Simulink的擴展模塊庫SimPowerSystems

1、Simulink 的擴展模塊庫 SimPowerSystems電力電子系統(tǒng)的建模和仿真工具SimPowerSystems!在 Simulink 環(huán)境下進行電力電子系統(tǒng)建模和仿真先進工具。SimPowerSystemsHSimulink 下面的一個專用模塊庫，包含電氣網(wǎng)絡(luò)中常見的元器件和設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對電氣系統(tǒng)進行模型描述。模型可與其它 Simulink 模塊的相連接，進行一體化的系統(tǒng)級動態(tài)分析。一、SimPowerSystem 文用模塊庫的特點：1 .使用標準電氣符號進行電力系統(tǒng)的拓撲圖形建模和仿真；2 .標準的 AC 和 DC 電機模型模塊；變壓器；傳輸線；信號和脈沖發(fā)生器；HV

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

3、二、SimPowerSystem 文用模塊庫的強大功能：（一）SimPowerSystems的模塊SimPowerSystems 中模塊的數(shù)學模型基于成熟的電磁和機電方程，用標準的電氣符號表示。它們可以同標準的 Simulink 模塊一起使用建立包含電氣系統(tǒng)和控制回路的模型。連接通過與 SimPowerSystems 提供的測量模塊實現(xiàn)。SimPowerSystem 朗有近 100 個模塊，分別位于 7 個子模塊庫中。這些庫模塊涵蓋了以下應用范圍：1 .電氣網(wǎng)絡(luò)（ElectricalSources&Elements）RLC 支路和負載，冗型傳輸線，線性和飽和變壓器，浪涌保護，電路分離器

4、，互感，分布參數(shù)傳輸線，3 相變壓器（2 個和 3 個繞組），AC 和 DC 電壓源，受控電壓源和受控電流源。2 .電力機械（Machines）完整或是簡化形式的異步電動機，同步電動機，永磁同步電動機，直流電動機，激磁系統(tǒng)和水輪機渦輪機/調(diào)速系統(tǒng)模型。3 .電力電子（PowerElectronics）二極管，簡化/復雜品孫管，GTO,開關(guān),MOSFET,IGBT 和通用型橋接管模型。4 .控制和測量模塊（Measurements電壓、電流和電抗測量，RMS 測量，有功和無功功率計算，計時器，萬用表，傅立葉分析，HVDC 控制，總諧波失真，abc 至 Udq0 和 dq0 至 Uabc 軸系變換

5、，3 相 V-I 測量，3 相脈沖和信號發(fā)生，3 相序列分析，3 相 PLL 和連續(xù)/離散同步 6-,12-脈沖發(fā)生器。5.三相網(wǎng)絡(luò)元器件（ElectricalSources&Elements）3 相 RLC 負載和支路，3 相斷路器，3 相，3 相電抗，冗型傳輸線，AC 電壓源，6-脈沖二極管和晶閘橋管，整流二極管，Y-A/Y/Y-A/YY-A 可配置 3 相變壓器。（二）與 Simulink 和 MATLAB 集成在一起SimPowerSystemsfSimulink 和 MATLAB 是無逢結(jié)合在一起的。仿真仍可使用 Simulink強大的的變步長積分器一一其中有一些專為剛性系統(tǒng)

6、求解而設(shè)計來精確的計算電氣系統(tǒng)模型。另外，Simulink 的零點穿越檢測功能，能以機器數(shù)據(jù)精度水平計算檢測并求解不連續(xù)過程。MATLAB 及其工具箱所提供的功能同樣可以用來分析仿真結(jié)果，將其可視化，并進一步做整個完整系統(tǒng)的建摸，仿真和優(yōu)化設(shè)計。（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；計算潮流和初始化機電摸塊；當模型中存在電抗測量模塊時可顯示電抗相對頻率的變化；可使用控制系統(tǒng)工具箱的 LTIViewe

7、r 工具，進行系統(tǒng)的時域、頻域響應分析；生成穩(wěn)態(tài)計算分析報告。（四）仿真和分析通過 SimPowerSystems勺測量模塊可以將電氣系統(tǒng)模型信號轉(zhuǎn)變?yōu)?Simulink 模型信號，并在示波器中顯示。電動機和電力電子模塊的測量輸出端也可以直接輸出Simulink 模型信號。除了使用連續(xù)仿真求解器，SimPowerSystem 皿可以使用離散化模塊將模型離散化，利用定步長梯形積分法進行離散仿真計算。 這一特性能夠顯著提高仿真計算的速度一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，這時還可以用 Real-TimeWorkshop生成模型的代碼，進一步提高仿真的速度。SimPower

8、Systems 以 M-文件形式提供了 power2sys 函數(shù)，可用于在仿真過程之外獲得電路的狀態(tài)空間模型表達。該函數(shù)分析電網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，并計算出等價狀態(tài)空間模型。在這個函數(shù)所提供信息的幫助下，可以使用諸如控制系統(tǒng)工具箱進行更進一步的分析。（五）完善的文檔和示例除了產(chǎn)品使用的基本信息，SimPowerSystem 雕供的文檔還覆蓋了更多高級主題，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 個詳細的案例研究和一個 7 節(jié)課程使用教學。隨 SimPowerSystems 發(fā)布的還有 36 個可以直接運行的演示模型。其中有一些展示了對某些有一定使用經(jīng)驗的用戶

