psb的电力系统仿真研究
摘?要目前，随着科技的快速发展，我们对电能的需求也随之增加，电力系统规模也在不停变大，这也导致了许多新设备的产生，这些设备能够让电能传输容量和距离都大大增加，这样能有效地合理利用资源，对环境保护也能起到积极作用。电力系统的飞速发展和电网的不断提高，电力系统的计算和控制问题越来越复杂，而直接进行电力测试在技术和安全上有很大的问题。在这个时候，我们就要像办法来解决这个问题，将电力系统进行仿真是个很好的方法。这个仿真技术可以将实际中的状态虚拟化，做成计算机中的模拟模型，这样来对模拟电力系统进行一些实际中无法实行的测试和研究调整,对电力系统概况有个正确的认识。本论文根据电力系统的特点，利用MATLAB的仿真软件simulink中的电力系统模块库（PSB）来研究电力系统的运行情况。本论文的电力系统中带有励磁系统，建立一个单机-无穷大系统模型，然后利用仿真监测系统在短路和受到干扰的时候，它的电压和电流的波形变化情况。根据得到的波形图，进行相应的研究分析。关键词 电力系统，MATLAB PSB，单机无穷大，短路故障
目录
目录 1
1 绪论 1
1.1 电力系统简介? 1
1.2 本论文的主要内容? 2
2 电力系统及其数学模型 2
2.1同步发电机短路分析? 2
2.2变压器短路分析 6
2.3励磁调节系统及其数学模型 10
3 MATLAB/Simulink介绍 13
3.1 MATLAB软件介绍 13
3.2 Simulink中电力系统模块库简介 13
4 基于MATLAB带励磁系统的单机无穷大系统仿真 19
4.1 系统模型的建立 19
4.2 基于MATLAB的模型仿真 19
4.3设计过程 19
4.4 仿真结果分析 30
4.5 电力系统分析工具 34
结论 36
致谢 37
参考文献 38
1 绪论
1.1 电力系统简介?
1.1.1电力系统概念
电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户组成的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
整体。电力系统的作用是将一次能源通过设备转换成电能，然后经过输电、变配电将电能供应到各用户。要想将电能输送到用户，要对电能输送中的每个阶段环节都要实行监测控制，能够及时的调节保护，以保证用户能够获得安全、优质的电能[1]。
1.1.2 电力系统的特点和基本要求
电力系统运行的特点：
1、电能不能大量存储。电能的生产、输送及使用几乎同时进行，这是因为发电的设施任何时刻生产的电能必须与耗费的电能保持平衡。
2、电能生产与国民经济各部门和人们生活关系密切。
3、过渡过程非常迅速。
电能是国民经济各部门的主要能源，所以电能的供应是比较重要的问题。因此对电能有如下的基本要求[2]：
1、保证供电的可靠性。
2、保证良好的电能质量?
3、保证系统运行的经济性
4、满足节能与环保的要求
1.1.3 电力系统的稳定性
电力系统的稳定性指电力系统在设定的条件下运行，在电力系统受到干扰时，能够自动调节回到稳定运行的能力。电力系统的稳定性根据性质的不同可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定。而在功角稳定下，还可以分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定[3]。
静态稳定：电力系统在小扰动情况下，不会因此发生不规律的失步，自动恢复到开始运行的状态的能力。
暂态稳定：电力系统在大扰动情况下，每个电机还能够保持同步状态运行，然后达到新的或原来的稳定运行状态的能力。
(3)动态稳定：电力系统在扰动情况下，振荡的振幅不停变大，而电力系统不会因此而失去稳定的能力。
1.2? 本论文的主要内容?
?分析在发生短路时，电力系统和设备的受到的损坏。
?学习建立发电机和变压器的数学模型。
3）?励磁方式对控制性能以及稳定性的影响。
4）?利用MATLAB中的PSB模块建立带励磁系统的简单的电力系统进行仿真，对系统运行中出现短路扰动情况时的仿真结果进行分析。?
2 电力系统及其数学模型
电力系统的实际使用中，我们要想到可能发生的故障和失误，防止因为这些原因而造成设备的损坏和电能的不正常输送。 根据以往的经验，我们可以总结出短路是最大的原因。?
由于短路而造成的危害主要有[4]：
1）短路产生大量电力和高温，使故障和短路中的元件受到损坏。
2）短路的时候电压降低太快，对电气设备的正常运行产生很大的影响。
3）在短路严重的情况下，电力系统会失去稳定性，可能会导致系统崩溃。
可以看出，短路产生的后果非常严重。因此对于发生三相短路的电力系统，我们需要认真的分析研究。?
2.1?同步发电机短路分析?
??同步发电机是我们经常使用的电机，在日常生产和科学研究中也总是出现它的身影。而因为电能的产生的条件和对周围的环境影响，使得发电厂需要在一些偏远，人迹较少地方，这样使得传输电能的距离变得非常的长，这就造成了故障发生的可能性增加很多。同步发电机由多个绕组组成，而各个绕组之间存在电磁耦合关系，这就造成电机结构复杂[5]。同步发电机有可能在运行中突然发生三相短路，短路的过程中会产生很大的电流，产生的电流会冲击电机本身及相关电气设备，造成巨大的损失。这就使得要对三相短路的故障加大研究，对短路的短暂过程中的变化情况要弄清楚，这样能对计算分析短路电流有很大的帮助。?
2.1.1?同步发电机的数学模型?
