簡(jiǎn)介:,1,電力系統(tǒng)基本知識(shí),,2,一、電力系統(tǒng)組成由發(fā)電廠、輸配電線路、變電所、配電所和用電單位組成的整體稱(chēng)為電力系統(tǒng)除火力發(fā)電廠、水電廠、核電廠外還有地?zé)嵴?、風(fēng)力電站、潮汐電站等等。,第一節(jié)電力系統(tǒng)概述,,,超高壓變電所,一次變電所,TPC,,69/138167KVA,,,,,,,,,,,,,,火力發(fā)電廠,,配電變電所,水力發(fā)電廠,核能發(fā)電廠,,二次變電所,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,發(fā)電系統(tǒng),,供電系統(tǒng),業(yè)務(wù)系統(tǒng),,,,,,,特高壓用戶161KV,,,,,,,,配電變電所,特高壓用戶69KV,高壓用戶22/11KV,低壓用戶220/110V,161/22KV,69/11KV,345/161KV,161/69KV,生產(chǎn),輸送,配售,,4,當(dāng)位于高處的水(具有位能)往低處流動(dòng)時(shí)位能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能,此時(shí)裝設(shè)在水道低處的水輪機(jī),因水流的動(dòng)能推動(dòng)葉片而轉(zhuǎn)動(dòng)(機(jī)械能),如果將水輪機(jī)連接發(fā)電機(jī),就能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,這就是水力發(fā)電的原理,水力能,水力為最“傳統(tǒng)”的再生能源之一,水力發(fā)電技述也是再生能源中最成熟者。,能開(kāi)發(fā)地區(qū)是有限的,但是,,5,提高供電可靠性減少系統(tǒng)的備用容量減少系統(tǒng)的峰谷差提高供電質(zhì)量有效利用水利等一次動(dòng)力資源的作用,二、大型電力系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn),,6,提高中壓配電系統(tǒng)的容量降低了線路上的電壓損失增大了中壓配電網(wǎng)的供電半徑降低線損四、電力生產(chǎn)的特點(diǎn)同時(shí)性電能的生產(chǎn)、輸送、分配以及轉(zhuǎn)換為其他形態(tài)能量的過(guò)程,是同時(shí)進(jìn)行的。電能不能大量?jī)?chǔ)存。集中性電力生產(chǎn)是高度集中的、統(tǒng)一的。適用性電能使用最方便,適用性最廣泛。先行性電力行業(yè)和交通運(yùn)輸行業(yè)都是先行工業(yè)。,三、20KV中壓配電優(yōu)點(diǎn),,7,五、負(fù)荷曲線,負(fù)荷曲線反映負(fù)荷隨時(shí)間變化規(guī)律的曲線。曲線包含面積代表這一段時(shí)間內(nèi)的用電量?!跋鞣逄罟取?,降低峰谷差,合理用電,,8,用電負(fù)荷是用戶在某一時(shí)刻對(duì)電力系統(tǒng)所需求的功率。一、用電負(fù)荷分類(lèi)(一)一類(lèi)負(fù)荷1中斷供電時(shí)將造成人身傷亡。2中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失。3中斷供電時(shí)將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作。(二)二類(lèi)負(fù)荷1中斷供電時(shí)將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失。2中斷供電時(shí)將影響重要用電單位的正常工作。(三)三類(lèi)負(fù)荷凡不屬于一類(lèi)和二類(lèi)的用電負(fù)荷稱(chēng)為三類(lèi)負(fù)荷。,第二節(jié)用電負(fù)荷,,9,(一)一類(lèi)負(fù)荷的供電要求1一類(lèi)負(fù)荷由兩個(gè)獨(dú)立電源供電,當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí),另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。2一類(lèi)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷,除由兩個(gè)獨(dú)立電源供電外,還應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源,并不準(zhǔn)將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。應(yīng)急電源有以下幾種(1)獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組,即與電網(wǎng)在電氣上獨(dú)立的電源,例如柴油發(fā)電機(jī)組等。,二、各類(lèi)負(fù)荷的供電要求,,10,(2)供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專(zhuān)用饋電線路。(3)蓄電池組。(二)二類(lèi)負(fù)荷的供電要求二類(lèi)負(fù)荷的供電系統(tǒng)宜采用雙回路線供電。兩回路線應(yīng)盡量引自不同變壓器或兩段母線。