工业电力系统动态建模和仿真分析 (Industrial power system dynamic modeling and simulation analysis) 一、概述 工业电力系统: 大型电力系统复杂性:本身有发电机、电动机 中型工业电力系统:即使无发电机,也包括大量中压电动机 意义、内容: 1、确定通过动态建模与仿真分析验证: 1、机组的暂态稳定(极限切除时间) 2、特定的大容量电动机的电压稳定 3、校验电流电压型保护的定植 4、确定低频减载与孤网运行 二、介绍原件与组成: (一)、同步电机实用模型: 1、意义:对于dq0坐标下同步电机方程,如果单独考虑与定子d绕组、q绕组相独立的零轴绕组,则在计及d,q,f,D,Q5个绕组的电磁过渡过程(以绕组磁链或电流为状态量)以及转子机械过渡过程(以ω及δ为状态量)时,电机为七阶模型。对于一个含有上百台发电机的多机电力系统,若再加上其励磁系统、调速器和原动机的动态方程,则将会出现“维数灾”给分析计算带来极大的困难。因此在实际工程问题中,常对同步电机的数学模型作不同程度的简化,以便在不同的场合下使用。 2、对派克方程中的转子变量 若,则 可用定子侧等效量取代原来的转子量,得到用这些实用等效量表示的同步电机实用方程。原派克方程中的定子量,保留易测量及计算的和及和,而消去和两个变量。 3、三阶实用模型 其简单而又能计算励磁系统动态,因而广泛的应用于精度要求不十分高,但仍需计及励磁系统动态的电力系统动态分析中,较适用于凸极机。 模型导出基于: (1)、忽略定子d绕组、q绕组的暂态,即定子电压方程中取P=P=0 (2)、在定子电压方程中,设ω≈(p.u.)在速度变化不大的过渡过程中,其引起的误差很小。 (3)、忽略D绕组、Q绕组,其作用可在转子运动方程补入阻尼项来近似考虑。 及以下三个定子侧等效实用变量: 为消除转子励磁绕组的变量 、 定子励磁电动势 电机(q轴)空载电动势 电机瞬变电动势 (二)、励磁系统数学模型: 描述同步发电机励磁系统(包括励磁调节器)物理过程的数学方程。是电力系统机电暂态过程数学模型的重要组成部分,主要应用于电力系统稳定计算。
MATLAB基础与应用简明教程 张明等编著 北京航空航天大学出版社(2001.01) MATLAB软件环境是美国New Mexico大学的Cleve Moler博士首创的,全名为MATrix LABoratory(矩阵实验室)。它建立在20世纪七八十年代流行的LINPACK(线性代数计算)和ESPACK(特征值计算)软件包的基础上。LINPACK和ESPACK软件包是从Fortran语言开始编写的,后来改写为C语言,改造过程中较为复杂,使用不便。MA TLAB是随着Windows环境的发展而迅速发展起来的。它充分利用了Windows环境下的交互性、多任务功能语言,使得矩阵计算、数值运算变得极为简单。MA TLAB语言是一种更为抽象的高级计算机语言,既有与C语言等同的一面,又更为接近人的抽象思维,便于学习和编程。同时,它具有很好的开放性,用户可以根据自己的需求,利用MA TLAB提供的基本工具,灵活地编制和开发自己的程序,开创新的应用。 本书重点介绍了MA TLAB的矩阵运算、符号运算、图形功能、控制系统分析与设计、SimuLink仿真等方面的内容。 Chap1 MATLAB入门与基本运算 本章介绍MATLAB的基本概念,包括工作空间;目录、路径和文件的管理方式;帮助和例题演示功能等。重点介绍矩阵、数组和函数的运算规则、命令形式,并列举了可能得到的结果。由于MA TLAB的符号工具箱是一个重要分支,其强大的运算功能在科技领域有特殊的帮助作用。 1.1 MATLAB环境与文件管理 1.2 工作空间与变量管理 1.2.1 建立数据 x1=[0.2 1.11 3]; y1=[1 2 3;4 5 6]建立一维数组x1和二维矩阵y1。分号“;”表示不显示定义的数据。 MATLAB还提供了一些简洁方式,能有规律地产生数组: xx=1:10 %xx从1到10,间隔为1 xx=-2:0.5:1 %xx从-2到1,间隔为0.5 linespace命令等距离产生数组,logspace在对数空间中等距离产生数组。对于这一类命令,只要给出数组的两端数据和维数就可以了。 xx=linespace(d1,d2,n) %表示xx从d1到d2等距离取n个点 xx=logspace(d1,d2,n) %表明xx从10d1到10d2等距离取n个点 1.2.2 who和whos命令 who: 查看工作空间中有哪些变量名 whos: 了解这些变量的具体细节 1.2.3 exist命令 查询当前的工作空间内是否存在一个变量,可以调用exist()函数来完成。 调用格式:i=exist(…A?); 式中,A为要查询的变量名。返回的值i表示A存在的形式: i=1 表示当前工作空间内存在一个变量名为A的矩阵; i=2 表示存在一个名为A.m的文件; i=3 表示MATLAB的工作路径下存在一个名为A.mex的文件;