同步电机是电力系统的总电源。同步电机的动态数学模型是研究电力系统的动态行为的基础。在对电机模型的分析中，可以将其看成理想状态，忽略一些繁琐的影响。可以假定以下几点[6]：一、设置电机参数不变；二、不考虑磁滞和磁饱和的影响；三、不计涡流和集肤作用的影响；四、在结构上，转子完全对称；五、定子的三个绕组角度相差120°，就是在结构上完全一样；六、转子和定子拥有光滑的表面。图21所示为dq轴参数等值电路。
图21 dq轴参数等值电路图
依据电路定律，可以根据发电机的六个绕组之间的关系，写出如下的六个电压方程式：
（21）
（22）
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1 绪论 1
1.1 电力系统简介? 1
1.2 本论文的主要内容? 2
2 电力系统及其数学模型 2
2.1同步发电机短路分析? 2
2.2变压器短路分析 6
2.3励磁调节系统及其数学模型 10
3 MATLAB/Simulink介绍 13
3.1 MATLAB软件介绍 13
3.2 Simulink中电力系统模块库简介 13
4 基于MATLAB带励磁系统的单机无穷大系统仿真 19
4.1 系统模型的建立 19
4.2 基于MATLAB的模型仿真 19
4.3设计过程 19
4.4 仿真结果分析 30
4.5 电力系统分析工具 34
结论 36
致谢 37
参考文献 38
1 绪论
1.1 电力系统简介?
1.1.1电力系统概念
电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户组成的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
整体。电力系统的作用是将一次能源通过设备转换成电能，然后经过输电、变配电将电能供应到各用户。要想将电能输送到用户，要对电能输送中的每个阶段环节都要实行监测控制，能够及时的调节保护，以保证用户能够获得安全、优质的电能[1]。
1.1.2 电力系统的特点和基本要求
电力系统运行的特点：
1、电能不能大量存储。电能的生产、输送及使用几乎同时进行，这是因为发电的设施任何时刻生产的电能必须与耗费的电能保持平衡。
2、电能生产与国民经济各部门和人们生活关系密切。
3、过渡过程非常迅速。
电能是国民经济各部门的主要能源，所以电能的供应是比较重要的问题。因此对电能有如下的基本要求[2]：
1、保证供电的可靠性。
2、保证良好的电能质量?
3、保证系统运行的经济性
4、满足节能与环保的要求
1.1.3 电力系统的稳定性
电力系统的稳定性指电力系统在设定的条件下运行，在电力系统受到干扰时，能够自动调节回到稳定运行的能力。电力系统的稳定性根据性质的不同可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定。而在功角稳定下，还可以分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定[3]。
静态稳定：电力系统在小扰动情况下，不会因此发生不规律的失步，自动恢复到开始运行的状态的能力。
暂态稳定：电力系统在大扰动情况下，每个电机还能够保持同步状态运行，然后达到新的或原来的稳定运行状态的能力。
(3)动态稳定：电力系统在扰动情况下，振荡的振幅不停变大，而电力系统不会因此而失去稳定的能力。
1.2? 本论文的主要内容?
?分析在发生短路时，电力系统和设备的受到的损坏。
?学习建立发电机和变压器的数学模型。
3）?励磁方式对控制性能以及稳定性的影响。
4）?利用MATLAB中的PSB模块建立带励磁系统的简单的电力系统进行仿真，对系统运行中出现短路扰动情况时的仿真结果进行分析。?
2 电力系统及其数学模型
电力系统的实际使用中，我们要想到可能发生的故障和失误，防止因为这些原因而造成设备的损坏和电能的不正常输送。 根据以往的经验，我们可以总结出短路是最大的原因。?
由于短路而造成的危害主要有[4]：
1）短路产生大量电力和高温，使故障和短路中的元件受到损坏。
2）短路的时候电压降低太快，对电气设备的正常运行产生很大的影响。
3）在短路严重的情况下，电力系统会失去稳定性，可能会导致系统崩溃。
可以看出，短路产生的后果非常严重。因此对于发生三相短路的电力系统，我们需要认真的分析研究。?
2.1?同步发电机短路分析?
??同步发电机是我们经常使用的电机，在日常生产和科学研究中也总是出现它的身影。而因为电能的产生的条件和对周围的环境影响，使得发电厂需要在一些偏远，人迹较少地方，这样使得传输电能的距离变得非常的长，这就造成了故障发生的可能性增加很多。同步发电机由多个绕组组成，而各个绕组之间存在电磁耦合关系，这就造成电机结构复杂[5]。同步发电机有可能在运行中突然发生三相短路，短路的过程中会产生很大的电流，产生的电流会冲击电机本身及相关电气设备，造成巨大的损失。这就使得要对三相短路的故障加大研究，对短路的短暂过程中的变化情况要弄清楚，这样能对计算分析短路电流有很大的帮助。?
2.1.1?同步发电机的数学模型?
同步电机是电力系统的总电源。同步电机的动态数学模型是研究电力系统的动态行为的基础。在对电机模型的分析中，可以将其看成理想状态，忽略一些繁琐的影响。可以假定以下几点[6]：一、设置电机参数不变；二、不考虑磁滞和磁饱和的影响；三、不计涡流和集肤作用的影响；四、在结构上，转子完全对称；五、定子的三个绕组角度相差120°，就是在结构上完全一样；六、转子和定子拥有光滑的表面。图21所示为dq轴参数等值电路。
图21 dq轴参数等值电路图
依据电路定律，可以根据发电机的六个绕组之间的关系，写出如下的六个电压方程式：
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