(三)三類(lèi)負(fù)荷的供電要求三類(lèi)負(fù)荷供電,一般不考慮特殊要求。,,11,作用變、配電所是電力網(wǎng)中的線路連接點(diǎn),是用以變換電壓、交換功率和匯集、分配電能的設(shè)施。它主要由主變壓器、配電裝置及測(cè)量、控制系統(tǒng)組成,是電網(wǎng)的重要組成部分和電能傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié),對(duì)保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有舉足輕重的作用。分類(lèi)根據(jù)其在系統(tǒng)中的位置、性質(zhì)、作用及控制方式等,可分為升壓變電所、降壓變電所、樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所,有人值班變電所和無(wú)人值班變電所。,第三節(jié)變、配電所,,12,二、變電所的主要電氣設(shè)備可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。1一次設(shè)備一次設(shè)備直接與電力線路相連接。主要有1)主變壓器用于升降電壓。2)高壓斷路器即可開(kāi)斷負(fù)荷電流,也可開(kāi)斷過(guò)載、短路電流。3)隔離開(kāi)關(guān)用于隔離電源。4)電壓互感器將系統(tǒng)的高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷?,供保護(hù)和計(jì)量用。5)電流互感器將高、低壓系統(tǒng)的大電流按一定的比例轉(zhuǎn)換為標(biāo)的小電流。,,13,6熔斷器當(dāng)電路發(fā)生短路或過(guò)負(fù)荷時(shí),熔斷器能自動(dòng)切斷故障路,從而使電氣設(shè)備的到保護(hù)。7負(fù)荷開(kāi)關(guān)用來(lái)不頻繁地接通和分?jǐn)嘈∪萘康呐潆娋€路和負(fù)荷,起到隔離電源的作用。2二次設(shè)備二次設(shè)備用于控制、保護(hù)一次設(shè)備,以及對(duì)一次電量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備。,,14,(一)高壓配電所常用的電氣主接線1單電源的高壓配電所電氣主接線2雙電源的高壓配電所電氣主接線(二)總降壓變電所的電氣主接線1單臺(tái)變壓器的總降壓變電所主接線示例2雙電源兩臺(tái)變壓器的總降壓變電所主接線示例(三)用電區(qū)(或小型用戶)變電所的電氣主接線,二、變、配電所常用的電氣主線連接,,15,1有用戶總降壓變電所的用電區(qū)變電所電氣主接線示例2無(wú)用戶總變配電所得用電區(qū)或小型用戶變電所電氣主接線示例(1)高壓側(cè)采用隔離開(kāi)關(guān)和熔斷器或跌落式熔斷器的變電所主接線(2)高壓側(cè)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器的變電所主接線(3)高壓側(cè)采用隔離開(kāi)關(guān)和斷路器的變電所主接線(4)雙臺(tái)變壓器的用電區(qū)變電所或小型用戶變電所電氣主接線,,16,電氣主接線圖的基本元素,,17,電氣主接線圖的基本元素,,18,電氣主接線圖的基本元素,,19,⑴單電源、單母線接線特點(diǎn)接線簡(jiǎn)單;操作方便;投資節(jié)省。,(一)高壓配電所常用的電氣主接線,,20,特點(diǎn)一路電源工作,一路備用;也可以兩路電源同時(shí)工作;“先合后斷”原則接通電路時(shí)先合隔離開(kāi)關(guān)后合斷路器,斷開(kāi)電路時(shí)先斷開(kāi)斷路器后斷隔離開(kāi)關(guān)。,(2)雙電源、單母線接線,,21,供電容量大;用于供電回路多的站;供電可靠性高;運(yùn)行靈活性大;投資高;操作步驟復(fù)雜;占地面積大,(3)單電源、雙母線接線,,22,雙母線接線解決了母線檢修檢修問(wèn)題,(4)雙電源、雙母線接線,,23,電源進(jìn)線35KV及以上用戶,往往需要兩級(jí)降壓,先經(jīng)總降壓變電所將電壓降低到10KV的高壓配電電壓,然后再用電區(qū)變電所再降壓到380/220V低壓。35KV電源進(jìn)線1單臺(tái)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性差,(二)總降壓變電所電氣主接線,,24,橋式接線形式,2雙電源兩臺(tái)變壓器,外橋式變壓器故障或檢修不影響線路運(yùn)行,而線路影響變壓器,橋,,跨條,,,25,內(nèi)橋式線路不影響變壓器,變壓器故障或檢修影響線路,,,橋,跨條,,26,1有用戶總降壓變電所,(三)用電區(qū)(小型用戶)變電所的電氣主接線,,27,變壓器高壓側(cè)必須配置足夠的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)和控制(1)高壓側(cè)隔離開(kāi)關(guān)熔斷器(跌落式熔斷器);低壓側(cè)低壓斷路器(自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān))(2)高壓側(cè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)熔斷器(3)高壓側(cè)隔離開(kāi)關(guān)斷路器投資高,但可靠性高,2無(wú)用戶總降壓變電所,,28,供電質(zhì)量指電能質(zhì)量和供電可靠性。