9、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/調(diào)速系統(tǒng)和一個說明定步長梯形法計算的電流飽和變壓器模型。這些都為 SimPowerSystems 的學習和使用建立了良好的起點。三、SimPowerSystem 文用模塊庫具體模塊介紹1. Continuous:（連接器元件庫有 10 種模塊）BusBarIhoriz)BusBarIhoriz)BusBar(thinhoriz)BusBar(thinhoriz)BusBarBusBarthinvertthinvertj jBusSar(vertBusSar(vert) )(input

10、.)(input.)LccnnectorLccnnectorlleutral(input)lleutral(input)Hautrsl(output)Hautrsl(output)_LGrcTind(output)2. ElectricalSources:（電源元件庫有 7 種電源功能模塊）3-FhasefinableVoltageS3-FhasefinableVoltageS urceurce3-FhaseSourceACCurrentSourceACCurrentSourceACACVeitageSourceVeitageSourceControlledCurrentSourceContr

11、olledVoltageSourceControlledVoltageSource1) DCVoltageSource 直流電壓源2) ACVoltageSource:交流電壓源3) ACCurrentSource 交流電流源4) ControlledVoltageSource 受控電壓源5) ControlledCurrentSource 受控電流源6) 3-PhaseSourceE 相電源7) 3-PhaseProgrammableVoltageSource:相可編程電壓源1LTDCVoltageSourceDCVoltageSource3 3- -PhasePhaseDynamiDyna

12、micLoadcLoad3-Phise3-PhiseMutualMutualInductanceZ1InductanceZ1- -ZOZO3 3- -Fh4S4Fh4S4F4rallF4rallelelRLRL firanchfiranch3-Ph-asa3-Ph-asaFarall&LFarall&LELCLoadELCLoad3 3- -rh4seSeriesrh4seSeriesRLCRLCBranchBranch3 3- -Pha5ePha5eS SHTINSHTINSRLCLuadRLCLuad3-Phaxe3-PhaxeErtalcErtalc r r3-FhiSf

13、iFault3-FhiSfiFault3 3- -PhaseFIPhaseFISectionSection3 3- -PhaseTransf&rmer12PhaseTransf&rmer12- -termiiial5termiiial5BreakerBreakerDiDistributedPstributedParar&mc&mc：terstersLineLine-iJHHU-nnflp-orWv-rWv-I IMutualInductaiLcaMutualInductaiLcaParallelRDCEranchParallelRDCEranchParallel

14、RLCLoadParallelRLCLoadPISect!PISect!onLinonLin SaturihleTransformerSaturihleTransformer他卜嘛)|Seri4sKLSeri4sKL BranchBranchSeriSeriasasRLELoadRLELoad-IIIIIIH奉SurgeArresterSurgeArresterThree-FhaseTransformer(Threebindings)Three-FhaseTransformer(Threebindings)Three-phaseTransformer(TwoWindings)Three-pha

15、seTransformer(TwoWindings)LineLine封TransformerTransformerJ，ZigzagPhaseShiftingTrailsformerZigzagPhaseShiftingTrailsformer4.Machines:（電機元件庫有 16 種模塊）5.Measurements:（電路測量模塊元件庫有CurrentMeasiirementCurrentMeasiirementImpedanceMeasurementImpedanceMeasurementMultimeterMultimeterThree-Pha.EeV-IMeasurementThr

16、ee-Pha.EeV-IMeasurement9種模塊）DetailedThyristor:Diode:二極管Gto:門極可關(guān)斷晶閘管IdealSwitch:IGBT:Mosfet:MOS 場效應晶體管Three-LevelBridge:三電平變換橋Thristor:晶閘管UniversalBridge:VoltageVoltageMgaEurementMgaEurement5 種模塊）1)2)3)4)5)6)7)8)9)6.PowerElectronics:（電力電子元件庫有7.ExtraLibrary:（附加元件庫有 7 個子元件庫）雨| |AdditionalMachiAdditiona

17、lMachiControlBlocksControlBlocksu u1 1BiscreteexitsBiscreteexitsDiscrDiscr teControlBlocksteControlBlockss sMeasurementsMeasurements困FhasorLibraryFhasorLibrary3 3IObsolete1IObsolete1_ T T. ., ,lkreelkree- -rhaseLibraryrhaseLibrary8. DiscreteSystem:Thisblockisusedtodiscretizethestate-spacemodelofaSim

18、PowerSystemscircuit,withthebilinear(Tustin)approximation.DiscretetimemodelswillbeusedforMachineblocksandPowerElectronicsblocks.Dragthisblockinthetop-levelsystemofyourmodelandspecifythesampletime.9. powergui:（電力圖形用戶接口）10. ExtraLibrary 擴展子模塊庫具體介紹:(1)AdditionalMachines:(2)ControlBlocks:DCDCNachineNachi

