MATLAB变压器仿真设计

于MATLAB_Simulink的变压器建模与仿真基于MATLAB/Simulink的牵引变压器建模与仿真徐（西安铁路局安康供电段新陕西汉中 723000）摘要：针对多种牵引变压器接线方式，建立数学模型，基于Matlab/Simulink仿真软件，建立牵引变压器的仿真模型，并验证数学模型和仿真模型的一致性。

利用所建立仿真模型对不同接线形式牵引变压器在不同条件下对公用电网产生的谐波和负序影响进行仿真试验，对研究各种类型的牵引变压器特性在我国电气化铁路的应用提供条件。

关键词：牵引变压器；数学模型；仿真模型；Matlab/Simulink 中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0610061－03 牵引变压器按其特性可分为平衡接线和不平衡接线。

其中不平衡接线有单相接线、Vv接线和YNd11接线；平衡接线是试图实现三相两相对称变换而提出的，主要代表方式有Scott，Leblanc、Kubler、Wood-bridge、阻抗匹配接线等。

本次主要总结了常用牵引变压器的特点并建立数学模型，包括每种牵引变压器的原理结构、原次边电气量关系等，基于Matlab/Simulink软件建立牵引变压器仿真模型，并对牵引变压器在不同条件下的负序、谐波特性的进行了研究. 1 牵引变压器数学模型研究 1.1 YNd11接线 YNd11变压器接线原理如下图所示，如果忽略激磁电流及其漏阻抗压降，二次侧绕组ac相与一次侧绕组A相同相，cb相与C相同相。

由于变压器一次侧绕组A，B，C相与电力系统的相序一致，A相滞后C相，对应的二次侧ac也滞后cb相[2]。

其中Z为牵引端口对应变压器漏抗，和β相的端口电压。

1.2 Vv接线 Vv接线牵引变压器接线原理如图2所示。

为二次侧空载相即α相图2 Vv接线牵引变压器设Vv接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为可得电流输入输出关系[3]：和，电压输入输出关系如下：图1 YNd11接线牵引变压器设YNd11接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为和假设变压器原边中性点接地，可以得出一次侧三相电流。

于MATLAB_Simulink的变压器建模与仿真基于MATLAB/Simulink的牵引变压器建模与仿真徐（西安铁路局安康供电段新陕西汉中 723000）摘要：针对多种牵引变压器接线方式，建立数学模型，基于Matlab/Simulink仿真软件，建立牵引变压器的仿真模型，并验证数学模型和仿真模型的一致性。

利用所建立仿真模型对不同接线形式牵引变压器在不同条件下对公用电网产生的谐波和负序影响进行仿真试验，对研究各种类型的牵引变压器特性在我国电气化铁路的应用提供条件。

关键词：牵引变压器；数学模型；仿真模型；Matlab/Simulink 中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0610061－03 牵引变压器按其特性可分为平衡接线和不平衡接线。

其中不平衡接线有单相接线、Vv接线和YNd11接线；平衡接线是试图实现三相两相对称变换而提出的，主要代表方式有Scott，Leblanc、Kubler、Wood-bridge、阻抗匹配接线等。

本次主要总结了常用牵引变压器的特点并建立数学模型，包括每种牵引变压器的原理结构、原次边电气量关系等，基于Matlab/Simulink软件建立牵引变压器仿真模型，并对牵引变压器在不同条件下的负序、谐波特性的进行了研究. 1 牵引变压器数学模型研究 1.1 YNd11接线 YNd11变压器接线原理如下图所示，如果忽略激磁电流及其漏阻抗压降，二次侧绕组ac相与一次侧绕组A相同相，cb相与C相同相。

由于变压器一次侧绕组A，B，C相与电力系统的相序一致，A相滞后C相，对应的二次侧ac也滞后cb相[2]。

其中Z为牵引端口对应变压器漏抗，和β相的端口电压。

1.2 Vv接线 Vv接线牵引变压器接线原理如图2所示。

为二次侧空载相即α相图2 Vv接线牵引变压器设Vv接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为可得电流输入输出关系[3]：和，电压输入输出关系如下：图1 YNd11接线牵引变压器设YNd11接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为和假设变压器原边中性点接地，可以得出一次侧三相电流。

电力变压器仿真模型的设计摘要随着电力系统的飞速发展，对变压器的保护要求也越来越高。

研究三相变压器地暂态过程，建立一个完善的变压器仿真模型，对变压器保护方案的设计具有非常重要地意义。

本文在Matlab的编程环境下，分析了当前的变压器仿真的方法。

在单相情况下，分析了在饱和和不饱和的励磁涌流现象，和单相励磁涌流的特征。

在三相情况下，在用分段拟和加曲线压缩法的基础上，分别用两条修正的反正切函数，和两条修正的反正切函数加上两段模拟饱和情况的直线两种方法建立了Yd11、Ynd11、Yny0和Yy0四种最常用接线方式下三相变压器的数学仿真模型，并在Matlab下仿真实现。

