Simulink的扩展模块库SimPowerSystems ——电力电子系统的建模和仿真工具
SimPowerSystems是在Simulink环境下进行电力电子系统建模和仿真先进 工具。SimPowerSystems是Simulink下面的一个专用模块库,包含电气网络中常见的元器件和设备,以直观易用的图形方式对电气系统进行模型描述。模型可与其它Simulink模块的相连接,进行一体化的系统级动态分析。 一、SimPowerSystems专用模块库的特点:
1. 使用标准电气符号进行电力系统的拓扑图形建模和仿真;
2. 标准的AC和DC电机模型模块;变压器;传输线;信号和脉冲发生器;HVDC控制;IGBT模块和大量设备模型,有断路器,二极管,IGBT,GTO,MOSFET和晶闸管;
3. 使用Simulink强有力的变步长积分器和零点穿越检测功能,给出高度精确的电力系统仿真计算结果
4. 为快速仿真和实时仿真提供了模型离散化方法;
5. 提供多种分析方法,可以计算电路的状态空间表达、计算电流和电压的稳态解、设定或恢复初始电流/电压状态、电力机械的潮流计算; 6. 提供了扩展的电气系统网络设备模块,如电力机械,功率电子元件,控制测量模块和3相元器件;
7. 提供36个功能演示模型,可直接运行仿真;
8. 提供详细的文档,完整的描述了各个模块和使用方法, 还有5个详细的案例。
二、SimPowerSystems专用模块库的强大功能: (一)SimPowerSystems中的模块
SimPowerSystems中模块的数学模型基于成熟的电磁和机电方程,用标准的电气符号表示。它们可以同标准的Simulink模块一起使用建立包含电气系统和控制回路的模型。连接通过与SimPowerSystems提供的测量模块实现。 SimPowerSystems拥有近100个模块,分别位于7个子模块库中。这些库模块涵盖了以下应用范围:
1. 电气网络(Electrical Sources & Elements)
RLC支路和负载,π型传输线,线性和饱和变压器,浪涌保护,电路分离器,互感,分布参数传输线,3相变压器(2个和3个绕组),AC和DC电压源,受控电压源和受控电流源。 2. 电力机械(Machines)
完整或是简化形式的异步电动机,同步电动机,永磁同步电动机,直流电动机,激磁系统和水轮机涡轮机/调速系统模型。 3. 电力电子(Power Electronics)
二极管,简化/复杂晶闸管,GTO,开关,MOSFET,IGBT和通用型桥接管模型。
4. 控制和测量模块(Measurements)
电压、电流和电抗测量,RMS测量,有功和无功功率计算,计时器,万用表,傅立叶分析,HVDC控制,总谐波失真,abc到dq0和dq0到abc轴系变换,3相V-I测量,3相脉冲和信号发生,3相序列分析,3相PLL和连续/离散同步6-,12-脉冲发生器。
5. 三相网络元器件(Electrical Sources & Elements)
3相RLC负载和支路,3相断路器,3相,3相电抗 ,π型传输线,AC电压源,6-脉冲二极管和晶闸桥管,整流二极管,Y-Δ/Y-Δ/Y-Δ/Y-Y-Δ可配置3相变压器。
(二)与Simulink和MATLAB集成在一起
SimPowerSystems与Simulink和MATLAB是无逢结合在一起的。仿真仍可使用Simulink强大的的变步长积分器——其中有一些专为刚性系统求解而设计来精确的计算电气系统模型。另外,Simulink的零点穿越检测功能,能以机器数据精度水平计算检测并求解不连续过程。
MATLAB 及其工具箱所提供的功能同样可以用来分析仿真结果,将其可视化,并进一步做整个完整系统的建摸,仿真和优化设计。 (三)交互式参数设定
使用SimPowerSystems提供的Powergui模块,用户可以修改模型的初始状态,从任何起始条件开始仿真分析。 Powergui交互式工具模块提供的工具可以:
显示稳态电压和电流;显示并修改初始状态量;计算潮流和初始化机电摸块;当模型中存在电抗测量模块时可显示电抗相对频率的变化;可使用控制系统工具箱的 LTI Viewer 工具,进行系统的时域、频域响应分析;生成稳态计算分析报告。 (四)仿真和分析