19、neDiscreteBCMachineVI!Syrtchrciiiied12FulseGeiieratorSyrtchrciiiied12FulseGeiieratorva KA1 1-phaseFLL-phaseFLL1 1st-OrderFilterst-OrderFilter2nd2nd- -0rderFilter0rderFilter3-phseFrogranimableSows3-phseFrogranimableSows二3-phase3-phaseFLLFLLFNMGeneratorFNMGenerator r-y44藍_TtrIWbSynchranized6Synchraniz

20、ed6_ _FviilseGeneratorFviilseGenerator-dTimerTimer(3)DiscreteMeasurements:VBK.-SLK3phaEe3phaEeZ ZHLEHLEt tantarteantarteOUEOUEActii/6&TLeactivePowerActii/6&TLeactivePower1wFpSAlHFIHVUWL/vU“*kinInffltrrRar.nvSrTrtS軟bjtQ_dqObjtQ_dqOTransform4tionTransform4tionDiscreteDiscretePHrDrivenFundiamen

21、tPHrDrivenFundiamentalValuealValueDiDiscretescreteVariVariablabl FrequeiicyFrequeiicyMeanMeanvaluevalueDiscreteActiveDiscreteActive強ReactiveReactivePowerPowerBiBiscreteFourierscreteFourierDiDiscrettscrettM M uivuiv lulu DisersteRMSvalueDisersteRMSvalueDiDiscrTotalH*monieDistortionscrTotalH*monieDist

22、ortionFjJ-A0=twwDiDiscrscreteete3 3& &phasephaseFLLTrienFLLTrienP&siP&sititive-SeqiiftnceFundamentalValueve-SeqiiftnceFundamentalValueDiscreteDiscrete3 3- -phph 餐FLL-DrienFLL-DrienF Fosiosititive-Sequenceve-SequenceActivefeActivefeReactivePowerReactivePowerDiDiscrete3-phaseFositive-S

23、equeuescrete3-phaseFositive-Sequeuee eFundainerLtalValueFundainerLtalValueDiscreteDiscrete3 3- -phasephaseSequsncgAnaljrrerSequsncgAnaljrrerDisde3-phaseTotalFewerDisde3-phaseTotalFewerDiscrete3-phaseDiscrete3-phasePcsiPcsitive-Sequencetive-SequenceActiveActive& &ResictivePowerResictivePower2

24、g，.!14iM：ee二-r33wwflKT-4二0JP2二二dqObasedActivedqObasedActive& &ReactivePowerReactivePowerdqO_to_ibcTransf&rmationdqO_to_ibcTransf&rmationFFTFFTCnenjasi*trq.h士.u 厘(4)DiscreteControlBlocks:FaDiscretel-phasePH.Discretel-phasePH./Discrete1stDiscrete1st- -OrderDiscreteFilterOrderDiscreteFi

25、lter加ayyDiEcrete2iLdOrd.!&rVariable-TunedFilterDiEcrete2iLdOrd.!&rVariable-TunedFilter0MBiscrete3Biscrete3- -phaseFrcgranmibleScurcphaseFrcgranmibleScurc AITDiscrete3Discrete3_ _phasePLLphasePLL1*T11*T：tSiEcrsteLaadLagSiEcrsteLaadLagADiKcrttttDiKcrttttFIFIControllerControllerPIDDiscretePILCo

26、ntrollerDiscretePILControllertrDiscreteF*MGeneratorDiscreteF*MGeneratorDfc&cnre6DiscreteRateLimiterDiscreteRateLimiterF九3BiscretsVirtualFLLBiscretsVirtualFLLDiscrete2nd0rderFilterDiscrete2nd0rderFilter加*BiscreteButterworthFilterBiscreteButterworthFilterDiscrete12PulseKYDCControlDiscrete12PulseKY

27、DCControl1DiscretDiscret 3 3- -phas&FMMGeneratorphas&FMMGenerator1一.ra VDiscreteGamniaNleasurementDiscreteGamniaNleasurementHDiEcreteSyinehronized12=PulDiEcreteSyinehronized12=Pul寫電GerteratorGerteratorEDiDiscreteSynchronizedscreteSynchronized6 6- -P PILILL LE E6 6GeneratorGeneratorDiscreteVa

28、rDiscreteVari iableTransportDelayableTransportDelayn TimerTimer(5)Measurements:11X3 3- -PhaseSequenceAn?lyrerPhaseSequenceAn?lyrer3 3- -phasephase工nwtnwt皿七皿eousActiveeousActivea aReactiveFowerReactiveFowerVAKasc二abc_to_dqOTransformationabc_to_dqOTransformationnActive&ReactivePowerActive&Reac

29、tivePower1dqO-LasedActivedqO-LasedActive& &ReiaictivePowerReiaictivePowerTBEd-qOtoabcd-qOtoabcTransTransf formatormati ionon*CFouriFouri白r rERMSRMS0ThreePtLaseV-ThreePtLaseV-工MeMe：a.sura.suranientanientFaTFDTotd.HanhonicDistoronTotd.HanhonicDistoron(6)PhasorLibrary:J0叱3 3- -Fhas4ActiveFhas4Active& &KectivKectiv Power(PhasorT