電能質(zhì)量包括電壓、頻率和波形的質(zhì)量。供電可靠性是以供電企業(yè)對(duì)用戶停電的時(shí)間次數(shù)來(lái)衡量的。,第四節(jié)電能質(zhì)量,,29,電能質(zhì)量是指供給用電單位受電端電能的優(yōu)劣程度。電能質(zhì)量主要包括電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量?jī)刹糠?。電壓質(zhì)量又分為電壓允許偏差、電壓允許波動(dòng)與閃變、公用電網(wǎng)諧波、三相電壓允許不平衡度,電能質(zhì)量,,30,電壓質(zhì)量包括電壓允許偏差、電壓允許波動(dòng)與閃變等內(nèi)容。(一)供電電壓允許偏差在某一時(shí)段內(nèi),電壓幅值緩慢變化而偏離額定值的程度,以電壓實(shí)際值和電壓額定值之差△U與電壓額定值UN之比的百分?jǐn)?shù)△U來(lái)表示,即代表檢測(cè)點(diǎn)上電壓實(shí)際值(V)UN代表△U(U-UN)/UN100式中U檢測(cè)點(diǎn)電網(wǎng)電壓的額定值(V)UN檢測(cè)點(diǎn)電網(wǎng)電壓的額定值(V),一、電壓,,31,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電壓偏差的允許值為1)35KV及以上供電電壓正負(fù)偏差之和不超過(guò)標(biāo)稱(chēng)電壓的±5;2)10KV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱(chēng)系統(tǒng)電壓的±7;3)220V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱(chēng)系統(tǒng)電壓的7、10。,,32,(二)電壓允許波動(dòng)和閃變,1電壓允許波動(dòng)在某一時(shí)間段內(nèi),電壓急劇變化而偏離額定值的現(xiàn)象,稱(chēng)為電壓波動(dòng)。電壓變化的速率大于1的,即為電壓急劇變化。電壓波動(dòng)程度以電壓在急劇變化過(guò)程中相繼出現(xiàn)的電壓最大值UMAX和最小值UMIX之差與額定電壓之比的百分?jǐn)?shù)△U來(lái)表示,即△UUMAX-UMIX/UN100式中UN代表額定電壓(V)電壓波動(dòng)是由于負(fù)荷急劇變動(dòng)的沖擊性負(fù)荷所引起的。,,33,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電壓波動(dòng)允許值規(guī)定為1)220KV及以上電壓波動(dòng)允許值為16;2)35~110KV電壓波動(dòng)允許值為2;3)10KV及以下電壓波動(dòng)允許值為25。2電壓閃變周期性電壓急劇波動(dòng)引起燈光閃爍,光通量急劇波動(dòng),而造成人眼視覺(jué)不舒適的現(xiàn)象,稱(chēng)為閃變。要盡量設(shè)法減少電壓閃變現(xiàn)象。,,34,用戶供配電系統(tǒng)常用的電壓調(diào)整措施有1正確選擇變壓器的變比的電壓分接頭2降低系統(tǒng)阻抗原因電壓損耗與各元件阻抗成正比方法減少變壓級(jí)數(shù),增加線路導(dǎo)線截面3使三相負(fù)荷平衡4采取補(bǔ)償無(wú)功功率措施原因分析功率因數(shù)低,過(guò)多的無(wú)功功率傳輸導(dǎo)致無(wú)功損耗大,電壓損耗大提高功率因數(shù)并聯(lián)電容器5合理改變供電系統(tǒng)運(yùn)行方式,(三)為了保證電壓質(zhì)量合乎標(biāo)準(zhǔn),往往需要裝設(shè)必要的無(wú)功補(bǔ)償裝置和采取一定的調(diào)壓措施。,,35,電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)發(fā)出的正弦交流電每秒鐘交變的次數(shù),稱(chēng)為頻率,或叫供電頻率。供電頻率偏差是以實(shí)際頻率和額定頻率之差△F與額定頻率FN之比的百分?jǐn)?shù)△F表示,即△FF-FN/FN100式中F代表實(shí)際供電頻率值(HZ)FN代表供電網(wǎng)額定頻率(HZ)電力系統(tǒng)頻率偏離額定值(我國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為50HZ)過(guò)大將嚴(yán)重影響電力用戶的正常工作。,二、頻率,,36,供電營(yíng)業(yè)規(guī)則對(duì)于3000MW以上的電網(wǎng),△F士02HZ498502HZ對(duì)于3000MW以下的電網(wǎng),△F士05HZ對(duì)于非正常狀態(tài),△F士1HZ起因系統(tǒng)有功不足,頻率降低方法增加發(fā)電機(jī)輸出有功,拉路限電,維持整個(gè)電力系統(tǒng)有功平衡,,37,三、波形日常用的交流電是正弦交流電,正弦交流電的波形要求是嚴(yán)格的正弦波。當(dāng)電源波形不是嚴(yán)格正弦波時(shí),它就有很多的高次諧波成分,諧波對(duì)電氣設(shè)備的危害很大,可使變壓器的鐵芯損耗明顯增加。諧波電流可使電力線路的電能損耗和電壓損耗增加。