(完整word版)Simulink的扩展模块库SimPowerSystems

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.

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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

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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

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通过 SimPowerSystems的测量模块可以将电气系统模型信号转变为Simulink模型信号，并在示波器中显示。电动机和电力电子模块的测量输出端也可以直接输出Simulink模型信号。

除了使用连续仿真求解器,SimPowerSystems还可以使用离散化模块将模型离散化,利用定步长梯形积分法进行离散仿真计算。这一特性能够显著提高 仿真计算的速度 — 尤其是那些带有电力电子设备的模型。另外，由于模型被离散化了，这时还可以用Real-Time Workshop生成模型的代码，进一步提高仿真的速度。

SimPowerSystems 以M-文件形式提供了power2sys函数,可用于在仿真过程之外获得电路的状态空间模型表达.该函数分析电网络拓扑结构，并计算出等价状态空间模型.在这个函数所提供信息的帮助下，可以使用诸如控制系统工具箱进行更进一步的分析。

（五）完善的文档和示例

除了产品使用的基本信息,SimPowerSystems提供的文档还覆盖了更多高级主题，如积分算法的选择、如何提高仿真速度和定制模块。文档同样包括了所有模块的描述信息,5个详细的案例研究和一个7节课程使用教学.

随SimPowerSystems发布的还有36个可以直接运行的演示模型。其中有一些展示了对某些有一定使用经验的用户而言层次更高的建模概念。演示模型包括6、12脉冲HVDC传输系统,3相整流，MOSFET变换，汽轮机/调速系统和一个说明定步长梯形法计算的电流饱和变压器模型。这些都为SimPowerSystems 的学习和使用建立了良好的起点。

三、SimPowerSystems专用模块库具体模块介绍

1。 Continuous: （连接器元件库有10种模块)

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2. Electrical Sources： （电源元件库有7种电源功能模块）

1)DC Voltage Source：直流电压源

2）AC Voltage Source：交流电压源

3）AC Current Source:交流电流源

4)Controlled Voltage Source:受控电压源

5)Controlled Current Source：受控电流源

6）3-Phase Source:三相电源

7）3-Phase Programmable Voltage Source：三相可编程电压源

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3。 Elements： （线路元件库有24种模块）

4. Machines： （电机元件库有16种模块）

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5. Measurements: (电路测量模块元件库有5种模块）

6. Power Electronics:(电力电子元件库有9种模块）

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1）Detailed Thyristor：

2）Diode： 二极管

3）Gto: 门极可关断晶闸管

4）Ideal Switch:

5）IGBT:

6）Mosfet: MOS场效应晶体管

7）Three—Level Bridge: 三电平变换桥

8)Thristor: 晶闸管

9）Universal Bridge:

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7. Extra Library： （附加元件库有7个子元件库)

8. Discrete System:

This block is used to discretize the state—space model of a SimPowerSystems circuit, with the bilinear (Tustin) approximation。 Discrete time models will be used for Machine blocks and Power Electronics blocks。

Drag this block in the top—level system of your model and specify the sample time。

9。 powergui：（电力图形用户接口）

10. Extra Library扩展子模块库具体介绍：

（1）Additional Machines：

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（2）Control Blocks:

（3）Discrete Measurements:

(4）Discrete Control Blocks:

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(5）Measurements：

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（6）Phasor Library:

（7）Three-Phase Library：

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