SIMULINK擴(kuò)展模塊庫(kù)SimPowerSystems2016綜述

1、Simulink的擴(kuò)展模塊庫(kù)SimPowerSystems電力電子系統(tǒng)的建模和仿真工具SimPowerSystems是在Simulink環(huán)境下進(jìn)行電力電子系統(tǒng)建模和仿真先進(jìn) 工具。SimPowerSystems是Simulink下面的一個(gè)專用模塊庫(kù)，包含電氣網(wǎng)絡(luò)中常見(jiàn)的元器件和設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行模型描述。模型可與其它Simulink模塊的相連接，進(jìn)行一體化的系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)分析。一、SimPowerSystems專用模塊庫(kù)的特點(diǎn)：1. 使用標(biāo)準(zhǔn)電氣符號(hào)進(jìn)行電力系統(tǒng)的拓?fù)鋱D形建模和仿真；2. 標(biāo)準(zhǔn)的AC和DC電機(jī)模型模塊；變壓器；傳輸線；信號(hào)和脈沖發(fā)生器；HVDC控制；IGBT模

2、塊和大量設(shè)備模型，有斷路器，二極管，IGBT，GTO，MOSFET和晶閘管；3. 使用Simulink強(qiáng)有力的變步長(zhǎng)積分器和零點(diǎn)穿越檢測(cè)功能，給出高度精確的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算結(jié)果4. 為快速仿真和實(shí)時(shí)仿真提供了模型離散化方法；5. 提供多種分析方法，可以計(jì)算電路的狀態(tài)空間表達(dá)、計(jì)算電流和電壓的穩(wěn)態(tài)解、設(shè)定或恢復(fù)初始電流/電壓狀態(tài)、電力機(jī)械的潮流計(jì)算；6. 提供了擴(kuò)展的電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模塊，如電力機(jī)械，功率電子元件，控制測(cè)量模塊和3相元器件；7. 提供36個(gè)功能演示模型，可直接運(yùn)行仿真；8. 提供詳細(xì)的文檔，完整的描述了各個(gè)模塊和使用方法， 還有5個(gè)詳細(xì)的案例。二、SimPowerSys

3、tems專用模塊庫(kù)的強(qiáng)大功能：（一）SimPowerSystems中的模塊SimPowerSystems中模塊的數(shù)學(xué)模型基于成熟的電磁和機(jī)電方程，用標(biāo)準(zhǔn)的電氣符號(hào)表示。它們可以同標(biāo)準(zhǔn)的Simulink模塊一起使用建立包含電氣系統(tǒng)和控制回路的模型。連接通過(guò)與SimPowerSystems提供的測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)。SimPowerSystems擁有近100個(gè)模塊，分別位于7個(gè)子模塊庫(kù)中。這些庫(kù)模塊涵蓋了以下應(yīng)用范圍：1. 電氣網(wǎng)絡(luò)（Electrical Sources & Elements）RLC支路和負(fù)載，型傳輸線，線性和飽和變壓器，浪涌保護(hù)，電路分離器，互感，分布參數(shù)傳輸線，3相變壓器（2個(gè)

4、和3個(gè)繞組），AC和DC電壓源，受控電壓源和受控電流源。2. 電力機(jī)械（Machines）完整或是簡(jiǎn)化形式的異步電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)，激磁系統(tǒng)和水輪機(jī)渦輪機(jī)/調(diào)速系統(tǒng)模型。3. 電力電子（Power Electronics）二極管，簡(jiǎn)化/復(fù)雜晶閘管，GTO，開關(guān)，MOSFET，IGBT和通用型橋接管模型。4. 控制和測(cè)量模塊（Measurements）電壓、電流和電抗測(cè)量，RMS測(cè)量，有功和無(wú)功功率計(jì)算，計(jì)時(shí)器，萬(wàn)用表，傅立葉分析，HVDC控制，總諧波失真，abc到dq0和dq0到abc軸系變換，3相V-I測(cè)量，3相脈沖和信號(hào)發(fā)生，3相序列分析，3相PLL和連續(xù)/離散

5、同步6-，12-脈沖發(fā)生器。5. 三相網(wǎng)絡(luò)元器件（Electrical Sources & Elements）3相RLC負(fù)載和支路，3相斷路器，3相，3相電抗 ，型傳輸線，AC電壓源，6-脈沖二極管和晶閘橋管，整流二極管，Y-/Y-/Y-/Y-Y-可配置3相變壓器。（二）與Simulink和MATLAB集成在一起SimPowerSystems與Simulink和MATLAB是無(wú)逢結(jié)合在一起的。仿真仍可使用Simulink強(qiáng)大的的變步長(zhǎng)積分器其中有一些專為剛性系統(tǒng)求解而設(shè)計(jì)來(lái)精確的計(jì)算電氣系統(tǒng)模型。另外，Simulink的零點(diǎn)穿越檢測(cè)功能，能以機(jī)器數(shù)據(jù)精度水平計(jì)算檢測(cè)并求解不連續(xù)過(guò)程。M