電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生,主要在于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件。保證交流電波形是正弦波,必須遵守以下要求(1)要求發(fā)電機(jī)發(fā)出符合標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形電壓。(2)要求在電能輸送和分配過(guò)程中,不應(yīng)使波形發(fā)生畸變。(3)還應(yīng)注意消除電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)其他諧波源的影響。,,38,(1)各類(lèi)大功率非線性用電設(shè)備由容量較大的電網(wǎng)供電(2)對(duì)于大功率靜止整流設(shè)備可采取下列方法增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)和增加整流器的整流脈沖。采用多臺(tái)相數(shù)相同的整流裝置,使整流變壓器的二次側(cè)有適當(dāng)?shù)南嘟遣睢0粗C波次數(shù)裝設(shè)分流濾波器。(3)選用高壓繞組三角形接線,低壓繞組星形接線的三相配電變壓器。(4)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置,吸收沖擊負(fù)荷的動(dòng)態(tài)諧波電流。,控制各類(lèi)非線性用電設(shè)備所產(chǎn)生的諧波引起電網(wǎng)電壓正弦波形畸變,常采用下列措施,,39,一、短路的類(lèi)型三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路等基本類(lèi)型。短路的常見(jiàn)原因有(1)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行,絕緣自然老化;(2)設(shè)備本身設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行維護(hù)不良;(3)絕緣材料陳舊;(4)因絕緣強(qiáng)度不夠而被電壓擊穿;(5)設(shè)備絕緣正常而被過(guò)電壓擊穿;(6)設(shè)備絕緣收到外力損傷;(7)工作人員由于未遵守安全操作規(guī)程而發(fā)生誤操作;,第五節(jié)電力系統(tǒng)短路概述,,40,二、短路的危害短路電流危害主要有以下幾個(gè)方面(1)短路電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),使導(dǎo)體大量發(fā)熱,溫度急劇升高,從而破壞設(shè)備絕緣;同時(shí),通過(guò)短路電流的導(dǎo)體會(huì)受到很大的電動(dòng)力作用,可能使導(dǎo)體變形甚至損壞。(2)短路點(diǎn)的電弧可能都好會(huì)電氣設(shè)備的載流部分。(3)短路電流通過(guò)線路,要產(chǎn)生很大的電壓降,使系統(tǒng)的電壓水平驟降,引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然下降,甚至損壞,嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。(4)短路可能造成停電,而且越靠近電源,停電范圍越大,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的損失也越大。,(8)誤將低電壓設(shè)備接入較高電壓的電路中;(9)電力線路發(fā)生斷線和倒桿事故;(10)鳥(niǎo)獸跨越在裸露的相線之間或相線與接地物體之間,或者咬壞設(shè)備導(dǎo)線的絕緣等。,,41,(6)不對(duì)稱(chēng)的接地短路,其不平衡電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡磁場(chǎng),對(duì)附近的通信線路、電子設(shè)備及其他弱電控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾信號(hào),使通信失真、控制失靈、設(shè)備產(chǎn)生誤操作。在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中要進(jìn)行短路電流計(jì)算,因?yàn)椋?)選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時(shí),需要短路電流校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,以保證在可能的最大短路電流時(shí)不至于損壞;(2)選擇和整定用于短路保護(hù)的繼電保護(hù)裝置時(shí),需應(yīng)用短路電流參數(shù);(3)選擇用于限制短路電流的設(shè)備時(shí),也需進(jìn)行短路電流計(jì)算。三、限制短路電流方法目前在電力系統(tǒng)中,用得較多的限制短路電流的方法,(5)嚴(yán)重的短路故障若發(fā)生在靠近電源的地方,且維持時(shí)間較長(zhǎng),可使并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步,嚴(yán)重的可能造成系統(tǒng)解列。