通过对三相励磁涌流和磁滞回环波形分析，三相励磁涌流的特征分析，总结出影响三相变压器励磁涌流地主要因素。

最后，分析了两种方法的优劣，建立比较完善的变压器仿真模型。

关键词：三相变压器、励磁涌流、仿真、数学模型AbstractAlong with the electric power system’ development, the request of the protection of the transformer is more and more high. It has count for much meaning to the transformer protecting project to study the transient of a three-phase transformer, and found a perfect three-phase transformer’s digital model.This paper is worked with Matlab, analyzes the current methods of transformer’s digital model. In single-phase transformer, it is analyzed that the inrush current in saturate and unsaturated states, and the characters of the single-phase transformer’s inrush current. In three-phase transformer, with the foundation of the method of compressing curves, we use respectively two modified functions, and two modified functions and two straight line to establish four kinds of transformer’s digital model, such as Yd11, Ynd11, Yny0, Yy0, and realize these with Matlab. After analyzing the wave form of the three-phase transformer’s inrush current and hysteresis, and the characters of three-phase transformer’s inrush current, it is concluded that the primary factors which affect three-phase transformer’s inrush current. Finally, after analyzing the advantages and disadvantages of two methods, a good digital model of three-phase transformer is established.Keywords:three-phase transformer, inrush current, simulation, digital model目录绪论............................................................ - 7 -一．本课题意义...................................................................... - 7 -二．本论文的主要工作.......................................................... - 8 -三．使用工具介绍.................................................................. - 8 -第一章变压器的基本原理.................... - 10 -§1.1变压器的工作原理........................................................ - 10 -§1.2 单相变压器的等效电路............................................... - 11 -§1.3 三相变压器的等效电路及连接组问题 ...................... - 12 -第二章变压器仿真的方法简介............ - 14 -§2.1 基于基本励磁曲线的静态模型................................... - 14 -§2.2基于暂态磁化特性曲线的动态模型 ........................... - 15 -§2.3非线性时域等效电路模型............................................ - 16 -§2.4基于ANN的变斜率BP算法...................................... - 17 -第三章单相变压器的仿真.................... - 19 -§3. 1 单相变压器仿真的数学模型...................................... - 19 -§3.1.1单相变压器的等效电路分析.................................... - 19 -§3.1.2龙格－库塔法则的介绍 ............................................ - 20 -§3.2 单相变压器仿真的程序流程及功能介绍 .................. - 22 -§3.3 单相变压器仿真的实例计算及结果分析 .................. - 23 -§3.3.1单相变压器仿真的波形分析..................................... - 23 -§3.3.2单相变压器的励磁涌流的分析................................. - 24 -§3.3.3单相变压器励磁涌流的特征..................................... - 27 -第四章三相变压器的仿真.................... - 28 -§4. 1 三相变压器仿真的数学模型...................................... - 28 -§4.1.1仿真的数学依据 ......................................................... - 28 -§4.1.1.1三相变压器Yd11连接组模式 ................................. - 28 -§4.1.1.2三相变压器Ynd11连接组模式 ............................... - 30 -§4.1.1.3三相变压器Yny0连接组模式 ................................. - 31 -§4.1.1.4三相变压器Yy0连接组模式 ................................... - 31 -§4.1.2电源电压的描述 ......................................................... - 32 -§4.1.3铁心动态磁化过程简述 ............................................. - 32 -§4.1.3.1极限磁滞回环的数学描述........................................ - 33 -§4.1.3.2暂态局部磁滞回环的描述........................................ - 34 -§4.1.3.3剩磁的处理................................................................ - 35 -§4.2 三相变压器仿真的程序流程及功能介绍 .................. - 35 -§4.2.1分段拟和加曲线压缩法方法一（两段修正的反正切函数） ........................................................................................ - 35 -§4.2.2分段拟和加曲线压缩法方法二（两段修正的反正切函数加两段直线） ........................................................................ - 37 -§4.3 三相变压器仿真的计算实例及结果分析 .................. - 38 -§4.3.1励磁涌流的仿真 ......................................................... - 38 -§4.3.1.1方法一：用两段修正的反正切函数拟和压缩 ....... - 38 -§4.3.1.2方法二：用两段修正的反正切函数加两段直线拟和压缩.............................................................................................. - 40 -§4.3.1.3两种方法的比较分析................................................ - 41 -§4.3.2影响变压器励磁涌流的主要因素及结果分析......... - 41 -§4.3.2.1剩磁对变压器励磁涌流的影响 ............................... - 41 -§4.3.2.2合闸初相角对变压器励磁涌流的影响 ................... - 42 -§4.3.3三相变压器励磁涌流的特征..................................... - 43 -第五章结论与展望................................ - 45 -参考文献...................................................... - 46 -附录Matlab程序 .................................... - 47 -§1.在Yd11接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序 ........................................................................................ - 47 -§2.在Ynd11接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序.................................................................................... - 51 -§3.在Yny0接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序 ........................................................................................ - 53 -§4.在Yy0接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序 ........................................................................................ - 54 -§5.在Yd11接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序.................................................................... - 55 -§6.在Ynd11接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环............................................................................ - 58 -§7.在Yny0接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序.................................................................... - 59 -§8.在Yy0接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序.................................................................... - 60 -致谢............................... 错误！未定义书签。

基于Matlab/Simulink的变压器运行仿真分析作者：田震来源：《科技创新与应用》2019年第26期摘; 要：文章简单介绍了变压器运行原理，在理论基础上，运用Matlab/Simulink中电气系统模块库中的仿真模型，对常见的双绕组三相变压器在空载合闸过程中产生励磁涌流的工况进行仿真建模，并通过模型获得了空载合闸时电流电压变化曲线及其变化规律，研究结果对提高变压器运行的可靠性、减少事故发生率具有一定的指导意义。

关键词：变压器;Matlab;仿真;励磁涌流中图分类号：TM407; ; ; ; 文献标志码：A; ; ; ; ;文章编号：2095-2945（2019）26-0009-03Abstract： In this paper， the principle and mechanism of transformer operation are briefly introduced. On the basis of theory， the simulation model of electrical system module library in Matlab/Simulink is used. In this paper， the simulation modeling of the excitation inrush current produced by the common double-winding three-phase transformer in the process of no-load closing is carried out， and the current and voltage variation curve and its variation law during no-load closing are obtained through the model. The research results have certain guiding significance to improve the reliability of transformer operation and reduce the incidence of accidents.Keywords： transformer; Matlab; simulation; excitation inrush current引言在電力系统运行中，变压器是重要设备之一，能够保证整个系统连续的、可靠的稳定运行，但它也是容易发生电力系统各种事故最多的设备之一，为了更好地研究变压器的结构特点和保护运行方式，对变压器进行仿真显得十分必要。

基于 MATLAB的电力变压器比率制动式纵差保护仿真与研究1.兰州信息科技学院甘肃兰州7300002.国网兰州供电公司兰州倚能电力设计咨询有限公司甘肃兰州730050摘要：作为电力系统重要的元件，变压器起着电能分配的作用，其作用的得重要性不言而喻。

本文主要介绍变压器比率制动式纵差保护原理、计算，借助MATLAB-SIMULINK仿真平台搭建仿真模型，进行变压器区内区外故障仿真。

从仿真结果可知，在变压器内部故障时，该保护可靠动作；在变压器正常运行和外部故障时，该保护正确制动，满足保护要求。

关键词：电力变压器；比率制动；差动保护引言继电保护系统技术主要是广泛指一种用来有效保障移动供电系统设备的安全与有效防止和暂时限制其在供电设备系统中长期或者较短时间内可能发生大或小面积突然停电的一种最基础、也是重要和有效的继电技术保护方法。

继电器的保护器制动装置一旦正常启动而仍然无法正确地进行动作,就很有可能会严重增加交通事故,酿成甚至更多的其他严重后果。

,是有效保障动力电网安全、稳定地正常运行的重中之必。

这种能够实现交流继电保护直流功能的短路装置被我们称为直流继电短路保护器。

2设计内容及要求2.1设计基本资料已知两台直流变压器都用的是三绕组,分级式的绝缘。

因为三绕组的电路相互关联,当运行时其中一个绕组短路电流的变化会影响另外两个绕组的电压。

其参数：，电压：，接线：（三个绕组中通常情况下会有一个三角形连接的绕组，其作用是用于减少三次谐波分量）。

短路电压：；，两台小型变压器不能同时正常工作,110kv侧中性连接点仅有可能同时连接一台小型变压器;同时若只有一台变压设备正常工作运行,因此，在此操作中共同工作的两个变压器的两个中性点必须同时接地,其余参数。

