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1、电力系统过电压实验指导书电气与电子工程学院高电压与绝缘技术专业2011年9月实验一 MATLAB/SIMULINK 软件应用基础一实验目的：1 .了解 MATLAB/SIMULINK软件以及 SimPowerSyetems 库的特点。2. 熟练掌握SIMULINK模块的基本操作。3. 掌握振荡电路的暂态过程的仿真方法。二.实验内容：1. MATLAB/SIMULINK 软件的特点：MathWorks公司推出的MATLAB，具有优秀的数值计算能力和卓越的数据 可视化能力，并以交互式程序设计的方式为科学研究、工程设计以及必须进行有 效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的科学计算环境。SIMULI
2、NK是MATLAB中的一种基于框图设计思想的可视化仿真工具，它 提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书 写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统，具有适应 面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，已被广泛 应用于控制理论、数字信号处理以及图像处理等领域中。2.SimPowerSyetems 库的特点：SimPowerSystems库是SIMULINK中的一个专用模块库，是在SIMULINK 环境下进行电力、电子系统建模和仿真的先进工具。 它提供了一种类似电路建 模的方式进行模型绘制，在仿真前自动将仿真系统图变化成状态方程
3、描述的系统 形式，然后在 SIMULINK 下进行仿真分析，可为电路、电力电子系统、电机系 统、发电系统、输变电系统和配电计算提供了强有力的解决方法。3.SIMULINK 模块的基本操作：1) 移动： 选中需要移动的模块后，按住鼠标左键不放，将其拖拽到所需位置即可。2) 改变大小： 选中需要改变大小的模块后，直接拖拽模块四角出现的 4 个黑色标记即可。3) 旋转：选中需要旋转的模块，然后选择菜单命令Format中的“Rotate”，模块将 顺时针方向旋转90度，而“Flip Block”可将模块旋转180度。4) 复制： 选中需要复制的模块后，按住鼠标右键不放，将其拖拽到所需的位置即可， 也可
4、通过“Edit”菜单下的“Copy”和“Paste命令来实现。5) 删除：选中需要删除的模块，按Delete键可直接将其删除6) 选中多个模块：当需要对多个模块同时进行操作时(如移动、复制和删除等)，可按住Shift键, 并用鼠标单击想要选中的模块。7) 模块标签： 在标签的位置上双击鼠标，则模块标签进行编辑状态。编辑完标签后，在标签外的任意位置上单击鼠标，则出现新的合法标签。8) 参数设定：在SIMULINK中，几乎所有模块的参数都允许用户自行设置，只要双击要设 置的模块或在模块上按鼠标键，在弹出的快捷菜单中选择相应的模块参数设置命 令，就会弹出参数模块参数设置对话框，利用此对话框就可实现模
5、块参数的设置。4振荡电路的暂态过程的仿真电路图：nCJ暂态过程的仿真电路中，已知电阻R = 2 k。，电容C = 2.5吓，三实验要求:在振荡电路白电感L = 2 H，电压源V = 100sin(100nt+ n/3)。试建立仿真电路，并观察电路中 s电流变化情况。四实验步骤：1. 搭建仿真系统图：运行MATLAB后，可通过在命令窗口(如图1-1所示)中输入simulink或是 单击MATLAB工具栏中的Simulink图标，打开SIMULINK模块库浏览器主窗 口(如图 1-2所示)。lATf.ABEil* Edit Vltfr 醴 findw 肛IpUsing Toofbox Pan 匚3
6、cnSlfnubftkierp R）aiDax_p3!f_c3cne, ror more intoto get startea.対出图AMfMAJhAB 命令窗口i点击图1-2菜单栏中的菜单项FileNewModel（如图1-3所示），打开 名为untitled的空模型窗口，以文件名exam1存盘（如图1-4所示）。File Edit View HelpCoBBonly Used Blocks: simulink/Common.17 Used Blocksd.-l MtJ=:一 -an dtjdtj-ST - du -ja-n du an I*I*I*I*I*I*BI*B + + + + +
7、+ + + + + + + + + + + + + + +SimulinhAerospace BlocksetCDMA ReferenceC ommuni cati oilsControl SystemDials &. GaugesEmbeddedEmbeddedEmbeddedEmbeddedBlocksetBlocksetToolboxBlocksetTarge tTarge tTargetT：argetforforforforT：u-ge tTargetFuzzy Logic ToolboxEmbeddedEmbeddedforforLink for ModelSimInfineonMo
