MATLAB的M文件编写及简单电力系统的仿真

第一篇：MATLAB的M文件编写及简单电力系统的仿真

MATLAB大型作业

1、编写matlab函数命令M文件，完成下列功能：

（1）函数输入参数为正整数n，要求3

（2）生成n阶矩阵A；

（3）生成n阶矩阵B，B的每个元素是对应位置上A矩阵元素的自然对数；（4）求矩阵B的所有对角线元素之和m；（5）返回值为矩阵B和m；

（6）要求：进行上机编程，调试完成后将程序书写在大作业报告中、并加以注释，将调试结果抓图打印粘贴在大作业报告中。

解：

1、M文件的编写：

2、调试结果：

2、一个50Hz的简单电力系统如下图所示，试在Simulink中建立仿真模型研究该系统性能。

k1GTLLD1LD2

系统建模要求如下：

（1）发电机G采用“Synchronous Machine pu Fundamental”模型，变压器T采用“Three-Phase Transformer(Two Windings)”模型，输电线路L采用“Three-Phase Series RLC Branch”模型，负荷LD1、LD2采用“Three-Phase Parelell RLC Load”模型。

（2）发电机模型参数：采用预设模型，其中学号末位数字为1的同学使用编号为01的模型参数，学号末位数字为2的同学使用编号为02的模型参数，……，学号末位数字为0的同学使用编号为10的模型参数。

（3）变压器模型采用默认参数，副边电压10kV，但需要注意与发电机模型相匹配参数的设置（原边电压、频率等），变压器容量设置为发电机额定功率的1.2倍；

（4）线路参数的设置原则：忽略电容，X/R=3，线路通过发电机额定功率时首末端压降约为0.05p.u.；

（5）负荷模型采用默认参数，但需要注意与整个系统模型相匹配参数的设置（电压、频率等），负荷LD1容量设置为发电机额定功率的5％，LD2容量为发电机额定功率的30%，功率因数0.95。

（6）其他模块（如短路模拟、测量、示波、powergui等）的使用根据研究要求自行确定。性能研究要求：

（1）利用powergui计算该系统的稳态潮流情况；

（2）利用powergui将系统设置为零初始状态，仿真系统达到稳态的过程；

（3）利用powergui将系统设置为稳态，仿真k点发生三相短路、持续0.15秒后切除的系统过渡过程，要求输出短路电流的波形。

作业形式要求：

（1）

根据题目要求进行理论分析，计算出发电机稳态时转速，短路电流周期分量以及冲击电流的大小。

（2）

进行上机建模、仿真，完成后将发电机、变压器、线路、负荷的参数，以及模型图、稳态潮流结果、仿真过程曲线等结果抓图打印粘贴在大作业报告中。仿真结果必须同理论分析结果基本保持一致。

（3）

对自己在建模和仿真过程中遇到的关键问题和收获、结论等进行阐述。

解：

1、参数计算及截图

（1）选取02号p.u.基本同步电机

（2）变压器参数计算

容量Sn1.2*1619.2(KV)；

原边电压U1N400V，副边电压U2N10KV；

其余参数皆取默认值。

（3）线路参数计算

利用线路通过发电机额定功率时首末端压降约为0.05p.u.可以得到：

(PRLQXL)2(PXLQRL)2 0.05*1000

（式3-1）010000其中PSG*cos16000*0.95W15200W，QSG*sin。（取发电机的cos0.95）1600*0.3122V5ar499V6ar又由已知得到：

XR（式3-2）

结合（式3-1）和（式3-2）解得R98.82，X3R3*98.82.（4）负荷参数计算（默认负荷为感性负荷）

负荷load1：P5%*SG5%*16000W800W，QL取默认的100Var，QC取0Var。

负荷load2：P30%*SG30%*16000W4800W，QLP*tan，QC取0Var。480*00.3286V8ar157V8ar

（5）三相故障模块时间设置

设置如下：0.2S开始故障，0.35S故障切除，故障持续0.15S。其余参数采用默认值。

2、仿真、理论分析及对比（1）模型的搭建

（2）利用powergui计算该系统的稳态潮流情况

根据powergui计算得发电机潮流情况：

Var。PG实际发出5529.6W，QG实际发出1925.9

理论分析的整个系统消耗：，P理论消耗PLD1PLD2800W4800W5600W（忽略变压器和线路的有功损耗）Q理论消耗QLD1(QTQL)QLD2 480021578281023100Var*(3*98.82**10)Var1578Var1860.1Var210019.210000两者相比较得： PG实际发出P理论消耗，QG实际发出和Q理论消耗基本平衡。出现这样情况的原因，我认为是：

a、P不平衡，主要是由于仿真过程中的发电机无自动调频装置，所以理论消耗G实际发出和P在发电机带负荷的过程中发电机频率会下降。发电机频率下降会使负荷少要有功，发电机多发出有功，最终二者在一个低于额定频率值下的频率平衡，而此时