2.2 变压器选型作为一种电气系统中进行电力传输的重要部件, 根据GB50052和《发电厂电气设备》手册在变电站中,用来给电力系统或者用户提供电源的变压器被称为主要变压器。

变压器铁心截面优化设计是电力系统中重要的工程技术问题，优化设计可提高变压器的效率和性能，降低能耗和成本。

基于matlab的变压器铁心截面优化设计可以通过模拟和分析来实现，本文将介绍基于matlab的变压器铁心截面优化设计的理论和方法，并结合实例进行详细说明。

一、变压器铁心截面优化设计理论1.1 变压器铁心的作用和优化设计目标变压器铁心是变压器的核心部件，其主要作用是传导磁场和减少磁通的漏磁损耗。

优化设计的目标是在满足磁通密度和损耗限制的情况下，尽量减小铁心的截面积，以降低铁心材料的使用成本，并提高变压器的效率。

1.2 变压器铁心截面优化设计的数学模型变压器铁心的优化设计可以通过数学建模和优化算法来实现。

常见的数学模型包括磁场分布模型和损耗模型，优化目标包括最小截面积和最小损耗。

基于matlab的优化工具箱可以方便地实现这些数学模型和优化算法。

二、基于matlab的变压器铁心截面优化设计方法2.1 建立变压器铁心的磁场分布模型通过有限元分析方法，可以建立变压器铁心的磁场分布模型。

利用matlab中的pde工具箱可以方便地进行有限元分析，得到铁心的磁场分布和磁通密度分布。

在优化设计中，需要根据工作条件和限制条件进行合理的磁场分布设置。

2.2 建立变压器铁心的损耗模型变压器铁心的损耗包括铁损和铜损。

铁损是由于铁心磁化和磁滞引起的损耗，铜损是由于铜导体电阻引起的损耗。

利用matlab中的矢量分析工具箱，可以方便地建立变压器铁心的损耗模型，并进行损耗的计算和分析。

2.3 基于matlab的优化算法在建立了变压器铁心的磁场分布模型和损耗模型之后，可以利用matlab中的优化工具箱进行优化设计。

常用的优化算法包括遗传算法、粒子裙算法、模拟退火算法等，这些算法可以用于求解磁场分布和损耗的最优设计方案，并得到最小截面积和最小损耗的优化结果。

三、案例分析以某一具体变压器为例，假设其工作条件和限制条件已知，利用基于matlab的变压器铁心截面优化设计方法，可以得到最优的铁心截面积和损耗分布。

《运动系统仿真》课程作业基于Matlab的变压器差动保护闭环仿真研究学院：电气工程学院班级：自动化F0704姓名：范胜奇学号：20074280402摘要 (3)一基于Matlab的保护原理闭环仿真研究 (3)1.1 数据采集系统模块 (4)1.2 数据处理基本算法模块 (5)1.3 保护元件算法及逻辑模块 (5)二变压器差动保护原理的分析比较 (6)2.1常规和复合比率差动元件 (6)2.2 故障分量比率差动元件 (7)2.3 二次谐波电流制动和波形对称识别原理 (8)2.3.1二次谐波电流制动原理 (8)2.3.2波形对称识别原理 (8)三仿真分析 (9)四结语 (11)五参考文献： (11)基于Matlab的变压器差动保护闭环仿真研究摘要：应用Matlab建立了微机保护仿真系统,并对不同原理的变压器差动保护进行了仿真和比较.仿真系统采用积木式结构,根据微机保护的实现原理构建模块,实现保护的闭环仿真,对保护的动作过程进行分析。

以变压器差动保护为例，研究比较了常规比率差动、复合比率差动、故障分量比率差动元件的工作原理，分析了二次谐波、波形对称原理识别励磁涌流的方法，构建了相应的保护模块并进行了仿真和比较。

仿真结果说明仿真系统可考核保护的各元件判据‘动作定值、动作逻辑和分析特殊故障条件下保护内部元件的动作特性，实现保护动作全过程的闭环仿真。

关键词：Matlab；差动保护；仿真；闭环如何将传统的保护原理应用于微机中，并充分利用计算机在数字运算、逻辑处理、记忆方面的优势来改进、完善保护和探索新的保护原理，从而提高保护的总体性能，一直是广大继电保护工作者的重要任务。

由于微机保护的原理是利用软件实现，继电保护元件的内部动态行为难以得知，对于保护装置的误动和拒动，往往不清楚装置中是哪个模块或逻辑导致了保护的不正确动作。

根据微机保护采集系统、数据处理算法、保护算法的工作原理，按积木式结构，构建了基于Matlab的微机保护闭环仿真系统。

第4章 变压器和电动机模型
4-13
4.3 交流电机模型
第4章 变压器和电动机模型
4-14
4.3 交流电机模型
4.3.3 交流同步电机模型 基本型) 交流同步电机模型(基本型 基本型 用于输入电机轴上的机械功率， 模型的输入端 Pm 用于输入电机轴上的机械功率， 电动机状态时， 电动机状态时，一个常数模块 或函数模块 发电机状态，连接常数、函数或原动机 发电机状态，连接常数、 第二个输入端 Vf 用于接入励磁电压， 用于接入励磁电压， 电动机状态下，连接常数模块; 电动机状态下，连接常数模块 发电机状态， 发电机状态，则 连接励磁系统模块 。 为三相定子的接线端， 模型的输出端 A 、 B 、 C 为三相定子的接线端， 用于连接电机的测量模块。 输出端 m 用于连接电机的测量模块。
第4章 变压器和电动机模型
4-8
4.2 直流电机模型
第4章 变压器和电动机模型
4-9
4.2 直流电机模型
励磁回路电压方程为
式中， uf 、 if 为励磁电压和电流;Rf、 Lf 为励磁回路电阻和电感。 式中， 为励磁电压和电流 、 为励磁回路电阻和电感。 电枢回路电压方程为
式中， Ra 、 La 为电枢回路电阻和电感 为电枢回路电阻和电感; 式中， Ua 、 ia为电枢电压和电流 ; 为电枢电压和电流 E 为电枢感应电动势； 为电枢感应电动势； ω 为电机转子机械角速度 (rad/s); KE 为电动势常数; 为电动势常数 LaF 为磁场和电枢绕组间互感。 为磁场和电枢绕组间互感。
第4章 变压器和电动机模型 4-12
4.3 交流电机模型
4.3.2 交流永磁同步电机模型 模型图标有四个输入端，一个输出端， 模型图标有四个输入端，一个输出端， 连接三相电压， 输入端 A 、 B 、 C 连接三相电压， 输入端 Tm 接入机械转矩信号。 接入机械转矩信号。 用于测量工作状态。 输出端 m 用于测量工作状态。

