第1章概述前言1.1電力系統常用仿真軟件簡介

1.2MATLAB/SIMULINK概述

1.3簡單電路演示

習題

第1章概述前言前言現代電力系統是集發電、輸電、配電和用電為一體的復雜非線性網絡系統。對其物理本質的研究涉及到短至1μs到長至1h的動態過程。為了保證實際運行的電力系統的安全穩定性，不便采用在線物理試驗的方法對電力系統的動態行為進行研究。電力系統的仿真技術主要有三大類，即電力系統動態模擬仿真技術、電力系統數模混合式仿真技術以及電力系統全數字仿真技術。第一章電力系統仿真軟件介紹課件動模實驗室動模實驗室實時仿真裝置實時仿真裝置 1.1電力系統常用仿真軟件簡介

電力系統數字仿真已成為電力系統研究、規劃、運行、設計等各個方面不可或缺的工具，特別是電力系統新技術的開發研究、新裝置的設計、參數的確定更是需要通過仿真來確認。

目前常用的電力系統仿真軟件有：

1.1電力系統常用仿真軟件簡介

電力系統數字邦納維爾電力局(BonnevillePowerAdministration,BPA)開發的BPA程序和EMTP(ElectromagneticTransientsProgram)程序；

中國版的BPA程序是由中國電力科學院引進、消化、吸收美國BPA程序開發而成，是我國電力系統分析計算的重要工具之一。程序中包括詳細的發電機模型和各種勵磁模型，主要由潮流和暫態穩定程序構成，具有計算規模大、計算速度快、數值穩定性好、功能強等特點。

EMTP是具有分析功能多、元件模型全和運算結果精確等優點,對于電網的穩態和暫態都可做仿真分析，它的典型應用是預測電力系統在某個擾動（如開關投切或故障）之后感興趣的變量隨時間變化的規律。

ATP（ThealternativeTransientsProgram）是EMTP的免費獨立版本，是目前世界上電磁暫態分析程序最廣泛使用的一個版本。

邦納維爾電力局(BonnevillePowerAdmin

(2)曼尼托巴高壓直流輸電研究中心(ManitobaHVDCResearchCenter)開發的PSCAD/EMTDC(PowerSystemComputerAidedDesign/ElectromagneticTransientsProgramincludingDirectCurrent)程序；

是一種世界各國廣泛使用的電力系統仿真軟件，PSCAD是其用戶界面，PSCAD的開發成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進行電力系統分析，使電力系統復雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實時數字仿真器的前置端。可模擬任意大小的交直流系統。(2)曼尼托巴高壓直流輸電研究中心(Manitoba

(3)德國西門子公司研制的電力系統仿真軟件NETOMAC(NetworkTorsionMachineControl)；

德國西門子公司在上個世紀70年代開發的電力系統分析軟件，經過多年的發展，該軟件不斷完善，功能日益強大，具有良好的開放性，可嵌入用戶自行編制的FORTRAN語言子程序、數學表達式等，用戶遍及世界各地。

(3)德國西門子公司研制的電力系統仿真軟件NETOMAC

(4)中國電力科學研究院開發的電力系統分析綜合程序PSASP(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage)；

是一套歷史長久、功能強大、使用方便的電力系統分析程序,它具有我國自主知識產權，是資源共享，使用方便，高度集成和開放的大型軟件包

PSASP是電力系統規劃設計人員確定經濟合理、技術可行的規劃設計方案的重要工具；是運行調度人員確定系統運行方式、分析系統事故、尋求反事故措施的有效手段；是科研人員研究新設備、新元件投入系統等新問題的得力助手；是高等院校用于教學和研究的軟件設施。

PSASP基于電網基礎數據庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可進行電力系統(輸電、供電和配電系統)的各種計算分析。

(4)中國電力科學研究院開發的電力系統分析綜合程序PSAPSASP功能結構PSASP功能結構PSASP操作界面PSASP操作界面

(5)?MathWorks公司開發的科學與工程計算軟件MATLAB(MatrixLaboratory，矩陣實驗室)。

(5)?MathWorks公司開發的科學與工程計算軟電力系統分析軟件除了以上幾種，還有美國加州大學伯克利分校研制的PSPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)、美國PTI公司開發的PSS/E、美國EPRI公司開發的ETMSP、ABB公司開發的SYMPOW程序和美國EDSA公司開發的電力系統分析軟件EDSA等。

以上各個電力系統仿真軟件的結構和功能不同，它們各自的應用領域也有所側重。EMTP主要用來進行電磁暫態過程數字仿真，PSCAD/EMTDC、NETOMAC主要用來進行電磁暫態和控制環節的仿真，BPA、PSASP主要用來進行潮流和機電暫態數字仿真。電力系統分析軟件除了以上幾種，還有美國加州大學伯克利分校近年來，MATLAB由于其完整的專業體系和先進的設計開發思路，在多個領域都有廣泛的應用。