,,42,短路計(jì)算的目的1)便于選擇電氣設(shè)備時(shí)進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗(yàn),和斷路器的斷流能力校驗(yàn);2)便于繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的整定計(jì)算;3)確定限流措施;4)對(duì)穩(wěn)定性研究提供依據(jù)三、限制短路電流方法目前在電力系統(tǒng)中,用得較多的限制短路電流的方法(1)選擇合適的接線方式(可將電網(wǎng)裂解運(yùn)行)(2)采用分裂繞組變壓器好人分段電抗器;(3)采用線路電抗器(主要用于發(fā)電廠向電纜電網(wǎng)供電的610KV配電網(wǎng))(4)采用微機(jī)保護(hù)及綜合自動(dòng)化裝置等。,,43,電力系統(tǒng)接地分為兩類(lèi)工作接地和保護(hù)接地工作接地為了保證電氣設(shè)備在系統(tǒng)正常運(yùn)行能正常工作而進(jìn)行的接地接地配電變壓器或低壓發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)通過(guò)接地裝置與大地相連,稱(chēng)為工作接地。工作接地分為直接接地與非直接接地(包括不接地或經(jīng)消弧線圈、電阻接地)兩類(lèi)。工作接地的接地電阻一般不超過(guò)4Ω,第六節(jié)電力系統(tǒng)接地概述,,44,第六節(jié)電力系統(tǒng)接地概述,一、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地是指電力系統(tǒng)中至少有一個(gè)中性點(diǎn)直接或經(jīng)小阻抗與接地裝置相連接。二、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地系統(tǒng)在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),流入大地的電流若過(guò)大,就會(huì)在接地故障點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù)電弧而引起過(guò)電壓。根據(jù)消弧線圈的電感電流對(duì)接地電容電流補(bǔ)償程度的不同,分為下列三種補(bǔ)償方式,,45,四、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)低電阻接地方式的主要特點(diǎn)在電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí),能獲得較大的阻性電流,直接跳開(kāi)線路開(kāi)關(guān),迅速切除單相接地故障,過(guò)電壓水平低,諧振過(guò)電壓發(fā)展不起來(lái),電網(wǎng)可采用絕緣水平較低的電氣設(shè)備。,(1)全補(bǔ)償(2)欠補(bǔ)償(3)過(guò)補(bǔ)償,
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簡(jiǎn)介:電力電子技術(shù)的MATLAB仿真,MATLAB概述SIMULINK仿真基礎(chǔ)SIMULINK簡(jiǎn)介SIMULINK仿真步驟電力電子電路的仿真,提綱,1MATLAB概述,MATLAB是由美國(guó)的CLEVERMOLER博士于1980年開(kāi)發(fā)的,初衷是為解決“線性代數(shù)”課程的矩陣運(yùn)算問(wèn)題。后來(lái)又被MATHWORKS公司商業(yè)化,用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)分析及數(shù)值計(jì)算等,主要包括MATLAB和SIMULINK兩部分。MATLAB是MATRIXLABORATORY的簡(jiǎn)稱(chēng),發(fā)展迅速。目前,MATLAB已經(jīng)成為國(guó)際上最流行的科學(xué)與工程計(jì)算的軟件工具,現(xiàn)在的MATLAB已經(jīng)不僅僅是一個(gè)“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了,它已經(jīng)成為了一種具有廣泛應(yīng)用前景的全新的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言,有人稱(chēng)它為“第四代”計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,它在國(guó)內(nèi)外高校和研究部門(mén)正扮演著重要的角色。,一、MATLAB的發(fā)展及特點(diǎn),它將一個(gè)優(yōu)秀軟件的易用性與可靠性、通用性與專(zhuān)業(yè)性有機(jī)的相結(jié)合。它是一種直譯式的高級(jí)語(yǔ)言,基本單位是矩陣,比其它程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言容易。