气动张力控制系统的建模与仿真 摘要:本文简单介绍了张力控制的相关知识及气动张力控制系统的组成及工作原理,并对张力控制系统的收卷控制部分进行了数学建模与仿真。建立了比例压力阀控缸开环系统的简化模型,采用PID控制方法,在Matlab仿真平台进行系统模型仿真,得到了系统仿真曲线。 关键词:张力控制气动比例控制系统建模与仿真 近年来,气动技术以其自身独特的传动方式和优点,如清洁、结构简单、气体来源充足和成本相对较低,已在工业自动化领域广泛应用。将气动技术应用于恒张力控制系统已成为一个重要研究领域,PID控制,现代控制理论,智能控制等都被应用到气动系统的控制中。但是气动控制系统,由于气体的可压缩性,阀口非线性及气缸摩擦力等因素的影响,导致了气动伺服系统的强非线性、固有频率低、刚度小、阻尼小等特点,要得到满意的控制伺服系统比较困难。要对气动伺服控制系统进行分析和研究,一般需要首先建立该控制系统的数学模型。 本文通过介绍张力控制的相关知识及气动比例控制系统原理与组成,针对张力控制系统的收卷控制部分建立简单的比例压力阀控缸开环控制系统的数学模型,并在Matlab环境下进行了仿真。 一、张力控制的基础知识 张力控制,简单地说就是要控制物体在设备上输送时物体上相互拉长或绷紧的力。张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成,是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统,主要应用于造纸、纺织、薄膜、电线等轻工业中,其作用主要是实现辊间的同步,收卷和放卷的均匀控制。在带材或线材的收卷和放卷过程中,为保证生生产的质量和效率,保持恒定张力是很重要的。 这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效,包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下,也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。 一套典型的张力控制系统主要由张力控制器,张力读出器,张力检测器,制动器和离合器构成。根据环路可分为开环,闭环或自由环张力控制系统;根据对不同卷材的监测方式又可分为超声波式,浮辊式,跟踪臂式等。 1.典型收卷张力控制示意图
Flexsim应用案例示例 示例一港口集装箱物流系统仿真 (根据:肖锋,基于Flexsim集装箱码头仿真平台关键技术研究,武汉:武汉理工大学硕士学位论文,2006改编) 1、港口集装箱物流系统概述与仿真目的 1.1港口集装箱物流系统概述 1.2港口集装箱物流系统仿真的目的 2、港口集装箱物流系统的作业流程 2.1港口集装箱物流系统描述 2.2港口集装箱物流系统作业流程 2.3港口集装箱物流系统离散模型分析 3、港口集装箱物流系统仿真模型 3.1港口集装箱物流系统布局模型设计 3.2港口集装箱物流系统设备建模 3.3港口集装箱物流系统仿真 4、仿真运行及数据分析 4.1仿真运行及数据处理 4.2仿真数据的结果分析 小结与讨论 示例二物流配送中心仿真 (根据:XXX改编) 1、物流配送中心概述与仿真目的 1.1物流配送中心简介 1.2仿真目的 2、配送中心的作业流程描述 2.1配送中心的功能 2.2配送中心的系统流程
3、配送中心的仿真模型 3.1配送中心的仿真布局模型设计 3.2配送中心的设备建模 3.3配送中心的仿真 4、仿真运行及数据分析 4.1仿真运行及数据处理 4.2仿真数据结果分析 4.3系统优化 小结与讨论 “我也来编书”示例 示例一第X章排队系统建模与仿真学习要点 1、排队系统概述 2、排队系统问题描述 3、排队系统建模 4、排队系统仿真 5、模型运行与结果分析 小结 思考题与习题(3-5题) 参考文献 1、李文锋,袁兵,张煜.2010.物流系统建模与仿真(第6章) 北京:科学出版社 2、王红卫,谢勇,王小平,祁超.2009.物流系统仿真(第6章) 北京:清华大学出版社 3、马向国,刘同娟.2012.现代物流系统建模、仿真及应用案例(第5章)
某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告 题目:基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师
摘要:本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障,故障电流中必定有零序分量存在,零序分量可以用来判断故障的类型,故障的地点等,零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型,并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真,仿真波形与理论分析结果相符,说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验,所以进行仿真实验可达到效果。 关键词:电力系统;仿真;短路故障;Matlab;SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 1 - 目录 一、引言 ............................................ - 3 -
知识点2 1. 结合具体制造系统或服务系统,分析离散事件动态系统的基本特征。 2. 什么叫“状态空间爆炸”?产生状态空间爆炸的原因是什么?它给系统性能分析带来哪些 挑战? 3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些,它们是如何分类的? 4. 什么是马尔可夫特性?它在离散事件系统建模与分析中有什么作用? 5. 根据功能不同,仿真模型(程序)可以分为哪三个层次?分析三个层次之间的关系。 6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点,在分 析每种调度方法基本原理的基础上,阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系,并绘制每种仿真调度方法的流程图。 7. 