P理论消耗G实际发出P实际消耗P这一点从发电机的转速变化曲线上就可以看出：

Scope4发电机转速仿真模拟：

发电机的转速从理论的额定值n60*fNPr/min逐渐极对数60*502r/min1500下降，最终稳定在1450r/min左右。

b、QG实际发出和Q理论消耗基本平衡，是因为在仿真发电机潮流时是将发电机设为平衡节点（发电机端电压的大小和相位保持不变），发电机和不能通过降低电压来少发无功，负荷也不能通过降低电压来少要无功。故发电机会自励磁保持机端电压且平衡系统无功。

（3）利用powergui将系统设置为零初始状态，仿真系统达到稳态的过程

利用powergui将系统设置为零初始状态：

Scope1系统电流仿真模拟：

Scope2系统电压仿真模拟：

由上面的两个图可以看出，发电机零初始状态运行到稳态的过程中，系统电流有个逐渐衰减至稳定的过程；而系统电压则基本保持不变。

系统电流产生这种情况的原因是由于发电机无自动调频装置，使得发电机和系统的有功在零初始状态至稳态的过程中随着频率的下降而下降，最终平衡；由于系统有功在此过程中逐渐下降并最终稳定，故系统电流曲线也在此过程中逐渐衰减并最终稳定。

系统电压产生这种情况的原因是由于设置发电机为平衡节点，发电机机端电压大小、相位保持不变，且系统无功基本平衡，故系统电压曲线基本保持稳定。

（4）利用powergui将系统设置为稳态，仿真k点发生三相短路、持续0.15秒后切除的系统过渡过程，要求输出短路电流的波形。利用powergui将系统设置为稳态

a、Scope1系统电流仿真模拟：

从系统电流波形上得出：iimp实际4.825A

b、理论分析短路电流周期分量及冲击电流的大小

设置统一的基准值SB16KVA，VBVav

则IB163*10.5A0.87977A，XT.pu8SB816**0.066，7 100ST10019.XL.pu3*98.82*SBVav2*103296.46*16，4 *1030.04302210.RT.puXL.pu30.0430240.0143 43所以短路电流周期分量：

Ipm理论 2*13*RL.pu(XL.puXT.pu)22*IB23*0.01434(0.0430240.0667)22*0.87977A6.4915A冲击电流：

iimp理论(1exp0.01*100**RL0.01*100*3.14*98.82)*Ipm(1exp)*6.4915A2XLXT810 296.46**10310019.2（10.647）*6.4915A10.69Ac、理论分析与实际仿真结果对比、分析、验证

理论分析与实际仿真的短路冲击电流不符，iimp理论与iimp实际相差较大。

分析原因，我认为是：短路后，发电机的机端电压不再保持不变，而是有了个较大的降低。又短路冲击电流是取短路后

T周期时的电流幅值，此时所对应的实际电压幅值要比理论分析2时所用的电压幅值小很多，故使得imp理论与iimp实际相差较大。这一点可从下图中看出。Scope3发电机端电压仿真模拟：

由Scope3发电机端电压仿真模拟图可以看出，在短路后的下降，具体根据该图知：UG.pu则用UG.pu再次理论分析得： 短路电流周期分量：

T周期时，发电机端电压有较大21500.375 400Ipm理论1UG.puRL.pu(XL.puXT.pu)22*IB0.3750.01434(0.0430240.0667)22*0.87977A2.9814A

冲击电流：

iimp理论（10.647）*2.9814A4.91A

将新得到的理论分析冲击电流与实际仿真冲击电流iimp实际4.825A对比，发现iimp理论和

11iimp实际基本一致，结果得到验证。

3、心得体会

该matlab大型作业共分两大部分： 第一部分是matlab中文件的编写、应用及matlab在矩阵方面的应用。这一部分让我在巩固基础知识的同时，更熟练的相关的操作。在这一部分中我几乎没有遇到问题。

