SIMULINK擴(kuò)展模塊庫SimPowerSystems2016講解

1、Simulink的擴(kuò)展模塊庫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(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)級動態(tài)分析。一、SimPowerSystems專用模塊庫的特點：1. 使用標(biāo)準(zhǔn)電氣符號進(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；信號和脈沖發(fā)生器HVDC控制；IGBT模塊和

2、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(dá)、計算電流和電壓的穩(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，控制測量模塊和3相元器件；7. 提供36個功能演示模型，可直接運(yùn)行仿真；8. 提供詳細(xì)的文檔，完整的描述了各個模塊和使用方法，還有5個詳細(xì)的案例。二、SimPowerSystems專用模塊

3、庫的強(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。連接通過與SimPowerSystems提供的測量模塊實現(xiàn)。SimPowerSystems擁有近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(yīng)用范圍：1. 電氣網(wǎng)絡(luò)(ElectricalSources&Elements)RLC支路和負(fù)載，n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個和3個繞組)，AC和

4、DC電壓源，受控電壓源和受控電流源。2. 電力機(jī)械(Machines)完整或是簡化形式的異步電動機(jī)，同步電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)，直流電動機(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(PowerElectronics)二極管，簡化/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到dqO和dqO到abc軸系變換，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)

5、生器。5.三相網(wǎng)絡(luò)元器件（ElectricalSources&Elements）3相RLC負(fù)載和支路，3相斷路器，3相，3相電抗，n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-A/Y-A/Y-Y-A可配置3相變壓器。（二）與Simulink和MATLAB集成在一起SimPowerSystems與Simulink和MATLAB是無逢結(jié)合在一起的。仿真仍可使用Simulink強(qiáng)大的的變步長積分器一一其中有一些專為剛性系統(tǒng)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(jī)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

6、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(jìn)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(jī)電摸塊；當(dāng)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LTIViewer工具，進(jìn)行系統(tǒng)的時域、頻域響應(yīng)分析；生成穩(wěn)態(tài)計算分析報告。（四）仿真和分析通過SimPowerSystems的測量模塊可以將電氣系統(tǒng)模型信號轉(zhuǎn)變?yōu)镾imuli

7、nk模型信號，并在示波器中顯示。電動機(jī)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，SimPowerSystems還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(jìn)行離散仿真計算。這一特性能夠顯著提高仿真計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，這時還可以用Real-TimeWorkshop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)，并計算出等價狀態(tài)空間模型。在這個函數(shù)所提供信

8、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(xì)的案例研究和一個7節(jié)課程使用教學(xué)。隨SimPowerSystems發(fā)布的還有36個可以直接運(yùn)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

9、學(xué)習(xí)和使用建立了良好的起點。三、SimPowerSystems專用模塊庫具體模塊介紹1.Continuous:（連接器元件庫有10種模塊）2.ElectricalSources:（電源元件庫有7種電源功能模塊）1) 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-PhaseSource:三相電源7) 3-PhaseProgrammableVoltageSource:三相可編

10、程電壓源3.Elements:（線路元件庫有24種模塊）1lit1Nntn：ilInduet：dTLiZH-VA_zg'j_Fh：i1_e1ELCBr：aiLctLJI_Wlir.r.Hi.J1z±r：illelELCLoadJI-n-T'lSer七:lchlLine5atm-ableTr:arLEhurmerSeriezRLCBr：±TLch-XHbSeriezFJjTLu：d.dHIIIIIHc4.Machines:（電機(jī)元件庫有16種模塊）Thr已e_FtL：iseTrnnsft-rm已匚Thr已已WirLdings)TIltse-phaseTitan

11、sfoi-ner(TwoWiniings)Zigz：gFh=ise-5hifting1Y：遼匸£口匚仃岸匸TnPnSTGHTGmAzjTLctLrurLLnisMachinepuUnitsAzsTLctLrurLijusMachineSIUniDCMichlTlSfliscretePCMachiReE:citalionSyst已mMachinesMeasm-ementDeitilixGmericFu'A'peSysternStabilizerHijltF'j-i'i'ei-SystemStabilizei-F已廠恥王口已11MagiLetSjT

12、LctLruriun5Machine3implitiedSTLcbLrunoii5implitiedSj-mcbLrurLuiisMachineSIUnitsFiiTLil：ajTierL-L：HlS七：±TLil：li-JSIFijTLd：ajTierLt：HlEjtlctcrorLcnisMachineMachinepuUnitzEjtlchr口口_匸門丄三MactuneMJI-U=<m£ru2SjtlciLroRcnisMachiTlE5.Measurements:（電路測量模塊元件庫有5種模塊）6.PowerElectronics:（電力電子元件庫有9種模塊）

13、1)DetailedThyristor:2)Diode:二極管3)Gto:門極可關(guān)斷晶閘管4)IdealSwitch:5) IGBT:6)Mosfet:MOS場效應(yīng)晶體管7)Three-LevelBridge:三電平變換橋8) Thristor:晶閘管9) UniversalBridge:7.ExtraLibrary:（附加元件庫有7個子元件庫）Additi口milMachinesCi：iritT«：ilElijizisHizcrteMeasnzfementeMeasnifemEnt呂Fh：iEi：rLitir：=d-yThree-PhaseLibr:u-ytECcTitrcl8.D

14、iscreteSystem:Thisblockisusedtodiscretizethestate-spacemodelofaSimPowerSystemscircuit,withthebilinear(Tustin)approximation.DiscretetimemodelswillbeusedforMachineblocksandPowerElectronicsblocks.Dragthisblockinthetop-levelsystemofyourmodelandspecifythesampletime.9. powergui:（電力圖形用戶接口）10. ExtraLibrary擴(kuò)

15、展子模塊庫具體介紹1)AdditionalMachines:仏EECMachineoTLnDis'：r已t已DC_Mnchi匚吃2)ControlBlocks:3)DiscreteMeasurements:4)DiscreteControlBlocks:5)Measurements:'N=Tvm3FhaseSequencejruilyzerVabciM3_phas已IrL5t：iiLt：iTL已in丄刁Acti*已&ReactiveFoer0戸abc_ti：i_dqUTr：iiL-furmatiunVActiveA_RpartivePowerVdcp心dilU_base

16、djbitivEftFieactiveTafefin_ad-10_t:_：±bcTr:stleform=iti皿Jtgw3*Fijin-it=rRMSb:B止:斗Three-Ph：±seV-IMeasnrementT<:七：£LH：ai-TiomcDie七oreion6) PhasorLibrary:-toSTiV3_Fh：iseActiveftReactivePoweriThiEorTypa)止匚:tiqpbReactivePo'i'i'er:±5«：ifTypJaSaiiuenc旦ArrilyrerCFhazorType)7) Three-PhaseLibrary:ClC2HE：