在國際學術界，MATLAB已經被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流學術刊物上(尤其是信息科學刊物)，都可以看到MATLAB的應用。

在歐美大學里，諸如應用代數、數理統計、自動控制、數字信號處理、模擬與數字通信、時間序列分析、動態系統仿真等課程的教科書都把MATLAB作為授課內容。這幾乎成了20世紀90年代教科書與舊版教科書的標志性區別。在這些學校里，MATLAB是攻讀學位的本科生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。近年來，MATLAB由于其完整的專業體系和先進的設計開發在設計研究單位和工業部門，?MATLAB被認為是進行高效研究和開發的首選軟件工具。如美國NationalInstruments公司的信號測量、分析軟件LabVIEW，Cadence公司的信號和通信分析設計軟件SPW等，它們直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB為主要支撐。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受MATLAB的支持。MATLAB在全球現在有超過50萬的企業用戶和上千萬的個人用戶，廣泛地分布在航空航天、金融財務、機械化工、電信、教育等各個行業。在設計研究單位和工業部門，?MATLAB被認為是進行高效1998年MathWorks公司推出了MATLAB5.2版本，針對電力系統設計了電力系統模塊集(PowerSystemBlock，PSB)。該模塊集包含大量電力系統的常用元器件，如變壓器、線路、電機和電力電子等，功能也比較全面，逐漸被電力系統的研究者接受，并將它作為高效的仿真分析軟件。1998年MathWorks公司推出了MATLAB5. 1.2MATLAB/SIMULINK概述

1.2.1MATLAB/SIMULINK

1.?MATLAB

1.2MATLAB/SIMULINK概述

1.2.2.?SIMULINK

SIMULINK是MathWorks公司開發的又一個產生重大影響的軟件產品。起初是為了準確地分析控制系統的復雜模型，包括仿真平臺和系統仿真模型庫兩部分，主要用于仿真以數學函數和傳遞函數表達的系統。該軟件有兩個特別明顯的功能：仿真與鏈接。也就是說，可以直接利用鼠標在模型窗口中畫出所需要的控制系統模型，然后再利用該軟件提供的功能來對控制系統直接進行模擬。SIMULINK的出現，使得MATLAB在控制系統仿真以及電腦輔助設計(CAD)中的應用開創了嶄新的一頁。2.?SIMULINK

SIMULINK是Math

第一章電力系統仿真軟件介紹課件第一章電力系統仿真軟件介紹課件MATLAB/SIMULINK的主要產品及其相互關系MATLAB/SIMULINK的主要產品及其相互關系3.?SimPowerSystems庫發展簡史

SimPowerSystems庫是SIMULINK下面的一個專用模塊庫，是在SIMULINK環境下進行電力、電子系統建模和仿真的先進工具。

SimPowerSystems庫提供了一種類似電路建模的方式進行模型繪制，在仿真前自動將仿真系統圖變化成狀態方程描述的系統形式，然后在SIMULINK下進行仿真分析。它為電路、電力電子系統、電機系統、發電、輸變電系統和配電計算提供了強有力的解決方法，尤其是當設計開發內容涉及控制系統設計時，優勢更為突出。3.?SimPowerSystems庫發展簡史

SSimPowerSystems4.0中含有130多個模塊，分布在7個可用子庫中。這7個子庫分別為“應用子庫(ApplicationLibraries)”、“電源子庫(ElectricalSources)”、“元件子庫(Elements)”、“附加子庫(ExtraLibrary)”、“電機子庫(Machines)”、“測量子庫(Measure-ments)”“電力電子子庫(PowerElectronics)”。SimPowerSystems4.0中含有130多個模塊