8、torolaMotorolaOSES/VEXTI C2000TI C6000Model Predictive Control TooilNeural Network BlocksetRF BlocksetReal-Time Windows TargetReal-Time WorkshopReal-Time Workshop EmbeddedReport GeneratorSignal Processing BlocksetSimMechani csSimPowerSystemsIilli：commori ussd blocCommonly Used BlocksContinuousE+；田!+
9、；田:+iEEEE拦it+-r XMiscDiscontinuiti esDi screteLogic and BitOperati onsLookup TablesMath OperationsModel VerificationModel-Wide UtilitiesPorts & SubsystemsSignal Attributes图 1-3 创建新模型的菜单项图 1-2 SIMULINK 模块库浏览器主窗口图 1-4 创建的新模型文件在图 1-2 中找到名为 SimPowerSystems 的模块库，双击该图标，以打开电力系统模块库如图1-5 所示。图 1-5 SimPowerSys
10、tems 模块库单击“ Elec trical Sources”图标，打开该模块库，选中交流电压源模块(ACVolt age Source),鼠标左键按下，拖曳到文件examl中，鼠标左键松开,将其添 加到 exam1 模型文件中。在该交流电压源模块的标签位置双击，则模块标签呈现编辑状态，输入新标 签vs,则电压源模块的名称将变更为vs。双击vs模块，打开其参数对话框，并 按照图 1-6 输入电压幅值、相角和频率，然后单击确定回到文件 exam1 窗口中。图 1-6 交流电压源 vs 的参数设置对话框 图 1-7 串联 RLC 支路的参数设置对话框单击“Elements”图标，打开该模块库，选
11、中串联RLC支路(Series RLC Branch)，拖曳到文件examl中；并将该元件标签更改为Z_eq；双击该元件，打 开参数设置对话框，并按照图1-7进行设置。同时，从“Elements”库中选择接 地元件(Ground block)，拖曳到 examl。为了观测到回路电流的波形，模型总还需要添加两个元件：电流表和示波器。单击“ Measurements ”图标，打开该模块库，选中电流表模块(Current Measurement)，拖曳到文件 exam1 中；双击“Simulink”图标，选中“Sinks” 模块库中的示波器(Scope)，拖曳到文件exam1中，从而完成电流表模块和
12、示波 器模块的添加，最后，重新排列各模块位置并连接，得到仿真电路如图 1-8 所示。图 1-8 振荡电路的暂态过程的仿真电路2. 电路仿真：在仿真开始前，将仿真终止时间设置为 0.2，如图 1-9 所示。之后，单击图1-9 中的“ ”图标，就可进行数值仿真。仿真结束后，双击示波器，观察电流 波形，如图 1-10 所示。图 1-9 仿真终止时间的设置图1-10振荡电路的暂态过程仿真结禾五结果分析：按题意，回路电流幅值为二 0.071 A150+ (100兀 x 2 _ I。兀 % 2.5；矗初始相角为100n x 2 -9 = 60 - arctan100兀 x 2.5 x 10-6 = 77.
13、872000观察图1-10的仿真结果可知，通过SIMULINK仿真所得到的电流波形幅值 与理论计算结果一致，可见SIMULINK软件能很好的实现电路的仿真。 六实验报告要求：1、阐述对 MATLAB/SIMULINK软件的认识；2、参数RLC以及电压的幅值、相角的设置禁止出现雷同，否则一律作废；3、要求有理论结果与仿真结果的对比分析。实验二 长线路中波过程的仿真分析一实验目的：1、了解描述输电线路的等值电路模型。2、掌握SIMULINK中用于实现输电线路的等效模块及其对应参数含义。3、掌握多段 PI 型等效电路模块实现长线路阻抗的频率特性。 二实验内容：1. 输电线路的等值电路模型：输电线路的
14、基本电气参数有电阻、电抗、电纳和电导，这些参数主要取决于 导线的种类、尺寸和布置方式等因素。输电线路的参数实际上是沿线路均匀分布 的，可将参数均匀分布的输电线路看成由无数个长度为 dx 的小段组成，若每单 位长度导线的电感及电阻分别为L和R，每单位长度导线对地电容及电导分别为 C和G,则单相等值电路如图2-1所示。2. RLC 串联支路模块：在电力系统中,对于电压等级不高的短线路(长度不超过 100 km 的架空线 路)，通常忽略线路电容的影响，用RLC串联支路来等效。SimPowerSystems库 提供的RLC串联支路如图2-2所示，具体的参数含义如下：Series F：LC Branch
15、图2-2 RLC串联支路图标“电阻”(Resistance R)文本框：电阻(单位：Q)。(2) “电感(Inductance L)文本框：电感(单位：H)。(3) “电容(Capacitance C)文本框：电容(单位：F)。(4) “测量参数”(Measurements)下拉框：对以下变量进行测量。 “无”(None)：不测量任何参数； “支路电压(Branch voltages)：测量支路电压； 支路电流(Branch currents)：测量支路电流； “所有变量(Branch voltages and currents)：测量支路电压和电流。 注意：选中的测量变量需要通过万用表模块进行观察。3. PI 型等效电路模块：在电力系统中，对于长度大于100 km 的架空线路以及较