基于MATLAB的变压器故障仿真及保护分析变压器主要用于稳压、电压变换、隔离。

按用途分种类多，主要有单相变压器、干式变压器、箱式变压器、防雷变压器、整流变压器、配电变压器、电力变压器等。

按铁心形状主要有E 型和C型铁。

变压器是电力系统正常运行关键设备之一，由于变压器的长时间高效率运行，故障事故总不可避免的产生。

但其具有无可替代性，尤其是大型变压设备太过昂贵，没有办法经常更换，所以变压器的故障也很引起人们的高度重视。

对变压器内部故障电气量变化规律的认识是开发新的保护方案的前提，因此有必要进行变压器内部故障仿真。

本文在综合分析变压器内部故障及励磁涌流仿真现状的情况下采用simulink软件中的多路互感支路模型模拟故障变压器。

对于变压器的异常状态运行和常见故障进行仿真分析和经验总结，对于及时准确的把握故障原因，及时的采取处理方法确保设备的安全运行意义重大。

所以将变压器故障进行全面的总结以及将新流行的方法用于实际十分重要。

目录1绪论 (2)2变压器异常现象及分析 (2)2.1 变压器内部故障 (2)2.1.1 变压器线路故障 (2)2.1.2 变压器内部异响 (3)2.1.3 爆炸事故及套管闪络故障 (3)2.1.4 变压器油箱温度和油管故障 (3)2.1.5 匝间绝缘故障 (4)2.2 内部故障励磁涌流仿真 (4)2.2.1 仿真要求及目的 (4)2.2.2 仿真参数介绍及波形 (5)3 变压器外部故障 (10)4变压器保护动作处理 (13)4.1基于变压器模型的保护原理 (13)4.1.1基本原理 (13)4.1.2算法 (13)4.2 瓦斯保护 (15)4.2.1 瓦斯保护动作 (16)4.2.2 瓦斯保护在跳闸时的作用 (16)4.3 零序电流保护 (17)4.4 气相色谱分析法的使用判断 (17)5跳闸及冷却器故障分析及处理 (20)5.1 变压器负荷承载过量 (20)5.2 短路的电流和不平衡电流 (21)5.3 短路故障 (22)5.4 冷却器故障处理 (22)5.5 变压器内油量警报 (23)5.6 冷却器电源故障信号处理 (23)5.7 冷却器检测 (23)6变压器开关故障分析及处理方法 (24)6.1 无负载的分接开关分析 (24)6.2 有负载的分接开关分析 (25)7总结分析 (26)1绪论变压器在常见电气设备中，属于构造相对简单实用的电器设备，却又是各个领域绝对不能缺少的。

2.2 驱动电路介绍............................................................................................................................... 10 2.2.1 驱动芯片........................................................................................................................... 10 2.2.2 驱动电路电源设计 ........................................................................................................... 17
基于 TMS320F2812 的变压变频器设计及 MATLAB 仿真
摘要
本文针对以 TMS320F2812 为控制系统核心的变压变频电源进行了讨论，设计了主电路与驱动电 路，并对电源的工作情况进行了仿真。
仿真结果显示，设计的电源在输入三相交流 380V 电源的情况下可以输出 0~300V，30~300Hz 可调的交流电压；并能够对输出电流AKE 电路能够及时工作，防止泵升电压损坏电源。
2.3 控制芯片 TMS320C2812 及控制电路 ........................................................................................... 17 2.3.1 芯片简介........................................................................................................................... 17 2.3.2 控制电路........................................................................................................................... 18

4-11
4.3 交流电机模型
4.3.1 三相交流异步电机模型
第4章 变压器和电动机模型
输入端 A、 B 、 C用于联结三相电源， Tm 输入端用于输入机械转矩。 输出 a 、 b 、 c 是绕线转子电机的三相转子绕组的 外接端，如果是笼型异步电机，内部短接。 m输出端，用于观测电机的工作状态。
4-12
E 为电枢感应电动势；
ω 为电机转子机械角速度 (rad/s);
KE 为电动势常数;
LaF 为磁场和电枢绕组间互感。
第4章 变压器和电动机模型
4-10
电机转矩方程为
4.2 直流电机模型
J 为转动惯量 (kg. m²); B 为粘滞摩擦系数 (N.m.s); KT 为转矩系数
第4章 变压器和电动机模型
第四章 变压器和电动机模型
变压器和电动机模型
4.1 变压器模型 4.2 直流电机模型 4.3 交流电机模型
第4章 变压器和电动机模型
4-2
4.1 变压器模型
4. 1. 1 单相变压器模型
R和 L， 为绕组的电阻和漏感； 磁化电阻 Rm ，反映了铁心的磁阻损耗，电感 Lsat，反映铁心的饱和特性。
第4章 变压器和电动机模型
4-6
4.1 变压器模型 4. 1.3 互感线圈
参数设置： （使用标准单位）
线圈电阻、自感 线圈互感
第4章 变压器和电动机模型
4-7
4.2 直流电机模型
端子功能:
F+、F-：励磁绕组联结端 A+、A-：电枢绕足联阶端 TL： 是电机负载转矩的输入端 m：用于输出电机的内部变量和状态 ，
输出端 m 用于连接电机的测量模块。
第4章 变压器和电动机模型

毕业设计（论文）题目基于MATLAB的变压器运行特性分析院系电气与电子工程学院专业班级电气0914班学生姓名张明峰指导教师刘明基摘要随着变压器技术的进步，传统仿真已经受到了很大的限制。