第二部分是matlab在电力系统分析方面的应用。这一部分涉及内容较多，且参数设置较为灵活，故开始时不是得不到正确的仿真波形，就是理论与仿真结果对应不起来。在该部分的处理过程中，我通过不断进行参数计算及修改参数设置，以及查看电力系统课本寻找原因，与同学讨论分析等最终得到的较为一致的理论分析与仿真结果。虽然这一部分较为繁琐，但对于我对matlab在电力系统方面应用的掌握有很大的帮助，同时也温习、巩固了电力系统的相关知识。

总的来说，该matlab大型作业使我对matlab应用有长足的进步，获益匪浅！

第二篇：电力系统仿真

1、潮流计算

电力系统的潮流计算，是指在给定电力系统网络拓扑结构，元件参数和发电负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角，待求的运行参量包括网络中各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。

2、潮流计算的目的

电力系统潮流计算的最主要目的是为了让电力系统能够安全稳定运行的同时做到经济运行，为电力资源的调度，电网的规划，电力系统的可靠性分析提供支撑。

具体表现：（1）、在电网规划阶段，通过潮流计算，合理规划电源容量及接入点，合理规划网架，选择无功补偿方案，满足规划水平的大小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。（2）、在编年运行方式时，在预计负荷增长及新设备投入运行基础上，选择典型方式进行潮流计算，发现电网中的薄弱环节，供调度人员日常调度控制参考，并对规划、基建部门提出改进网架结构，加快基建进度的建议。（3）、正常检修及特殊运行方式下的潮流计算，用于日常运行方式的编制，指导发电厂开机方式，有功、无功调整方案及负荷调整方案，满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。（4）、预想事故、设备退出对静态完全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。

即电力系统在运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行方式，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统应用最广泛，最基本和最重要的一种电气运算，在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算，而在电力系统运行状态的实时监控中，采用在线潮流计算。

3、本次仿真的目的及任务

通过仿真，了解和熟悉电力系统潮流分析计算的软件的使用方法，结合理论知识，熟悉计算机解潮流分布时的方法，学会分析潮流计算的结果，对功率，电压等作出评价是否符合要求，初步能够运用计算机对一个小型电力系统网络供电的设计。

本次仿真中设计了一个三机五节点的小型交流电力系统网络，主要通过MATPOWER进行电力系统潮流的结算，得到每条支路上的功率流动情况，每个节点的损耗等，分析网络中的损耗情况，损耗过大的话改进算法重新进行潮流的计算，得到更加合理的潮流分布。

第三篇：电力系统建模仿真作业

风电并网后静态电压稳定性分析的建模与仿真

电力系统经常采用P-V曲线分析法来分析有关静态电压稳定性的问题,P代表穿越传输断面传送的功率或者一个区域的总负荷,V代表代表性节点或关键节点的电压。P-V曲线分析法即是建立一个区域负荷或者传输界面潮流和节点电压之间的关系曲线,从电力系统当前的稳定运行点开始,通过不断增加P,使用潮流计算,描出代表节点的电压变化曲线,用P-V曲线的拐点来表示区域负荷或者传输界面功率的增加导致整个系统临界电压崩溃的程度,即系统静态电压稳定极点。

在把P-V曲线法用于研究风电的接入对电压静态稳定性的影响时,P代表的是风电场输出的有功功率,V为机端电压、风电接入点电压（PCC电压）等其他需要监测的母线电压。

实际上，P-V曲线法是在静态情况下,研究风速变化导致的风电场输出有功功率的变化对电网电压的影响。用风电输出的有功功率引起的电压水平的变化及当前运行点到电压崩溃点的“距离”,反映风电接入的电网的电压稳定裕度。

在求取风电接入系统的P-V曲线时 ,除了系统平衡节点外,一般不考虑网内其他常规机组的有功功率的变化以及网内负荷的变化情况。

综上,电网基于静态电压稳定性的风电接纳能力,即是以电网的静态电压稳定性作为约束条件,在保证电网静态电压稳定的基础上尽可能多接入风电。通常系统静态电压越限临界点所接入的风电容量即为系统可接纳的最大风电并网容量。

1算例

本文通过IEEE14节点标准测试系统作为算例，风电场通过变压器和110 kV线路接入IEEEl4节点标准测试系统的14号节点，使用以上算法对基于静态电压稳定性下的一风电场的并网功率极限进行计算。