此外，SimPowerSystems4.0中還含有一個功能強大的圖形用戶分析工具Powergui和一個廢棄的“相量子庫”(PhasorElements)。這些模塊可以與標準的SIMULINK模塊一起，建立包含電氣系統和控制回路的模型，并且可以用附加的測量模塊對電路進行信號提取、傅里葉分析和三相序分析。此外，SimPowerSystems4.0中還含有一個功應用子庫中含有適合于普通風能發電系統的分布式能源模型、特種電機模型和FACTS模型。注：柔性交流輸電系統（FACTS）的英文表達為：FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems，是綜合電力電子技術、微處理和微電子技術、通信技術和控制技術而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術。應用子庫中含有適合于普通風能發電系統的分布式能源模型、特種電電源子庫中含有交流電壓源、直流電壓源、受控電壓源和受控電流源模型。電源子庫中含有交流電壓源、直流電壓源、受控電壓源和受控電流源測量子庫中含有電壓、電流、電抗測量模塊，以及萬用表測量模塊。測量子庫中含有電壓、電流、電抗測量模塊，以及萬用表測量模塊。元件子庫中含有RLC支路和負載、線性和飽和變壓器、斷路器、傳輸線模型、物理端口模型。元件子庫中含有RLC支路和負載、線性和飽和變壓器、斷路器、傳電機子庫中包含詳細或簡化形式的異步電機、同步電機、永磁同步電機、直流電機、勵磁系統、水力與蒸汽渦輪—調速系統模型。電機子庫中包含詳細或簡化形式的異步電機、同步電機、永磁同步電電力電子子庫中含有二極管、簡化/復雜晶閘管、GTO、開關、MOSFET、IGBT和通用橋式電路模型。電力電子子庫中含有二極管、簡化/復雜晶閘管、GTO、開關、M附加子庫中包含內容較多，主要和系統離散化、控制、計算和測量有關，包括RMS測量、有效和無功功率計算、傅里葉分析、HVDC控制、軸系變換、三相V-I測量、三相脈沖和信號發生、三相序列分析、三相PLL和連續/離散同步6/12脈沖發生器等。

這些模塊，有些將在后面幾章中進行介紹，但是大多數模塊還需要讀者對照MATLAB提供的幫助文件進行學習。附加子庫中包含內容較多，主要和系統離散化、控制、計算和測量有1.2.2MATLAB/SIMULINK的特點

1.?MATLAB的特點

自從MathWorks公司推出MATLAB后，MATLAB以其優秀的數值計算能力和卓越的數據可視化能力很快在數學軟件中脫穎而出。隨著版本的不斷升級，它在數值計算及符號計算功能上得到了進一步完善。

MATLAB的特點可概括為以下七點：

(1)提供了便利的開發環境。MATLAB提供了一組可供用戶操作函數和文件的具有圖形用戶界面的工具，包括MATLAB主界面、命令窗口、歷史命令、編輯和調試、在線瀏覽幫助、工作空間、搜索路徑設置等可視化工具窗口。1.2.2MATLAB/SIMULINK的特點

1.(2)提供了強大的數學應用功能。MATLAB可進行包括基本函數、復雜算法、更高級的矩陣運算等非常豐富的數學應用功能，特別適合矩陣代數領域。它還具有許多高性能數值計算的高級算法，庫函數極其豐富，使用方便靈活。

(3)編程語言簡易高效。MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短。?MATLAB既具有結構化的控制語句(如for循環、while循環、break語句和if語句)，又有面向對象編程的特性。MATLAB程序書寫形式自由，利用豐富的庫函數避開繁雜的子程序編程任務，壓縮了一切不必要的編程工作。程序限制不嚴格，程序設計自由度大，并且有很強的用戶自定義函數的能力。(2)提供了強大的數學應用功能。MATLAB可進行包括(4)圖形功能強大。在如FORTRAN和C等一般編程語言里，繪圖都很不容易。但MATLAB提供了豐富的繪圖函數命令，使得用戶數據的可視化非常簡單。MATLAB還具有較強的編輯圖形界面的能力，用戶可方便地在可視化環境下進行個性化圖形編輯和設置。(4)圖形功能強大。在如FORTRAN和C等一般編程語(5)提供了功能強大的工具箱。MATLAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數百個核心內部函數。工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱用于多種學科。學科性工具箱專業性比較強，如control、signalprocessing、commumnication、powersystoolbox等。這些工具箱都是由相關領域內的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學科范圍內的基礎程序，直接可以進行高、精、尖的研究。(5)提供了功能強大的工具箱。MATLAB包含兩個部分(6)應用程序接口功能強大。MATLAB提供了方便的應用程序接口，用戶可以使用C或FORTRAN等語言編程，實現與MATLAB程序的混合編程調用。

(7)?MATLAB的缺點。和其它高級程序相比，MATLAB程序的執行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預處理，也不生成可執行文件，程序為解釋執行，因此速度較慢。(6)應用程序接口功能強大。MATLAB提供了方便的應2.?SIMULINK的特點

SIMULINK是一種強有力的仿真工具，它能讓使用者在圖形方式下以最小的代價來模擬真實動態系統的運行。SIMULINK準備有數百種預定義系統環節模型、最先進有效的積分算法和直觀的圖示化工具。依托SIMULINK強健的仿真能力，用戶在原型機制造之前就可建立系統的模型，從而評估設計并修補瑕疵。SIMULINK具有如下特點：