MATLAB已經(jīng)不僅是一個(gè)“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了,它集科學(xué)計(jì)算、圖象處理、聲音處理于一身,并提供了豐富的WINDOWS圖形界面設(shè)計(jì)方法MATLAB吸收了其他軟件的優(yōu)點(diǎn),是功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言,它以超群的風(fēng)格與性能風(fēng)靡全世界,成功地應(yīng)用于各工程學(xué)科的研究領(lǐng)域,特點(diǎn),主要應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)研究與開(kāi)發(fā)數(shù)學(xué)教學(xué),特別是線性代數(shù)數(shù)值分析和科學(xué)計(jì)算方面的教學(xué)與研究電子學(xué)、控制理論和物理學(xué)等工程和科學(xué)學(xué)科方面的教學(xué)與研究經(jīng)濟(jì)學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等計(jì)算問(wèn)題的所有其他領(lǐng)域中的教學(xué)與研究圖像處理和信號(hào)檢測(cè)等方面,二、MATLAB語(yǔ)言的功能,1矩陣運(yùn)算功能MATLAB提供了豐富的矩陣運(yùn)算處理功能,是基于矩陣運(yùn)算的處理工具。2符號(hào)運(yùn)算功能3豐富的繪圖功能與計(jì)算結(jié)果的可視化具有高層繪圖功能二維、三維繪圖;具有底層繪圖功能句柄繪圖;使用PLOT函數(shù)可隨時(shí)將計(jì)算結(jié)果可視化,圖形可修飾和控制4圖形化程序編制功能動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包用結(jié)構(gòu)圖編程,而不用程序編程只需拖幾個(gè)方塊、連幾條線,即可實(shí)現(xiàn)編程功能,5豐富的MATLAB工具箱,MATLAB主工具箱符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱SIMULINK仿真工具箱控制系統(tǒng)工具箱信號(hào)處理工具箱圖象處理工具箱通訊工具箱系統(tǒng)辨識(shí)工具箱神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)工具箱金融工具箱,許多學(xué)科,在MATLAB中都有專(zhuān)用工具箱,現(xiàn)已有幾十個(gè)工具箱,但MATLAB語(yǔ)言的擴(kuò)展開(kāi)發(fā)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束,各學(xué)科的相互促進(jìn),將使得MATLAB更加強(qiáng)大,6MATLAB的兼容功能可與C/C、JAVA、FORTURE等語(yǔ)言跨平臺(tái)兼容7MATLAB的容錯(cuò)功能非法操作時(shí)給出提示,并不影響其操作8MATLAB的開(kāi)放式可擴(kuò)充結(jié)構(gòu)MATLAB除內(nèi)部函數(shù)外,都是開(kāi)放的用戶可按自己意愿隨意更改正因?yàn)榇斯δ?,使得MATLAB的應(yīng)用越來(lái)越廣泛9強(qiáng)大的聯(lián)機(jī)檢索幫助系統(tǒng)可隨時(shí)檢索MATLAB函數(shù)可隨時(shí)查詢MATLAB函數(shù)的使用方法,三、MATLAB集成環(huán)境,,SIMULINK,,當(dāng)前目錄瀏覽,工作空間,歷史命令窗口,,,,幫助按鈕,命令窗口,命令輸入?yún)^(qū)域,,,,2SIMULINK仿真基礎(chǔ),SIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展,它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包,它與MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于,其與用戶交互接口是基于WINDOWS的模型化圖形輸入,其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建,而非語(yǔ)言的編程上。所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類(lèi)的基本的系統(tǒng)模塊,用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能,而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)對(duì)這些基本模塊的調(diào)用,再將它們連接起來(lái)就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型(以MDL文件進(jìn)行存取),進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。,21SIMULINK簡(jiǎn)介,通過(guò)演示一個(gè)SIMULINK的簡(jiǎn)單模型,了解建立模型的步驟【例1】創(chuàng)建一個(gè)正弦信號(hào)的仿真模型。1在MATLAB的命令窗口運(yùn)行SIMULINK命令,或單擊工具欄中的圖標(biāo),就可以打開(kāi)SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器SIMULINKLIBRARYBROWSER窗口。