风电场110kv线路IEEE14节点系统图2.2 风电场接入IEEE14系统图

图中变压器标幺变比取1（在实际运行中，可以通过改变变压器的分接头来调控特定节点的电压），风电场接入系统的线路参数为12.6+j24.96Ω。本文基于双馈感应风机的风电场进行电压静态稳定约束下接纳能力计算。1.1基于双馈感应风机的风电场接纳能力计算 1.1.1Powerworld仿真软件简介

Powerworld是一个面向对象的电力系统大型可视化分析和计算程序,其拥有优异的交互性能以及友好的用户界面。PowerWorld软件集电力系统潮流计算、静态安全分析、灵敏度分析、经济调度EDC/AGC、短路电流计算、,最优潮流OPF、GIS功能、无功优化、用户定制模块、电压稳定分析PV/QV、ATC计算、等多种庞大复杂功能于一体,并使用数据挖掘技术来实现强大丰富的三维可视化显示技术。

1.1.2Powerworld仿真算例

按照前文所介绍的算例，仿真系统单线图如下图所示：

图1.1 Power World下的ieee14节点系统接线图

本文在原模型中另加入15号母线，并在15号母线上添加了一台双馈式感应风机来等值一个风电场。

本例中双馈异步电机风电机组采用恒功率因数控制方式,且功率因数cosφ = l，利用Powerworld中P-V曲线绘制功能，不断增加在15号母线处的双馈式感应电机的有功输出，绘制出风电接入处电压随风机并网功率变化的P-V曲线图。如下图所示：

图1.2 风电接入处P-V曲线图

大规模风电接入后,电力系统电压稳定性降低的原因是风机会消耗一定的无功功率。由上图可以看出，当风电输出有功功率功率较小时，风电接入地区的电压有所上升，这是因为风电的接入为接入地区的电网提供了一定的有功功率，减少了该地区从主网吸收的功率，使得传输线路及变压器上的无功损耗减小，降低了主网与风电接入点的电压差。

当风电场输出的有功功率进一步增加时，风电接入地区电压下降，这是因为当风电场输出较大时，风电场附近局部电网由受端系统转化为送端系统。当外送的有功出力继续增加时，线路及变压器上的无功消耗增大，需要从主网吸收大量的无功功率，无功功率的传输导致风电接入点的电压与主网的压差不断增大，导致接入点电压水平不断下降。当系统电压升高或降低超过电力系统的规程规定的标准时，就容易导致电压失稳。

此外，风电接入前的并网点电压水平以及风电场的功率因数也是影响电网接纳风电能力的重要因素。风电接入前,并网点的电压水平由整个系统决定，当并网点的电压水平很高时，如果风电的接入容量较小，则对并网点的电压的抬升效果可能会造成电压越上限。当风电场运行在不同的功率因数下，即风电机组吸收或发出无功功率会抬升或降低并网点及附近母线电压，可能会造成电压越限,使电网失去电压稳定性。由于常规电机具有一定的无功调节能力，可以在机组的无功极限内通过控制其无功输出以保证连接节点的电压维持稳定，所以当风电场出力较小时，与常规机组连接的母线电压变化不大。

但是在风电场出力持续增大的过程中，如果常规机组的无功调节能力达到了机组极限，即发出的无功功率超过极限值时，则随着风电场并网功率的持续增加，其输出无功不会再改变，以保证风电机组的稳定运行，因此，母线电压仍会下降。如下图所示：

图1.3 发电机母线的P-V曲线图

再绘制出其余节点的P-V曲线图，如图1-4和1-5所示：

图1.4 剩余母线P-V曲线图

图1.5 剩余母线P-V曲线图

绘制出所有母线的P-V曲线图后，分别观察其母线电压是否越限，得到节点电压越限时风电场输出功率的集合，取其最小值即为基于电力系统静态电压稳定性下的风电最大并网功率。

第四篇：电力系统仿真模型参数

实验一：中性点经消弧线圈接地系统A相接地故障实验

利用MATLAB搭建了小电流接地系统模型。线路采用分布参数模型，其正序参数为：

R00.23R10.17/km，L11.2mH/km，C19.697nF/km；零序参数：/Y/km，L05.48mH/km，C06nF/km；变压器连接方式为：，110KV/35KV；其中线路1所带负载为2MVA，线路3所带负载为5MVA。供电线路总长度为100km，若故障发生在线路的50km处，且在0.02s发生故障，0.04s恢复正常运行（在故障发生器中已设置），由于单相接地故障占到整个系统故障类型的80%以上，所以，仿真以A相接地故障为例进行。仿真模型中系统采样频率f1000KHZ，整个仿真时间为0.06s。