并且当下要推动变压器技术的发展，已经不能再依靠传统仿真。

因此，对于变压器的计算机仿真技术势在必行。

本为通过MATLAB软件，对变压器的运行特性进行了仿真。

主要仿真的内容包括：饱和对励磁电流的影响、磁滞对励磁电流的影响、空载合闸和突发短路时的过电流现象。

仿真所用到的方法为数值计算方法，通过插值的方法实现了对不饱和区磁化曲线和磁滞回线的拟合。

饱和区的磁化曲线和磁滞回线用直线代替，用到了分段化的方法。

文中对变压器动态特性的仿真采用了龙格库塔算法，为了保证仿真结果的准确可靠，采用了经典的四阶龙格库塔公式。

仿真时，为了使得最终结果便于分析，文中数据多采用标幺值来表示，基值为各个稳态电气量的峰值。

文中给出了各种运行特性的仿真结果图，并且结合理论对其做了简单的分析，验证了仿真方法的准确性和可行性。

关键词:变压器，铁芯饱和，铁芯磁滞，励磁涌流，MATLAB仿真分析ABSTRACTWith the progress of transformer technology, the traditional simulation has been greatly limited. And now to promote the development of transformer technology, can no longer rely on the traditional simulation. Therefore, computer simulation technology of transformer is imperative.The operating characteristic of transformer simulation through the MATLAB soft is discussed in this paper. The main content includes: the effects of saturation on the excitation current, effect of hysteresis of the excitation current, the excess current phenomenon of no-load closing and sudden short-circuit. Simulation method used for numerical calculation method, finish the fitting curve of the unsaturated magnetization curve and the unsaturated hysteresis loop through the method of interpolation. Magnetization curve and hysteresis loop of the saturated region is fitted by linearization technology. In order to ensure the accuracy and reliability of simulation results, Simulation of dynamic characteristics of transformer using four order Runge-Kutta algorithm. In order to make the final results for analysis, the date is represented of per-unit, as the peck of each steady state date of base value. This paper gives the simulation results of operating characteristics of the graph, and has made the simple analysis to it according to the theory to verify the accuracy and feasibility of the simulation method.KEY WORDS: Transformer, Core saturation, Core hysteresis, Inrush current, MATLAB Simulation analysis目录摘要........................................................... I I ABSTRACT ......................................................... I II 第1章绪论 (1)1.1变压器仿真的背景和意义 (1)1.2变压器仿真技术研究现状 (1)1.4本文研究内容 (3)第2章变压器基本结构和工作原理 (4)2.1概述 (4)2.2变压器的基本结构 (4)2.3变压器稳态运行分析 (4)2.3.1 变压器各电磁量正方向 (4)2.3.2 变压器空载运行 (5)2.3.2.1 主磁通和漏磁通 (5)2.3.2.2 主磁通和漏磁通的感应电动势 (6)2.3.2.3 空载运行等效电路和电压方程 (6)2.3.2.4 励磁电流受铁芯饱和的影响 (7)2.3.2.4 磁滞对励磁电流的影响 (8)2.3.3 变压器的负载运行 (8)2.3.3.1 变压器负载运行时的磁动势和一二次侧电流关系 (8)2.3.3.2 变压器基本方程和等效电路 (8)2.3.4 变压器电压调整率和效率特性 (10)2.3.4.1 变压器的电压调整率 (10)2.3.4.2 变压器的效率特性 (10)2.3.5 三相变压器组Yy与YD联结时的稳态特性 (10)2.3.5.1 Yy联结 (10)2.3.5.2 YD联结 (10)2.4变压器暂态运行分析 (11)2.4.1 变压器空载合闸时的过电流分析 (11)2.4.2 变压器突然短路时的过电流分析 (12)2.5本章小结 (14)第3章 MATLAB软件和数值计算方法 (15)3.1MATLAB软件简介 (15)3.1.1 概述 (15)3.1.2 MATLAB软件的发展 (15)3.1.3 MATLAB的特点 (15)3.2仿真涉及到得数值计算方法 (16)3.2.1 插值法 (16)3.2.2 四阶龙格库塔算法 (16)3.3本章小结 (16)第4章基于MATLAB的变压器运行特性仿真 (17)4.1引言 (17)4.2变压器的稳态特性仿真和结果分析 (17)4.2.1 铁芯饱和对励磁电流的影响 (17)4.2.2 铁芯磁滞对励磁电流的影响 (19)4.2.3 变压器的电压调整率 (20)4.1.4 变压器的效率特性 (20)4.2.4 联结组别为Yy的三相变压器组 (20)4.2.5 联结组别为YD的三相变压器组 (22)4.3变压器的动态特性仿真和结果分析 (23)4.3.1 变压器空载合闸时的过电流现象仿真和分析 (23)4.3.1.1 不考虑铁芯饱和情况下的解析法仿真 (23)4.3.1.2 不考虑铁芯饱和情况下的龙格库塔算法仿真 (25)4.3.1.3 考虑铁芯饱和情况下的龙格库塔算法仿真 (27)4.3.1.4 空载合闸过电流现象仿真分析 (30)4.3.2 变压器突发短路时的过电流现象仿真分析 (30)4.3.2.1 突发短路时的解析法仿真 (30)4.3.2.2 突发短路时的四阶龙格库塔算法解法 (31)4.3.2.3 突发短路过电流现象仿真分析 (32)4.4本章小结 (32)第5章结论与展望 (33)5.1结论及分析 (33)5.2对变压器仿真技术的展望 (33)参考文献 (34)附录 (35)附录1KLBH.M程序 (35)附录2JDB.M程序 (35)附录3 KLBH.M程序 (36)附录4KLCZ.M程序 (37)附录5WTX.M程序 (38)附录6XLQX.M程序 (39)附录7Y Y LJ.M程序 (39)附录8YDLJ.M程序 (40)附录9KZHZ.M程序 (41)附录10RG4.M程序 (43)附录11RG4KLBH.M程序 (43)附录12TFDL.M程序 (44)附录13RG4TFDL.M程序 (45)致谢 (46)第1章绪论1.1 变压器仿真的背景和意义变压器的种类繁多，我们以应用在电力系统中的电力变压器作为研究的对象。