2單擊工具欄上的圖標(biāo)或選擇菜單“FILE”“NEW”“MODEL”,新建一個(gè)名為“UNTITLED”的空白模型窗口。3在上圖的右側(cè)子模塊窗口中,單擊“SOURCE”子模塊庫(kù)前的“”或雙擊SOURCE,或者直接在左側(cè)模塊和工具箱欄單擊SIMULINK下的SOURCE子模塊庫(kù),便可看到各種輸入源模塊。,4用鼠標(biāo)單擊所需要的輸入信號(hào)源模塊“SINEWAVE”正弦信號(hào),將其拖放到的空白模型窗口“UNTITLED”,則“SINEWAVE”模塊就被添加到UNTITLED窗口;也可以用鼠標(biāo)選中“SINEWAVE”模塊,單擊鼠標(biāo)右鍵,在快捷菜單中選擇“ADDTOUNTITLED”命令,就可以將“SINEWAVE”模塊添加到UNTITLED窗口5用同樣的方法打開(kāi)接收模塊庫(kù)“SINKS”,選擇其中的“SCOPE”模塊示波器拖放到“UNTITLED”窗口中。6在“UNTITLED”窗口中,用鼠標(biāo)指向“SINEWAVE”右側(cè)的輸出端,當(dāng)光標(biāo)變?yōu)槭址麜r(shí),按住鼠標(biāo)拖向“SCOPE”模塊的輸入端,松開(kāi)鼠標(biāo)按鍵,就完成了兩個(gè)模塊間的信號(hào)線連接,一個(gè)簡(jiǎn)單模型已經(jīng)建成。,7開(kāi)始仿真,單擊“UNTITLED”模型窗口中“開(kāi)始仿真”圖標(biāo),或者選擇菜單“SIMULINK”“START”,則仿真開(kāi)始。雙擊“SCOPE”模塊出現(xiàn)示波器顯示屏,可以看到黃色的正弦波形。8保存模型,單擊工具欄的圖標(biāo)。,SIMULINK模型窗口,示波器窗口,一、SIMULINK的啟動(dòng)三種方法二、SIMULINK的模塊庫(kù)介紹SIMILINK模塊庫(kù)按功能分14類(lèi)子庫(kù)CONTINUOUS(連續(xù)模塊庫(kù))DISCONTINUITIES(非線性模塊庫(kù))DISCRETE(離散模塊庫(kù))LOGICANDBITOPERATIONS(邏輯與位操作模塊)LOOKUPTABLES查詢表模塊庫(kù)MATHOPERATIONS(數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫(kù))MODELVERIFICATION(模型驗(yàn)證模塊庫(kù))MODELWIDEUTILITIES(模塊實(shí)用模塊庫(kù))PORTSSUBSYSTEMS(端口和子系統(tǒng)模塊庫(kù))SIGNALATTRIBUTES(信號(hào)屬性模塊庫(kù))SIGNALROUTING(信號(hào)路由模塊庫(kù))SINKS(接收器模塊庫(kù))SOURCES(輸入源模塊庫(kù))USERDEFINEDFUNCTIONS(用戶自定義模塊庫(kù)),SIMPOWERSYSTEMS模型庫(kù)EXTRALIBRARY其他模塊庫(kù)APPLICATIONLIBRARIES(應(yīng)用)ELECTRICALSOURCES(電源)ELEMENTS(元器件)MACHINES電機(jī)模塊庫(kù)MEASUREMENTS(測(cè)量?jī)x器)POWERELECTRONICS(電力電子元件),三、SIMULINK模塊的基本操作模塊的提取模塊的移動(dòng)、放大和縮小模塊的復(fù)制和粘貼模塊的刪除和恢復(fù)模塊的轉(zhuǎn)向模塊名的修改和移動(dòng)模塊顏色的改變模塊的參數(shù)設(shè)置模塊的屬性設(shè)定模塊的連接連線的彎折、移動(dòng)和刪除批處理方法,22SIMULINK仿真步驟,1構(gòu)建仿真模型2設(shè)置模塊參數(shù)3設(shè)置仿真參數(shù)4啟動(dòng)仿真5觀測(cè)仿真結(jié)果,,,,仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,SOLVER頁(yè)仿真時(shí)間注意這里的時(shí)間概念與真實(shí)的時(shí)間并不一樣,只是計(jì)算機(jī)仿真中對(duì)時(shí)間的一種表示,比如10秒的仿真時(shí)間,如果采樣步長(zhǎng)定為01,則需要執(zhí)行100步,若把步長(zhǎng)減小,則采樣點(diǎn)數(shù)增加,那么實(shí)際的執(zhí)行時(shí)間就會(huì)增加。一般仿真開(kāi)始時(shí)間設(shè)為0,而結(jié)束時(shí)間視不同的因素而選擇??偟恼f(shuō)來(lái),執(zhí)行一次仿真要耗費(fèi)的時(shí)間依賴于很多因素,包括模型的復(fù)雜程度、解法器及其步長(zhǎng)的選擇、計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的速度等等。仿真步長(zhǎng)模式用戶在TYPE后面的第一個(gè)下拉選項(xiàng)框中指定仿真的步長(zhǎng)選取方式,可供選擇的有VARIABLESTEP(變步長(zhǎng))和FIXEDSTEP(固定步長(zhǎng))方式。變步長(zhǎng)模式可以在仿真的過(guò)程中改變步長(zhǎng),提供誤差控制和過(guò)零檢測(cè)。固定步長(zhǎng)模式在仿真過(guò)程中提供固定的步長(zhǎng),不提供誤差控制和過(guò)零檢測(cè)。用戶還可以在第二個(gè)下拉選項(xiàng)框中選擇對(duì)應(yīng)模式下仿真所采用的算法。