6、ATLAB 及其工具箱所提供的功能同樣可以用來(lái)分析仿真結(jié)果，將其可視化，并進(jìn)一步做整個(gè)完整系統(tǒng)的建摸，仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。（三）交互式參數(shù)設(shè)定使用SimPowerSystems提供的Powergui模塊，用戶可以修改模型的初始狀態(tài)，從任何起始條件開始仿真分析。Powergui交互式工具模塊提供的工具可以：顯示穩(wěn)態(tài)電壓和電流；顯示并修改初始狀態(tài)量；計(jì)算潮流和初始化機(jī)電摸塊；當(dāng)模型中存在電抗測(cè)量模塊時(shí)可顯示電抗相對(duì)頻率的變化；可使用控制系統(tǒng)工具箱的 LTI Viewer 工具，進(jìn)行系統(tǒng)的時(shí)域、頻域響應(yīng)分析；生成穩(wěn)態(tài)計(jì)算分析報(bào)告。（四）仿真和分析通過(guò) SimPowerSystems的測(cè)量模塊可以將電氣系

7、統(tǒng)模型信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镾imulink模型信號(hào)，并在示波器中顯示。電動(dòng)機(jī)和電力電子模塊的測(cè)量輸出端也可以直接輸出Simulink模型信號(hào)。除了使用連續(xù)仿真求解器，SimPowerSystems還可以使用離散化模塊將模型離散化，利用定步長(zhǎng)梯形積分法進(jìn)行離散仿真計(jì)算。這一特性能夠顯著提高 仿真計(jì)算的速度 尤其是那些帶有電力電子設(shè)備的模型。另外，由于模型被離散化了，這時(shí)還可以用Real-Time Workshop生成模型的代碼，進(jìn)一步提高仿真的速度。SimPowerSystems 以M-文件形式提供了power2sys函數(shù)，可用于在仿真過(guò)程之外獲得電路的狀態(tài)空間模型表達(dá)。該函數(shù)分析電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并計(jì)算出

8、等價(jià)狀態(tài)空間模型。在這個(gè)函數(shù)所提供信息的幫助下，可以使用諸如控制系統(tǒng)工具箱進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。（五）完善的文檔和示例除了產(chǎn)品使用的基本信息，SimPowerSystems提供的文檔還覆蓋了更多高級(jí)主題，如積分算法的選擇、如何提高仿真速度和定制模塊。文檔同樣包括了所有模塊的描述信息，5個(gè)詳細(xì)的案例研究和一個(gè)7節(jié)課程使用教學(xué)。隨SimPowerSystems發(fā)布的還有36個(gè)可以直接運(yùn)行的演示模型。其中有一些展示了對(duì)某些有一定使用經(jīng)驗(yàn)的用戶而言層次更高的建模概念。演示模型包括6、12脈沖HVDC傳輸系統(tǒng)，3相整流，MOSFET變換，汽輪機(jī)/調(diào)速系統(tǒng)和一個(gè)說(shuō)明定步長(zhǎng)梯形法計(jì)算的電流飽和變壓器模型。這些

9、都為SimPowerSystems 的學(xué)習(xí)和使用建立了良好的起點(diǎn)。三、SimPowerSystems專用模塊庫(kù)具體模塊介紹1. Continuous: （連接器元件庫(kù)有10種模塊）2. Electrical Sources: （電源元件庫(kù)有7種電源功能模塊）1）DC Voltage Source:直流電壓源2）AC Voltage Source:交流電壓源3）AC Current Source:交流電流源4）Controlled Voltage Source:受控電壓源5）Controlled Current Source:受控電流源6）3-Phase Source:三相電源7）3-Phase

10、 Programmable Voltage Source:三相可編程電壓源3. Elements: （線路元件庫(kù)有24種模塊） 4. Machines: （電機(jī)元件庫(kù)有16種模塊） 5. Measurements: （電路測(cè)量模塊元件庫(kù)有5種模塊） 6. Power Electronics:（電力電子元件庫(kù)有9種模塊）1）Detailed Thyristor:2）Diode: 二極管3）Gto: 門極可關(guān)斷晶閘管4）Ideal Switch:5）IGBT:6）Mosfet: MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管7）Three-Level Bridge: 三電平變換橋8）Thristor: 晶閘管9）Univer

11、sal Bridge:7. Extra Library: （附加元件庫(kù)有7個(gè)子元件庫(kù)）8. Discrete System: This block is used to discretize the state-space model of a SimPowerSystems circuit, with the bilinear (Tustin) approximation. Discrete time models will be used for Machine blocks and Power Electronics blocks.Drag this block in the top-level system of your model and specify the sample time.9. powergui:（電力圖形用戶接口）1