实验内容：分别做出当过渡电阻为5、50、500时，线路UA、UB、UC以及IA、IB、IC的波形，并分析与所学单相接地故障时的边界条件是否符合。

注意：

1.实验报告纸上的实验器材、实验步骤、结果分析等内容都要填写完整，除实验结果（波形）应另附外，其他都在实验报告纸上完成。

2.实验步骤描述模型的搭建过程，以及各个参数数值的大小和设置过

程。

3.4.结果分析要详细且有说服力。该模型时在MATLAB7.6（MATLABR2008a）中建立的模型，其它低版本的可能打不开，建议同学们采用高版本软件运行模型。

实验二：电力系统潮流分析

采用实验一的模型，进行实验二，做出：

阻抗依频特性波形； 发挥部分：采用分析FFT变换特性以及潮流分析部分。注意：实验报告要求和实验一一样，必须严格给出实际的仿真步骤以及实验结果分析。

第五篇：电力系统仿真MATPOWER潮流计算

IEEE30节点潮流计算

宁夏大学新华学院 马智

潮流计算，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。它是基于配电网络特有的层次结构特性，论文提出了一种新颖的分层前推回代算法。该算法将网络支路按层次进行分类，并分层并行计算各层次的支路功率损耗和电压损耗，因而可大幅度提高配电网潮流的计算速度。论文在MATLAB环境下，利用其快速的复数矩阵运算功能，实现了文中所提的分层前推回代算法，并取得了非常明显的速度效益。另外，论文还讨论发现，当变压器支路阻抗过小时，利用Π型模型会产生数值巨大的对地导纳，由此会导致潮流不收敛。为此，论文根据理想变压器对功率和电压的变换原理，提出了一种有效的电压变换模型来处理变压器支路，从而改善了潮流算法的收敛特性。

关键词：电力系统；潮流分析；MATLAB

潮流计算的目的

电力系统的潮流计算最主要的目的是为了让电力系统能够安全稳定运行的同时做到经济运行。所以考留到经及调度、电网规划、电力系统可靠性分析。

具体表现在以下方面：

①在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。

②在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。

③正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。

④预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。

总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。

MATLAB软件的应用

MATLAB Compiler是一种编译工具，它能够将M编写的函数文件生成函数库或者可执行文件COM组件等，以提供给其他高级语言如C++、C#等进行调用由此扩展MATLAB的应用范围，将MATLAB的开发效率与其他高级语言的运行结合起来，取长补短，丰富程序开发的手段。

目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算，潮流计算是其基本应用软件之一。现有很多潮流计算方法。对潮流计算方法有五方面的要求：（1）计算速度快（2）内存需要少（3）计算结果有良好的可靠性和可信性（4）适应性好，即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其它程序配合的能力强（5）简单。

MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界，主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、动态分析、绘图等方面也具有强大的功能。

MATLAB程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素

是不需要定义的数组。它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。MATLAB与C语言和FORTRAN语言相比更容易被掌握。通过M语言，可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序所需的难度并节省了时间，从而可把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。

另外，MATLAB提供了一种特殊的工具：工具箱（TOOLBOXES）.这些工具箱主要包括：信号处理（SIGNAL PROCESSING）、控制系统（CONTROL SYSTEMS）、神经网络（NEURAL NETWORKS）、模糊逻辑(FUZZY LOGIC)、小波(WAVELETS)和模拟（SIMULATION）等等。不同领域、不同层次的用户通过相应工具的学习和应用，可以方便地进行计算、分析及设计工作。

MATLAB设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原则是简单明了，便于修改。

14611121416***25783***9202422302526

图1 IEEE-30节点系统接线图

总结及感想

通过这次的课程设计，我知道了潮流计算的基本步骤和方法，明白了潮流计算对于电力系统的重要性，准确的潮流计算对于工农业的生产有着十分重要的意义。这次实习忙碌但是充实，在其中我发现了自己的不足，自己知识的很多漏洞，和基础知识不扎实，课外知识知之甚少。看到了自己理论联系实际的能力还需提高，也知道了自己以后学习的方向和目的。这次课程设计对自己意义很大，自己从中获得很多东西。