。
目前，换流站需要无功补偿设备，当交流滤波器提供的无功功率不能满足无功补偿时，也需要静电电容，当开关站接入弱交流系统时，为提高系统动态电压的稳定性和改善替换状态，同时还需要安装同步摄像机或静态无功补偿装置，这也增加了转换站的投资和运行成本，当使用新型旋转半导体装置或循环电容逆变器时，无功补偿问题将得到解决。
1.3高压直流输电的应用根据分析，直流输电的应用有以下的方面：1）距离很远功率很大的输电2）直流电缆输电，能节约资源3）电力系统的联网。
4）现有交流输电系统的增容改造5）轻型直流输电2 高压直流输电系统的原理2.1高压直流系统的元件与接线2.1.1高压直流系统的接线方式DC传输系统的接线一般分为三种类型：单极，双极连接和背对背连接。
1 单极系统（正极或负极）单极直流输电系统可以使用正负极性。
正极和负极由转换器站的地电位定义，对地电位为负，对正极为正。
输电导线有正负级导线之分，和正极相连的为正极导线，那么与负极相连的即为负极导线。
单环和单极金属环是单极系统的两种接线方式。
（1）单极大地回线方式作为高压直流输电系统的重要组成部分，地球和海水是该系统的返回线。
如图2.l(a)所示这种方式。
电流正常运行的条件是必须流过海水或是地面，因此极其重要的一点就是它电极材料的选用、受到地下通讯线路等一些方面的影响，往往使用的较多的方式为正极接地。
图2.1（a）单个最大环路连接图1-换流变压器；2-换流器；3-平波电抗器；4-直流输电线路；5-接地极系统；6-两端交流系统（2）正如这个名字所表明的那样，在直流侧使用两根金属线形成单极环路称为单极金属环路方法见图2.1（b）,单极大地回线里面的地回线是用一根低绝缘的导线来替代的。
这种单极环路方法可以防止电流流过地面或海水，并使导线的电位为零。
缺点是当电流通过导线时，会导致大的压降，因此具有足够的绝缘强度。
这个方式通常为过渡方式。
图2.l（b）单极金属环路布线图1-换流变压器；2-换流器；3-平波电抗器；4-直流输电线路；5-接地极系统； 6-两端交流系统双导体并联接地回路是单极性操作中的双极直流输电系统。
接线图如图2.1（c）所示。
1-换流变压器；2-换流器；3-平波电抗器；4-直流输电线路；5-接地极系统；6-两端交流系统2.双极系统双极线路是由正负连接线组成的线路。
中性回路和大地回路是他的两个不同的分支，分述如下：（1）图2.2（a）显示了双极性接地的中性点。
这种方法将整流和逆变站的中性点连接到地， +V和-V为双极对地电位。
在正常操作下，电流不流向两个接地点。
实际上，变压器两端的阻抗和变流器的控制角度并不平衡，因此总是有不平衡电流作为回路流过地。
一旦线路中的故障得到解决，可以使用全极和地面作为回路来保持单极操作模式。
图2.2(a)两端中性点零线接线方案1-换流变压器；2-换流器；3-平波电抗器；4-直流输电线路；5-接地极系统；6-两端交流系统（2）双极性中性点接地方式2.2(b)所示，在整流侧或中性侧的一侧接地，在正常运行时与上述相同。
但是，当前线遇到问题时，无法继续正常操作。
图2.2(b)双极一端中性点1-换流变压器；2-换流器；3-平波电抗器；4-直流输电线路；5-接地极系统；6-双向交流系统地线图（3）如图2.2（c）所示，双极性金属中性点系统通过将双极中性点连接到导线形成双极中性点模式。
在换向侧或换向侧连接到地面将允许您继续在健康的电杆上传输电力，同时避免在一侧出现问题时使用地面或海水作为回路的缺点。
这种方法通过增加电线来增加经济投资。
图2.2(c)双极金属中性模式连接图1-换流变压器；2-换流器；3-平波电抗器；4-直流输电线路；5-接地极系统；6-两端交流系统3.背靠背（back-to-back）”换流方式如图2.3所示，没有直流输电线路，将整流器和逆变器站相结合的直流系统称为“背对背”换流站。
背靠背换向方式的主要特点是直流侧可以选择低电压大电流，可以更好地利用大截面晶闸管的流通能力，同时直流侧设备由于直流电压较低，也可以节省成本。
背靠背换向系统由于所有整流器和逆变器都安装在灯泡孔中，直流侧的谐波不会引起通信干扰，降低了直流侧滤波器的要求，节省了滤波器，大大降低了平波电抗可以减少电感值。
这样可以降低直流系统的绝缘成本，最大限度地保持成本，这种替代方法在很多地方都得到了认可。
它的主要优点是受益于系统增加容量时限制短路容量，因此它不会取代大量的电气设备。
背靠背高压直流输电系统可以根据互连的目的和要求的可靠性设计为单极或双极运行。
大多数使用线路的点对点（两端）高压直流输电系统都是双极性的，并且仅在意外事故期间单极运行。
图2.3 背靠背站接线图原理1-换流变压器；2-换流器；3-平波电抗器；4-两端交流系统2.1.2高压直流输电系统的元件HVDC系统主要由变流站（整流站和逆变站）和HVDC电路组成，主要包括变流器，直流滤波电抗器，交直流滤波器，无功补偿器，直流输电线路和电极。