(1)建立動態系統的模型并進行仿真。SIMULINK是一種圖形化的仿真工具，用于對動態系統建模和控制規律的研究制定。由于支持線性、非線性、連續、離散、多變量和混合式系統結構，SIMULINK幾乎可分析任何一種類型的真實動態系統。2.?SIMULINK的特點

SIMULINK是一(2)以直觀的方式建模。利用SIMULINK可視化的建模方式，可迅速地建立動態系統的框圖模型。只需在SIMULINK元件庫中選出合適的模塊并拖放到SIMULINK建模窗口，鼠標點擊連接就可以了。SIMULINK標準庫擁有的模塊超過150種，可用于構成各種不同種類的動態系統。模塊包括輸入信號源、動力學元件、代數函數和非線性函數、數據顯示模塊等。SIMULINK模塊可以被設定為觸發和使能的，能用于模擬大模型系統中存在條件作用的子模型的行為。(2)以直觀的方式建模。利用SIMULINK可視化的建(3)增添定制模塊元件和用戶代碼。SIMULINK模塊庫是可定制的，能夠擴展以包容用戶自定義的系統環節模塊。用戶也可以修改已有模塊的圖標，重新設定對話框，甚至換用其它形式的彈出菜單和復選框。SIMULINK允許用戶把自己編寫的C、FORTRAN、Ada代碼直接植入SIMULINK模型中。(3)增添定制模塊元件和用戶代碼。SIMULINK模塊(4)快速、準確地進行設計模擬。SIMULINK優秀的積分算法給非線性系統仿真帶來了極高的精度。先進的常微分方程求解器可用于求解剛性的和非剛性的系統、具有事件觸發或不連續狀態的系統和具有代數環的系統。SIMULINK的求解器能確保連續系統或離散系統的仿真高速、準確的進行。同時，SIMULINK還為用戶準備了一個圖形化的調試工具，以輔助用戶進行系統開發。(4)快速、準確地進行設計模擬。SIMULINK優秀的(5)分層次地表達復雜系統。SIMULINK的分級建模能力使得體積龐大、結構復雜的模型構建也簡便易行。根據需要，各種模塊可以組織成若干子系統。在此基礎上，整個系統可以按照自頂向下或自底向上的方式搭建。子模型的層次數量完全取決于所構建的系統，不受軟件本身的限制。為方便大型復雜結構系統的操作，SIMULINK還提供了模型結構瀏覽的功能。(5)分層次地表達復雜系統。SIMULINK的分級建模(6)交互式的仿真分析。SIMULINK的示波器可以動畫和圖形顯示數據，運行中可調整模型參數進行What-if分析，能夠在仿真運算進行時監視仿真結果。這種交互式的特征可幫助用戶快速評估不同的算法，進行參數優化。

由于SIMULINK完全集成于MATLAB，在SIMULINK下計算的結果可保存到MATLAB的工作空間中，因而就能使用MATLAB所具有的眾多分析、可視化及工具箱工具操作數據。(6)交互式的仿真分析。SIMULINK的示波器可以動3.?SimPowerSystems庫的特點

SimPowerSystem庫具有如下特點：

(1)使用標準電氣符號進行電力系統的拓撲圖形建模和仿真。

(2)標準的AC和DC電機模型模塊、變壓器、輸電線路、信號和脈沖發生器、HVDC控制、IGBT模塊和大量設備模型。

(3)使用SIMULINK強有力的變步長積分器和零點穿越檢測功能，給出高度精確的電力系統仿真計算結果。3.?SimPowerSystems庫的特點

Si(4)利用定步長梯形積分算法進行離散仿真計算，為快速仿真和實時仿真提供模型離散化方法。這一特性能夠顯著提高仿真計算的速度——尤其是那些帶有電力電子設備的模型。另外，由于模型被離散化，因此可用Real-TimeWorkshop生成模型的代碼，進一步提高仿真的速度。

(5)利用Powergui交互式工具模塊可以修改模型的初始狀態，從任何起始條件開始進行仿真分析，例如計算電路的狀態空間表達、計算電流和電壓的穩態解、設定或恢復初始電流/電壓狀態、電力系統的潮流計算等。(4)利用定步長梯形積分算法進行離散仿真計算，為快速仿(6)提供了擴展的電力系統設備模塊，如電力機械、功率電子元件、控制測量模塊和三相元器件。

(7)提供大量功能演示模型，可直接運行仿真或進行案例學習。(6)提供了擴展的電力系統設備模塊，如電力機械、功率電 1.3簡單電路演示

下面用一個簡單的例子，說明利用SIMULINK進行電力系統仿真的最基本方法。對于初入門的讀者而言，可以按本節步驟搭建系統，也可以不進行搭建，僅了解過程和仿真結果，因為詳細的建模過程將在以后章節中一一說明。