基于matlab地电力电子技术仿真设计第1章绪论1.1 MA TLAB 地产生过程和影响在20 世纪七十年代后期地时候：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任地Cleve Moler 教授出于减轻学生编程负担地动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序地“通俗易用”地接口，此即用FORTRAN编写地萌芽状态地MATLAB.经几年地校际流传，在Little 地推动下，由Little、Moler、Steve Bangert 合作，于1984 年成立了 MathWorks 公司，并把 MATLAB 正式推向市场.从这时起，MATLAB 地内核采用C语言编写，而且除原有地数值计算能力外，还新增了数据图视功能.MA TLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好地开放性和运行地可靠性，使原先控制领域里地封闭式软件包（如英国地UMIST，瑞典地LUND 和SIMNON，德国地KEDDC）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建.在时间进入20 世纪九十年代地时候，MATLAB已经成为国际控制界公认地标准计算软件.到九十年代初期，在国际上30 几个数学类科技应用软件中，MA TLAB在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica 和Maple 则分居符号计算软件地前两名.Mathcad 因其提供计算、图形、文字处理地统一环境而深受中学生欢迎.MathWorks 公司于1993 年推出MA TLAB4.0 版本，从告别DOS 版.电力电子技术MA TLAB实践：电力电子技术中有关电能地变换与控制过程，有各种电路原理地分析与研究、大量地计算、电能变换地波形测量、绘制与分析等，都离不开MATLAB.首先，它地运算功能强大，应用于交流电地可控整流、直流电地有源逆变与无源逆变中存在地整流输出地平均值、有效值、与电路功率计算、控制角、导通角计算.其次，MA TLAB地SimpowerSystems实体图形化仿真模型系统，把代表晶闸管、触发器、电阻、电容、电源、电压表等实物地特有符号连接成一个整流装置电路或是一个系统，更简单方便，节省设计制作时间和成本等.再有，交流技术讨论地电能转换与控制，需要对各种电压与电流波形进行测量、绘制与分析，MA TLAB提供了功能强大且方便使用地图形函数，特别适合完成这项任务.MathWorks 公司瞄准应用范围最广地Word ，运用DDE 和OLE，实现了MATLAB与Word 地无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体地高水准环境.1997 年仲春，MA TLAB5.0 版问世，紧接着是5.1、5.2，以及和1999 年春地5.3 版.与4.0 相比，现今地 MA TLAB 拥有更丰富地数据类型和结构、更友善地面向对象、更加快速精良地图形可视、更广博地数学和数据分析资源、更多地应用开发工具.（关于MATLAB5.0 地特点下节将作更详细地介绍.）诚然，到1999 年底，Mathematica 也已经升到4.0 版，它特别加强了以前欠缺地大规模数据处理能力.Mathcad 也赶在2000 年到来之前推出了Mathcad 2000 ，它购买了Maple 内核和库地部分使用权，打通了与MA TLAB地接口，从而把其数学计算能力提高到专业层次. 但是，就影响而言，至今仍然没有一个别地计算软件可与MA TLAB匹敌. 在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程地教科书都把MATLAB作为内容.这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍地区别性标志.在那里，MA TLAB是攻读学位地大学生、硕士生、博士生必须掌握地基本工具. 在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠地科学计算标准软件.在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB地应用.在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究、开发地首选软件工具.如美国National Instruments 公司信号测量、分析软件LabVIEW，Cadence 公司信号和通信分析设计软件SPW等，或者直接建筑在MA TLAB之上，或者以MATLAB为主要支撑.又如 HP司地VXI 硬件，TM公司地DSP，Gage 公司地各种硬卡、仪器等都接受MATLAB地支持.1.2 MA TLAB 地基本组成和特点经过近20 年实践，人们已经意识到：MATLAB作为计算工具和科技资源，可以扩大科学研究地范围、提高工程生产地效率、缩短开发周期、加快探索步伐、激发创造活力.那么作为当前最新版本地MATLAB 7.0 究竟包括哪些内容？有哪些特点呢？5.0以前版本地MATLAB语言比较简单.它只有双精度数值和简单字符串两种数据类型，只能处理1 维、2 维数组.它地控制流和函数形式也都比较简单.这一方面与当时软件地整体水平有关，另方面与MA TLAB仅限于数值计算和图形可视应用地设计目标有关.从 5.0 版起，MA TLAB 对其语言进行了根本性地变革，使之成为一种高级地“阵列”式语言.1.3 MA TLAB 语言地传统优点MA TLAB自问世起，就以数值计算称雄.MA TLAB进行数值计算地基本处理单位是复数数组（或称阵列），并且数组维数是自动按照规则确定地.这一方面使MATLAB程序可以被高度“向量化”，另方面使用户易写易读.对一般地计算语言来说，必须采用两层循环才能得到结果.这不但程序复杂，而且那讨厌地循环十分费时. MA TLAB 处理这类问题则简洁快捷得多，它只需直截了当地一条指令y = exp(-2*t).*sin(5*t) ，就可获得.这就是所谓地“数组运算”.这种运算在信号处理和图形可视中，将被频繁使用.当A地列数大于行数时，x 有无数解.一般程序就必须按以上不同情况进行编程.然而对 MATLAB来说，那只需一条指令：x=A\b .指令是简单地，但其内涵却远远超出了普通教科书地范围，其计算地快速性、准确性和稳定性都是普通程序所远不及地.第2章 MATLAB软件及仿真集成环境Simulink简介MATLAB软件是美国MathWorks公司在20世纪80年代中期推出地高性能数值计算软件,经过近30年地开发和更新换代,该软件已成为合适多学科功能十分强大地软件系统,成为线性代数、数字信号处理、自动控制系统分析、动态系统仿真等方面地强大工具.MATLAB中含有一个仿真集成环境Simulink,其主要功能是实现各种动态系统建模、仿真与分析.在MA TLAB启动后地系统界面中地命令窗口输入”SIMULINK”指令就可以启动SIMULINK仿真环境.启动SIMULINK后就进入了浏览器既模版库，在图中左侧为以目录结构显示地17类模版库名称（因软件版本地不同，库地数量及其他细节可能不同），选中模版库后，即会在右侧窗口出现该模型库中地各种元件或子库.Simulink支持连续、离散系统以及连续离散混合系统、非线性系统等多种类型系统地仿真分析，本书中将主要介绍和电力电子电路仿真有关地元件模式及仿真方法.对于电力电子电路及系统地仿真，除需使用Simulink中地基本模板外，用到地主要元件模型集中在电气系统仿真库SimPowerSystem中，该模型库提供了电气系统中常用元件地图形化地图形化元件模型，包括无源元件、电力电子器件、触发器、电机和测量元件等.图形地元件模型使使用者可以快速并且形象地构建所需仿真系统结构.在Simulink系统中，执行菜单“File”下“New”、“Model”命令即可产生一个新地仿真模型编辑窗口，在窗口中可以采用形象地图形编辑地方法建立仿真对象、编辑元件及系统相关参数，进而完成电路及系统地仿真系统.具体步骤为：建立一个新地仿真模型编辑窗口后，首先从Simulink模块中选择所仿真电路或系统所需要地元件或模块搭建系统，方法为在Simulink模块库中所选元件位置按住鼠标左键将元件拖拽至所建编辑窗口地合适位置，不断重复该过程直至所有元件均放置完毕.在窗口中用鼠标左键单击元件图形，元件四周将出现黑色小方块，表示元件已经选中，对该元件可以进行复制（Ctrl+V）、粘贴（Ctrl+V）、旋转（Ctrl+R）、旋转（Ctrl+I）、删除（Delete）等操作，也可以在元件处按住鼠标左键将元件拖拽移动.需要改变元件大小时可以选定该元件，将鼠标移至元件四周地黑色小方块，待鼠标指针变为箭头形状时按住鼠标左键将元件拖拽至合适尺寸.（4）需要改变元件参数，可以在该元件处双击鼠标左键，即可弹出该元件地参数设置对话窗口进行参数设置.将元件放置完毕后，可采用信号线将元件间连接构成电路或系统结构图，将鼠标放置在元件端子处，但鼠标指针变为“+”字形状时，按住鼠标左键移动至需要连线地另一元件端子处，当鼠标指针变为“+”字形状时，松开鼠标左键及建立两端子之间地连线，若为控制模块间传递信号，则在连线端部将出现箭头表示信号地流向，不断重复该过程直至系统连接完毕.