结合具体的离散事件系统,如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等,采用事 件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型,试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。 8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面,比较事件调度法、活动循环法和进 程交互法的异同之处。 9. 什么叫仿真时钟,它在系统仿真中有什么作用?什么叫仿真时钟推进机制?常用的仿真 时钟推进机制有哪些?它们的主要特点是什么,分别适合于怎样的系统? 10.结合具体的离散事件系统,分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制 或混合时间推进机制时,分别具有哪些优点和缺点,以图形或文字等形式分析时钟推进流程。 11.什么叫仿真效率?什么叫仿真精度?分析影响仿真效率和仿真精度的因素? 12.从仿真效率和仿真精度的角度,分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点,并分析三种 仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统? 13. 什么是蒲丰投针试验?绘制蒲丰投针试验原理图,通过推导蒲丰投针试验中针与任一直 线相交的概率,分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。 14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求,完成投针试验,在统计投针次数、针与直线的相交次 数的基础上,求解π的估计值,并以报表或图形等形式表达试验结果。具体要求如下: ①自行确定针的长度、直线之间的距离。 ②投针10次、20次、30次、40次、50次、…、100次、…、200次、…,分别计算针 与直线相交的概率、π的估计值。 ③以一随机变量描述上述试验结果,并通过编程或采用商品化软件,以图形、报表等形 式表示投针试验结果,分析其中的规律,并给出结论。 ④写出试验报告。 ⑤在熟悉投针试验原理的基础上,编制投针试验仿真程序,动态运行投针试验的过程。15.什么是蒙特卡洛仿真?它有什么特点,蒙特卡洛仿真应用的基本步骤是什么? 16.采用C或C++等语言,分别编写产生均匀分布、正态分布、指数分布以及威布尔分布的伪随机数序列,通过改变每种分布中参数的数值,分析不同参数数值对随机数值的影响;通过对所产生的伪随机数分布区间的统计、分析和绘图,检验伪随机数的特性及其数值特征。 17. 对于制造系统而言,库存有哪些作用和功能? 18. 在制造企业中,库存大致可以分成四种类型。简要论述四种库存的名称和功能。 19. 什么是安全库存、订货提前期?确定安全库存和订货提前期时分别需要考虑哪些因素? 20. 什么叫“订货点法”?要确定订货点,需要哪些条件?订货点法适合于怎样的库存系统?
仿真计算 1、在PSCAD中建立典型的同步发电机模型,对同步发电机出口三相短路进行仿真研究。要求: (1)运行“同步发电机短路”模型,截取定子三相短路电流波形,并对波形进行分析,验证与理论分析中包含的各种分量是否一致; 图一同步发电机短路模型
图二、定子三相短路电流 定子三相短路电流中含有直流分量和交流分量,其中周期分量会衰减。三相短路电流直流分量大小不等,但衰减规律相同,均按指数规律衰减,衰减时间常数为Ta,由定子回路电阻和等值电感决定,大约在0.2s。交流分量也按指数规律衰减,它包括两个衰减时间常数,分为次暂态过程、暂态过程和稳态过程。 (2)修改电抗参数Xd(Xd’,X’’d),增加或者减小,截取定子三相电流,并与第一步结果对比分析; 图一是Xd`=0.314 p.u,Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形;图二是Xd`=0.514 p.u, Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形。显然,随着Xd`的增大定子的电流在减少。
图三、定子三相短路电流 (3)修改时间常数Td(Td’,T’’d),增加或者减小,截取定子三相电流,并与第一步结果对比分析。 参数Td’=6.55s ,Td”=0.039s时定子电流如图一所示;当参数变为Td’=3.55s ,Td”=0.039s是定子电流如图三所示,显然
图四、定子三相短路电流 2、利用暂态仿真软件对下面的简单电网进行建模,对模型中各元件参数进行详细说明,并进行短路计算。将故障点的电流电压波形及线路M端的电流电压波形、相量图粘贴到课程报告上。 要求:
(1)短路类型为①三相故障;②A相接地;③BC两相故障。 (2)两端系统电势夹角取15o δ=。 (3)故障点设置为线路MN中点(25km处)。 (4)仿真结果包括M、N两侧和短路点处的三相电压、电流的瞬时值波形和短路发生后时刻的三相电压、电流相量图。 三、课程学习心得 通过本课程的学习,你有哪些体会和心得,请写出来。可以从以下几个方面考虑,但不局限于这些方面:通过课程你学到了哪些知识;学会了哪些方法;对电力系统的认识;对课程的建议等。 课程的开始复习了一下简单的电力系统稳态分析部分,然后就进行了课程的重点就是电力系统的暂态分析,其中包括PARK变换、标么值下的磁链方程和电压方程、同步发电机各种电势的表达式、发电机阻抗的概述、(次)暂态电抗和(次)暂态电势、发电机三相短路电流、对称分量法、叠加定理、电力系统简单故障分析。学习了几种电力系统分析中的方法,例如分析同步发电机短路时PARK变换将静止三相坐标系的量转化为旋转坐标系dq0的量,还有分析不对称故障时对称分量法转化到相对简单的对称故障分析中。