【例1.1】在圖1-3所示電路中，已知電阻R?=?1kΩ，電容C?=?2μF，電感L?=?2.5H，電壓源vs?=?5sin(100πt+π/6)。試建立電路，并觀察電路中電流及R、L、C中電壓。 1.3簡單電路演示

下面用一個簡單的例子，說明圖1-3例1.1仿真系統圖圖1-3例1.1仿真系統圖

解：(1)搭建仿真系統圖。運行MATLAB，得到命令窗口如圖1-4所示。圖1-4MATLAB主窗口解：(1)搭建仿真系統圖。運行MATLAB，得到命令窗單擊圖1-4MATLAB工具欄中的Simulink圖標，打開SIMULINK模塊庫瀏覽器主窗口，如圖1-5所示。圖1-5SIMULINK模塊庫瀏覽器主窗口單擊圖1-4MATLAB工具欄中的Simulink圖標點擊圖1-5菜單欄中的菜單項[File>New>Model](如圖1-6所示)，打開一個名為untitled的空模型窗口，以文件名example1_1存盤(如圖1-7所示)。圖1-6用于創建新模型文件的菜單項點擊圖1-5菜單欄中的菜單項[File>New>Mode圖1-7創建的新模型文件圖1-7創建的新模型文件電力系統模塊庫在SIMULINK模塊庫瀏覽器窗口樹狀結構圖中名為SimPowerSystems，雙擊該圖標，得到如圖1-8所示窗口。電力系統模塊庫在SIMULINK模塊庫瀏覽器窗口樹狀結構圖1-8SimPowerSystems目錄窗口圖1-8SimPowerSystems目錄窗口雙擊“電源子庫”圖標，打開該模塊庫，選中交流電壓源模塊(ACVoltageSource)，鼠標左鍵按下，拖曳到文件example1_1中，鼠標左鍵松開。這樣，文件example1_1中就有一個電壓源模塊，操作步驟如圖1-9所示。圖1-9復制交流電壓源到文件example1_1中雙擊“電源子庫”圖標，打開該模塊庫，選中交流雙擊圖1-9中交流電壓源模塊，打開圖1-10所示對話框，輸入電壓幅值、相角和頻率，單擊確定鍵后回到文件example1_1窗口中。注意，該電壓源要求輸入電壓幅值。雙擊圖1-9中交流電壓源模塊，打開圖1-10所示對話框，圖1-10例1.1電壓源參數設置對話框圖1-10例1.1電壓源參數設置對話框在該交流電壓源模塊的標簽位置雙擊，則模塊標簽呈現編輯狀態，輸入新標簽vs，電壓源模塊的名稱將變為vs。

雙擊“元件子庫”圖標 ，打開該模塊庫，選中串聯RLC支路(SeriesRLCBranch)，拖曳到文件example1_1中；雙擊該元件，設置參數并將元件標簽更改為Z_eq。如圖1-11和圖1-12所示。在該交流電壓源模塊的標簽位置雙擊，則模塊標簽呈現編輯狀態圖1-11復制串聯RLC支路到文件example1_1中圖1-11復制串聯RLC支路到文件example1_1中圖1-12例1.1串聯RLC支路參數設置對話框圖1-12例1.1串聯RLC支路參數設置對話框第一章電力系統仿真軟件介紹課件圖1-13例1.1的仿真電路連接圖1-13例1.1的仿真電路連接第一章電力系統仿真軟件介紹課件圖1-14復制電流表模塊到文件example1_1中圖1-14復制電流表模塊到文件example1_1中第一章電力系統仿真軟件介紹課件圖1-15復制示波器到文件example1_1中圖1-15復制示波器到文件example1_1中圖1-16例1.1完整的仿真系統圖1-16例1.1完整的仿真系統圖1-17仿真結果圖1-17仿真結果第一章電力系統仿真軟件介紹課件

習題

1-1電力系統常用仿真軟件有哪些，各有什么特點？

1-2MATLAB/SIMULINK具有什么特點，版本號中各符號有什么含義？嘗試從互聯網上獲取最新的版本信息。

1-3SimPowerSystems庫中含有什么模塊，具有什么特點？嘗試從互聯網上獲取最新的功能和產品更新信息。

習題

1-1電力系統常用仿真軟件有哪些第1章概述前言1.1電力系統常用仿真軟件簡介

1.2MATLAB/SIMULINK概述

1.3簡單電路演示

習題

第1章概述前言前言現代電力系統是集發電、輸電、配電和用電為一體的復雜非線性網絡系統。對其物理本質的研究涉及到短至1μs到長至1h的動態過程。為了保證實際運行的電力系統的安全穩定性，不便采用在線物理試驗的方法對電力系統的動態行為進行研究。電力系統的仿真技術主要有三大類，即電力系統動態模擬仿真技術、電力系統數模混合式仿真技術以及電力系統全數字仿真技術。第一章電力系統仿真軟件介紹課件動模實驗室動模實驗室實時仿真裝置實時仿真裝置 1.1電力系統常用仿真軟件簡介