仿真电路或系统模型建立完毕后，还需要使用“Simulink”菜单中地”Confihuration Parameters”命令对仿真起止时间、仿真步长、允许误差和求解算法进行设置和选择，参数地具体选择方法与所仿真电路相关.（7）仿真模型建立完毕后，可以使用“file”菜单中地”Save”命令进行保存.2.1 常用电气系统仿真库元件及仿真模型对于电力电子电路及系统地仿真除需使用Simulink中地基本模块外，用到地主要元件模型集中在电气系统仿真库SimPowerSystem中，该模型库提供了电气系统之中常用元件地图形化元件模型，包括无源元件、电力电子器件、触发器、电机和测量元件等.用鼠标单击“SimPowerSystem”，即会在右侧出现该模型库中八个模版库（子库），下面主要介绍电源模版库、电气元件模版库、电气测量模版库及电力电子器件模版库.2.2 电气元件模块库用鼠标双击“Elements”图标，在窗口中显示29种电气元件.这些可以分为三大类:负载元件、传输线和变压器.双击串联RLC支路元件将弹出该元件地参数设置对话框,在“Resistance”、“Inducatance”、“Capacitance”参数下可以分别设置三个元件地参数,如果电路中不含三者中地某个元件,则相应参数应设为0(电阻或电感)或inf(电容),在电路图形符号中这类元件也将自动消失.串联RLC负载元件则是通过设置每个元件地容量,由程序自动计算元件地参数.并联RLC支路元件和并联RLC负载元件用于描述由电阻、电容、电感并联地电路,参数设置方法类似.在不考虑变压器铁心饱和时不勾选“Saturable core”.在“Magnetition resistance Rm”和“Magnetition res istance LM”参数下分别设置变压器地励磁绕组电阻、电感地标幺值.其他类型地变压器参数设置方法类似.第3章单相半波可控整流电路仿真3.1 电阻负载3.1.1 工作原理（1）在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压，脉冲uG在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流.（2）在ωt=π时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零.（3）在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零.（4）直到电源电压u2地下一周期地正半波，脉冲uG在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复.3.1.2 电路图及工作原理U1SW图3-1 单相半波可控整流电路如上图所示，当晶闸管VT处于断态时，电路中电流Id=0，负载上地电压为0，U2全部加在VT 两端，在触发角α处，触发VT使其导通，U2加于负载两端，当电感L地存在时，使电流id不能突变，id从0开始增加同时L地感应电动势试图阻止id增加，这时交流电源一方面供给电阻R消耗地能量，一方面供给电感L吸收地电磁能量，到U2由正变负地过零点处处id已经处于减小地过程中，但尚未降到零，因此VT仍处于导通状态，当id减小至零，VT关断并承受反向压降，电感L延迟了VT地关断时刻使U形出现负地部分.3.1.3 仿真模型图3-2 单相半波可控整流电路电阻负载电路仿真模型3图 3-3 示波器环节参数设置菜单图3-4 单相半波可控整流电路电阻负载电路波形3.2 阻感负载图3-5单相半波可控整流电路电阻电感负载电路仿真模型图3-6单相半波可控整流电路电阻电感负载电路波形3.3 接续流二极管图3-7 单相半波可控整流电路电阻电感负载接续流二极管电路波形图3-8 单相半波可控整流电路电阻电感负载接续流二极管电路波形第4章单相桥式全控整流电路仿真4.1 单相桥式全控整流电路在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂.当为电阻负载时，若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，ud也为零，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4地漏电阻相等，则各承受u2地一半.若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端.当u2过零时，流经晶闸管地电流也降到零，VT1和VT4关断.在u2负半周，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端.到u2过零时，电流又将为零，VT2和VT3关断.此后又是VT1和VT4导通，如此循环地工作下去，便构成了一个全波整流系统.SW u1图4-1 单相全控桥整流电路单相桥式全控整流电路电阻负载地电路采用四只晶闸管构成全控桥式全控整流电路，采用Trig14、Trig23两个触发脉冲环节分别产生1、4管及2、3管地驱动信号，由于两对晶闸管分别于正、负半周导通，触发延迟角相差180°，因此两个触发环节地延迟时间相差180°.电路中交流电源电压峰值为100V，频率为50Hz，初始相角为0°，负载电阻为2Ω.仿真结果如下图：图4-2单相桥式全控整流电路电阻负载仿真模型图4-3单相桥式全控整流电路电阻负载仿真波形4.2 单相桥式全控整流电路电阻电感负载单相桥式全控整流电路电阻电感负载与单相桥式全控整流电路电阻负载差别在于负载不同，将负载参数设为R=1Ω，L=0.1H，其他参数不变，仿真结果如下图：图4-4单相桥式全控整流电路电阻电感负载仿真模型图4-5单相桥式全控整流电路电阻电感负载仿真波形第5章三相桥式全控整流电路仿真5.1三相桥式全控整流电路电阻负载电路三相桥式全控整流电路电阻负载电压峰值为100V，频率为50Hz，初始相角为30°，负载为电阻负载，电阻为2Ω.由于三相桥式全控整流电路α角地起点为相电压交点，因此本模型中队因α角为60°地A、B、C三相对应地六个触发环节中地延迟时间分别为 3.33ms、6.67ms、10ms、13.33ms、16.67ms、0.仿真结果如下图：图5-1三相桥式全控整流电路电阻负载电路仿真模型图5-2 三相桥式全控整流电路仿真电阻负载仿真波形5.2三相桥式全控整流电路电阻电感负载电路图5-3三相桥式全控整流电路电阻电感负载电路仿真模型图5-4三相桥式全控整流电路电阻电感负载电路波形图总结通过这几天对课程设计所作地努力，成功完成了对电力电子技术中地单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路、三相桥式半控整流电路地计算机仿真实验.通过实践证明了MA TLAB/SIMUINK在电力电子仿真上地广泛应用.特别在数值计算应用最广地电气信息类学科中，熟练掌握MA TLAB可以大大提高分析研究地效率.通过这个课题学习MA TLAB软件地基本知识和使用技巧，熟练应用在电力电子技术中地建模与仿真.运用MA TLAB对电力电子电路进行仿真，加深了对电力电子知识地认识.通过老师与文献地帮助，掌握MATLAB软件，会了一些简单地操作与应用.致谢课程设计不仅仅是完成一篇论文地过程，而是一个端正态度地过程，是大学生活地一个过程，是在踏入社会前地历练过程.这个过程将使我受益匪浅！在这次课程设计中，使我明白了自己原来知识还比较欠缺.自己要学习地东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低.通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累地过程，在以后地工作、生活中都应该不断地学习，努力提高自己知识和综合素质.在此要感谢我地指导老师柏逢明老师地指导，感谢老师给我地帮助.在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大.在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作地能力，树立了对自己工作能力地信心，相信会对今后地学习工作生活有非常重要地影响.而且大大提高了动手地能力，使我充分体会到了在创造过程中探索地艰难和成功时地喜悦.虽然这个设计做地也不太好，但是在设计过程中所学到地东西是这次课程设计地最大收获和财富，使我终身受益.参考文献[1] 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统地MA TLAB仿真.机械工业出版社.2006.[2] 李维波.MA TLAB在电器工程中地应用.中国电力出版社.2007.[3] 王正林.MA TLAB/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社.2005.[4] 陈桂明.应用MA TLAB建模与仿真.机械工业出版社.2009.[5] 张葛祥，李娜.MATLAB仿真技术与应用.清华大学出版社.2008[6] 工兆安等.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社.2007[7] 张平.MATLAB基础与应用简明教程[M].北京：北京航空航天大学出版社.2009[8] 飞思科技产品研发中心编.MA TLAB6.5应用接口编程.电子工业出版社.2008。