,步長(zhǎng)參數(shù)對(duì)于變步長(zhǎng)模式,用戶可以設(shè)置最大的和推薦的初始步長(zhǎng)參數(shù),缺省情況下,步長(zhǎng)自動(dòng)地確定,它由值A(chǔ)UTO表示。MAXIMUMSTEPSIZE(最大步長(zhǎng)參數(shù))它決定了解法器能夠使用的最大時(shí)間步長(zhǎng),它的缺省值為“仿真時(shí)間/50”,即整個(gè)仿真過(guò)程中至少取50個(gè)取樣點(diǎn),但這樣的取法對(duì)于仿真時(shí)間較長(zhǎng)的系統(tǒng)則可能帶來(lái)取樣點(diǎn)過(guò)于稀疏,而使仿真結(jié)果失真。一般建議對(duì)于仿真時(shí)間不超過(guò)15S的采用默認(rèn)值即可,對(duì)于超過(guò)15S的每秒至少保證5個(gè)采樣點(diǎn),對(duì)于超過(guò)100S的,每秒至少保證3個(gè)采樣點(diǎn)。INITIALSTEPSIZE(初始步長(zhǎng)參數(shù))一般建議用“AUTO”默認(rèn)值即可。仿真精度的定義(對(duì)于變步長(zhǎng)模式)RELATIVETOLERANCE(相對(duì)誤差)它是指誤差相對(duì)于狀態(tài)的值,是一個(gè)百分比,缺省值為1E3,表示狀態(tài)的計(jì)算值要精確到01。ABSOLUTETOLERANCE(絕對(duì)誤差)表示誤差值的門(mén)限,或者是說(shuō)在狀態(tài)值為零的情況下,可以接受的誤差。如果它被設(shè)成了AUTO,那么SIMULINK為每一個(gè)狀態(tài)設(shè)置初始絕對(duì)誤差為1E6。,23其他,一、示波器的使用,1示波器的參數(shù),2圖形縮放三個(gè)放大鏡區(qū)域放大、X軸向放大、Y軸向放大,3坐標(biāo)軸范圍,二、SIMULINK的仿真算法1變步長(zhǎng)模式解法器有ODE45,ODE23,ODE113,ODE15S,ODE23S,ODE23T,ODE23TB和DISCRETE,ODE45缺省值,四/五階龍格-庫(kù)塔法,適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng),但不適用于剛性(STIFF)系統(tǒng)。它是單步解法器,也就是,在計(jì)算YTN時(shí),它僅需要最近處理時(shí)刻的結(jié)果YTN1。一般來(lái)說(shuō),面對(duì)一個(gè)仿真問(wèn)題最好是首先試試ODE45。ODE23二/三階龍格-庫(kù)塔法,它在誤差限要求不高和求解的問(wèn)題不太難的情況下,可能會(huì)比ODE45更有效。也是一個(gè)單步解法器。ODE113是一種階數(shù)可變的解法器,它在誤差容許要求嚴(yán)格的情況下通常比ODE45有效。ODE113是一種多步解法器,也就是在計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻輸出時(shí),它需要以前多個(gè)時(shí)刻的解。ODE15S是一種基于數(shù)字微分公式的解法器(NDFS)。也是一種多步解法器。適用于剛性系統(tǒng),當(dāng)用戶估計(jì)要解決的問(wèn)題是比較困難的,或者不能使用ODE45,或者即使使用效果也不好,就可以用ODE15S。ODE23S它是一種單步解法器,專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于剛性系統(tǒng),在弱誤差允許下的效果好于ODE15S。它能解決某些ODE15S所不能有效解決的STIFF問(wèn)題。ODE23T是梯形規(guī)則的一種自由插值實(shí)現(xiàn)。這種解法器適用于求解適度STIFF的問(wèn)題而用戶又需要一個(gè)無(wú)數(shù)字振蕩的解法器的情況。ODE23TB是TRBDF2的一種實(shí)現(xiàn),TRBDF2是具有兩個(gè)階段的隱式龍格-庫(kù)塔公式。DISCRTET當(dāng)SIMULINK檢查到模型沒(méi)有連續(xù)狀態(tài)時(shí)使用它。,2固定步長(zhǎng)模式解法器有ODE5,ODE4,ODE3,ODE2,ODE1和DISCRETE。,ODE5缺省值,是ODE45的固定步長(zhǎng)版本,適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng),不適用于剛性系統(tǒng)。ODE4四階龍格-庫(kù)塔法,具有一定的計(jì)算精度。ODE3固定步長(zhǎng)的二/三階龍格-庫(kù)塔法。ODE2改進(jìn)的歐拉法。ODE1歐拉法。DISCRETE是一個(gè)實(shí)現(xiàn)積分的固定步長(zhǎng)解法器,它適合于離散無(wú)連續(xù)狀態(tài)的系統(tǒng)。,三、子系統(tǒng)的建立(SUBSYSTEM)四、S函數(shù)的設(shè)計(jì)五、電力電子器件模型(P79)六、圖形用戶界面(POWERGUI模塊),3電力電子電路的仿真,,,,,,,結(jié)束,
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上傳時(shí)間:2024-01-06
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