電力系統數字仿真已成為電力系統研究、規劃、運行、設計等各個方面不可或缺的工具，特別是電力系統新技術的開發研究、新裝置的設計、參數的確定更是需要通過仿真來確認。

目前常用的電力系統仿真軟件有：

1.1電力系統常用仿真軟件簡介

電力系統數字邦納維爾電力局(BonnevillePowerAdministration,BPA)開發的BPA程序和EMTP(ElectromagneticTransientsProgram)程序；

中國版的BPA程序是由中國電力科學院引進、消化、吸收美國BPA程序開發而成，是我國電力系統分析計算的重要工具之一。程序中包括詳細的發電機模型和各種勵磁模型，主要由潮流和暫態穩定程序構成，具有計算規模大、計算速度快、數值穩定性好、功能強等特點。

EMTP是具有分析功能多、元件模型全和運算結果精確等優點,對于電網的穩態和暫態都可做仿真分析，它的典型應用是預測電力系統在某個擾動（如開關投切或故障）之后感興趣的變量隨時間變化的規律。

ATP（ThealternativeTransientsProgram）是EMTP的免費獨立版本，是目前世界上電磁暫態分析程序最廣泛使用的一個版本。

邦納維爾電力局(BonnevillePowerAdmin

(2)曼尼托巴高壓直流輸電研究中心(ManitobaHVDCResearchCenter)開發的PSCAD/EMTDC(PowerSystemComputerAidedDesign/ElectromagneticTransientsProgramincludingDirectCurrent)程序；

是一種世界各國廣泛使用的電力系統仿真軟件，PSCAD是其用戶界面，PSCAD的開發成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進行電力系統分析，使電力系統復雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實時數字仿真器的前置端。可模擬任意大小的交直流系統。(2)曼尼托巴高壓直流輸電研究中心(Manitoba

(3)德國西門子公司研制的電力系統仿真軟件NETOMAC(NetworkTorsionMachineControl)；

德國西門子公司在上個世紀70年代開發的電力系統分析軟件，經過多年的發展，該軟件不斷完善，功能日益強大，具有良好的開放性，可嵌入用戶自行編制的FORTRAN語言子程序、數學表達式等，用戶遍及世界各地。

(3)德國西門子公司研制的電力系統仿真軟件NETOMAC

(4)中國電力科學研究院開發的電力系統分析綜合程序PSASP(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage)；

是一套歷史長久、功能強大、使用方便的電力系統分析程序,它具有我國自主知識產權，是資源共享，使用方便，高度集成和開放的大型軟件包

PSASP是電力系統規劃設計人員確定經濟合理、技術可行的規劃設計方案的重要工具；是運行調度人員確定系統運行方式、分析系統事故、尋求反事故措施的有效手段；是科研人員研究新設備、新元件投入系統等新問題的得力助手；是高等院校用于教學和研究的軟件設施。

PSASP基于電網基礎數據庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可進行電力系統(輸電、供電和配電系統)的各種計算分析。

(4)中國電力科學研究院開發的電力系統分析綜合程序PSAPSASP功能結構PSASP功能結構PSASP操作界面PSASP操作界面

(5)?MathWorks公司開發的科學與工程計算軟件MATLAB(MatrixLaboratory，矩陣實驗室)。

(5)?MathWorks公司開發的科學與工程計算軟電力系統分析軟件除了以上幾種，還有美國加州大學伯克利分校研制的PSPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)、美國PTI公司開發的PSS/E、美國EPRI公司開發的ETMSP、ABB公司開發的SYMPOW程序和美國EDSA公司開發的電力系統分析軟件EDSA等。

以上各個電力系統仿真軟件的結構和功能不同，它們各自的應用領域也有所側重。EMTP主要用來進行電磁暫態過程數字仿真，PSCAD/EMTDC、NETOMAC主要用來進行電磁暫態和控制環節的仿真，BPA、PSASP主要用來進行潮流和機電暫態數字仿真。電力系統分析軟件除了以上幾種，還有美國加州大學伯克利分校近年來，MATLAB由于其完整的專業體系和先進的設計開發思路，在多個領域都有廣泛的應用。