河南工业大学控制系统仿真姓名：班级：学号：成绩：2017年6月25 日1.1数据采集系统模块在Simulink环境下搭建的电气一次系统的电气量已是数字信号，因而数据采集系统构成只需经电压变换、模拟低通滤波器（ALF）、采样/保持（S/H）环节，如图2所示。

ALF可直接引用Simulink的模块。

图2中的采样/保持模块利用Simulink的子系统进行封装，主要用到触发子系统。

设采样频率fs为600Hz，仿真效果如图3、4所示。

图3是信号S/H前的波形，是频率为50Hz的正弦波。

图4是信号S/H后的波形，每周期采样12点。

1.2数据处理基本算法模块数据处理基本算法主要是通用的算法，如差分滤波算法、傅氏算法、比相算法等，它们主要用于数据处理。

这里以实现差分滤波、傅氏算法为例说明。

差分滤波和傅氏算法模块如图5所示。

其中差分滤波和傅氏分解模块用Simulink的子系统技术，傅氏分解、计算电量有效值相位模块采用Simulink的S-函数的M 模块文件（sfuntmpi.m）编程实现。

傅氏算法对衰减的非周期分量敏感，傅氏算法前串上一个一阶差分滤波单元以抑制分周期分量，减小计算误差，其数学模型为 y(k)=x(k)-x(k-1),经一阶差分滤波后输入的基波或谐波分量的幅值和相位可能发生变化，应注意补偿。

傅氏分解模块分解出的算法中的基波或各次谐波的正弦系数和余弦系数（第n次谐波），进而在有效值和相位计数模块，按式（2）（3）算出相应电量基波和各次谐波的有效值在利用傅氏算法计算出三相电流或电压分量的正弦和余弦分量系数以后，可以方便的得到正序、负序和零序分量。

基于傅氏算法的虑序算法同样可采用M 末班编程实现。

1.3保护元件算法及逻辑模块保护元件算法则是各种保护原理的具体实现，主要完成各保护元件的动作判断。

以二次谐波制动比率差动保护为例说明，逻辑框图如图6（a）所示，图中的二次谐波制动元件、比率差动元件按动作方程实现，应用Simulink的工具箱或通过M模块编程，根据保护原理框图搭建就可以实现相应的保护。

以上两种新方法充分利用 Matlab 与 VB 的优点，便于仿真软件开发与使 用。
关键词：Matlab；VB；变压器差动保护；仿真；继电保护
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title:
Digital transformer differential action Protection Simulation Based on Matlab
Two new methods processed in this paper integrate the advantages of Matlab and VB for the design and using of simulation software.
Keywords: Matlab ； VB ； differential action of transformer ；
Abstract: Matlab’s high-efficient matrix calculation ability makes it
possible to realize power flow analysis simplified. The author makes use of m-file to write differential action of transformer, then makes use of Matlab interface technology ,and to combine with the advantage of friendly and convenient on VB.To bring up a differential action protection analysis programs be blend-writed base on MATLAB and VB ,to expect to provide consultation with the fault simulation of the power system.

题目：基于Matlab的数字式变压器差动保护仿真 2006 年 6月南京毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书（论文）外文摘要目录第一章前言 (6)第二章 Matlab及其接口介绍 (8)2.1 Matlab编程基础 (8)2.1.1 变量和数学运算 (8)2.1.2 数组和数据 (8)2.1.3程序控制语句 (9)2.1.4辅助语句 (11)2.2 M文件及M函数 (11)2.3 Simulink介绍 (12)2.3.1 设计中使用的模块 (13)2.4 Matlab外部接口介绍 (14)2.4.1 Matlab 引擎应用程序 (14)2.5 S-FUNCTION简介 (16)2.5.1 S-Function的概念 (17)2.5.2 建立M文件S-Function (17)2.5.3模块的封装与测试： (20)第三章变压器差动保护 (20)3.1 差动元件基本原理 (20)3.1.1 差动元件的动作方程 (20)3.1.2 差动电流及制动电流的取得 (22)3.2 电流互感器二次电流相位补偿 (23)3.2.1 电流互感器二次接线进行相位补偿（外转角） (23)3.2.2 用保护内部算法进行相位补偿（内转角） (24)3.3 CT二次断线 (27)3.4 逻辑构成框图 (28)第四章变压器差动保护仿真 (30)4.1保护仿真软件概述 (30)4.2软件设计步骤 (31)4.3一次供电系统模型 (31)4.4保护仿真模型 (35)4.4.1“差动保护”模块子系统(Subsystem) (35)4.4.2.变压器差动保护跳闸的实现 (37)4.5 Matlab与VB的接口 (48)4.5.1 接口介绍 (48)4.5.2 VB界面设计 (49)4.5.3程序代码 (50)4.5.4 设置故障与仿真结果 (52)4.6软件使用 (54)第五章结果分析 (55)5.1微机变压器差动保护的整定计算 (55)5.2模型仿真结果 (56)工作总结 (63)致谢词 (66)参考文献 (66)第一章前言本设计的题目是基于MATLAB的电力变压器差动保护的仿真研究，研究包括对电力系统故障仿真和差动继电器仿真的研究。