在國際學術界，MATLAB已經被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流學術刊物上(尤其是信息科學刊物)，都可以看到MATLAB的應用。

在歐美大學里，諸如應用代數、數理統計、自動控制、數字信號處理、模擬與數字通信、時間序列分析、動態系統仿真等課程的教科書都把MATLAB作為授課內容。這幾乎成了20世紀90年代教科書與舊版教科書的標志性區別。在這些學校里，MATLAB是攻讀學位的本科生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。近年來，MATLAB由于其完整的專業體系和先進的設計開發在設計研究單位和工業部門，?MATLAB被認為是進行高效研究和開發的首選軟件工具。如美國NationalInstruments公司的信號測量、分析軟件LabVIEW，Cadence公司的信號和通信分析設計軟件SPW等，它們直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB為主要支撐。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受MATLAB的支持。MATLAB在全球現在有超過50萬的企業用戶和上千萬的個人用戶，廣泛地分布在航空航天、金融財務、機械化工、電信、教育等各個行業。在設計研究單位和工業部門，?MATLAB被認為是進行高效1998年MathWorks公司推出了MATLAB5.2版本，針對電力系統設計了電力系統模塊集(PowerSystemBlock，PSB)。該模塊集包含大量電力系統的常用元器件，如變壓器、線路、電機和電力電子等，功能也比較全面，逐漸被電力系統的研究者接受，并將它作為高效的仿真分析軟件。1998年MathWorks公司推出了MATLAB5. 1.2MATLAB/SIMULINK概述

1.2.1MATLAB/SIMULINK

1.?MATLAB

1.2MATLAB/SIMULINK概述

1.2.2.?SIMULINK

SIMULINK是MathWorks公司開發的又一個產生重大影響的軟件產品。起初是為了準確地分析控制系統的復雜模型，包括仿真平臺和系統仿真模型庫兩部分，主要用于仿真以數學函數和傳遞函數表達的系統。該軟件有兩個特別明顯的功能：仿真與鏈接。也就是說，可以直接利用鼠標在模型窗口中畫出所需要的控制系統模型，然后再利用該軟件提供的功能來對控制系統直接進行模擬。SIMULINK的出現，使得MATLAB在控制系統仿真以及電腦輔助設計(CAD)中的應用開創了嶄新的一頁。2.?SIMULINK

SIMULINK是Math

第一章電力系統仿真軟件介紹課件第一章電力系統仿真軟件介紹課件MATLAB/SIMULINK的主要產品及其相互關系MATLAB/SIMULINK的主要產品及其相互關系3.?SimPowerSystems庫發展簡史

SimPowerSystems庫是SIMULINK下面的一個專用模塊庫，是在SIMULINK環境下進行電力、電子系統建模和仿真的先進工具。

SimPowerSystems庫提供了一種類似電路建模的方式進行模型繪制，在仿真前自動將仿真系統圖變化成狀態方程描述的系統形式，然后在SIMULINK下進行仿真分析。它為電路、電力電子系統、電機系統、發電、輸變電系統和配電計算提供了強有力的解決方法，尤其是當設計開發內容涉及控制系統設計時，優勢更為突出。3.?SimPowerSystems庫發展簡史

SSimPowerSystems4.0中含有130多個模塊，分布在7個可用子庫中。這7個子庫分別為“應用子庫(ApplicationLibraries)”、“電源子庫(ElectricalSources)”、“元件子庫(Elements)”、“附加子庫(ExtraLibrary)”、“電機子庫(Machines)”、“測量子庫(Measure-ments)”“電力電子子庫(PowerElectronics)”。SimPowerSystems4.0中含有130多個模塊

此外，SimPowerSystems4.0中還含有一個功能強大的圖形用戶分析工具Powergui和一個廢棄的“相量子庫”(PhasorElements)。這些模塊可以與標準的SIMULINK模塊一起，建立包含電氣系統和控制回路的模型，并且可以用附加的測量模塊對電路進行信號提取、傅里葉分析和三相序分析。此外，SimPowerSystems4.0中還含有一個功應用子庫中含有適合于普通風能發電系統的分布式能源模型、特種電機模型和FACTS模型。注：柔性交流輸電系統（FACTS）的英文表達為：FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems，是綜合電力電子技術、微處理和微電子技術、通信技術和控制技術而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術。應用子庫中含有適合于普通風能發電系統的分布式能源模型、特種電電源子庫中含有交流電壓源、直流電壓源、受控電壓源和受控電流源模型。電源子庫中含有交流電壓源、直流電壓源、受控電壓源和受控電流源測量子庫中含有電壓、電流、電抗測量模塊，以及萬用表測量模塊。測量子庫中含有電壓、電流、電抗測量模塊，以及萬用表測量模塊。元件子庫中含有RLC支路和負載、線性和飽和變壓器、斷路器、傳輸線模型、物理端口模型。元件子庫中含有RLC支路和負載、線性和飽和變壓器、斷路器、傳電機子庫中包含詳細或簡化形式的異步電機、同步電機、永磁同步電機、直流電機、勵磁系統、水力與蒸汽渦輪—調速系統模型。電機子庫中包含詳細或簡化形式的異步電機、同步電機、永磁同步電電力電子子庫中含有二極管、簡化/復雜晶閘管、GTO、開關、MOSFET、IGBT和通用橋式電路模型。電力電子子庫中含有二極管、簡化/復雜晶閘管、GTO、開關、M附加子庫中包含內容較多，主要和系統離散化、控制、計算和測量有關，包括RMS測量、有效和無功功率計算、傅里葉分析、HVDC控制、軸系變換、三相V-I測量、三相脈沖和信號發生、三相序列分析、三相PLL和連續/離散同步6/12脈沖發生器等。

這些模塊，有些將在后面幾章中進行介紹，但是大多數模塊還需要讀者對照MATLAB提供的幫助文件進行學習。附加子庫中包含內容較多，主要和系統離散化、控制、計算和測量有1.2.2MATLAB/SIMULINK的特點

1.?MATLAB的特點

自從MathWorks公司推出MATLAB后，MATLAB以其優秀的數值計算能力和卓越的數據可視化能力很快在數學軟件中脫穎而出。隨著版本的不斷升級，它在數值計算及符號計算功能上得到了進一步完善。

MATLAB的特點可概括為以下七點：

(1)提供了便利的開發環境。MATLAB提供了一組可供用戶操作函數和文件的具有圖形用戶界面的工具，包括MATLAB主界面、命令窗口、歷史命令、編輯和調試、在線瀏覽幫助、工作空間、搜索路徑設置等可視化工具窗口。1.2.2MATLAB/SIMULINK的特點

1.(2)提供了強大的數學應用功能。MATLAB可進行包括基本函數、復雜算法、更高級的矩陣運算等非常豐富的數學應用功能，特別適合矩陣代數領域。它還具有許多高性能數值計算的高級算法，庫函數極其豐富，使用方便靈活。

(3)編程語言簡易高效。MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短。?MATLAB既具有結構化的控制語句(如for循環、while循環、break語句和if語句)，又有面向對象編程的特性。MATLAB程序書寫形式自由，利用豐富的庫函數避開繁雜的子程序編程任務，壓縮了一切不必要的編程工作。程序限制不嚴格，程序設計自由度大，并且有很強的用戶自定義函數的能力。(2)提供了強大的數學應用功能。MATLAB可進行包括(4)圖形功能強大。在如FORTRAN和C等一般編程語言里，繪圖都很不容易。但MATLAB提供了豐富的繪圖函數命令，使得用戶數據的可視化非常簡單。MATLAB還具有較強的編輯圖形界面的能力，用戶可方便地在可視化環境下進行個性化圖形編輯和設置。(4)圖形功能強大。在如FORTRAN和C等一般編程語(5)提供了功能強大的工具箱。MATLAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數百個核心內部函數。工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱用于多種學科。學科性工具箱專業性比較強，如control、signalprocessing、commumnication、powersystoolbox等。這些工具箱都是由相關領域內的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學科范圍內的基礎程序，直接可以進行高、精、尖的研究。(5)提供了功能強大的工具箱。MATLAB包含兩個部分(6)應用程序接口功能強大。MATLAB提供了方便的應用程序接口，用戶可以使用C或FORTRAN等語言編程，實現與MATLAB程序的混合編程調用。

(7)?MATLAB的缺點。和其它高級程序相比，MATLAB程序的執行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預處理，也不生成可執行文件，程序為解釋執行，因此速度較慢。(6)應用程序接口功能強大。MATLAB提供了方便的應2.?SIMULINK的特點

SIMULINK是一種強有力的仿真工具，它能讓使用者在圖形方式下以最小的代價來模擬真實動態系統的運行。SIMULINK準備有數百種預定義系統環節模型、最先進有效的積分算法和直觀的圖示化工具。依托SIMULINK強健的仿真能力，用戶在原型機制造之前就可建立系統的模型，從而評估設計并修補瑕疵。SIMULINK具有如下特點：

(1)建立動態系統的模型并進行仿真。SIMULINK是一種圖形化的仿真工具，用于對動態系統建模和控制規律的研究制定。由于支持線性、非線性、連續、離散、多變量和混合式系統結構，SIMULINK幾乎可分析任何一種類型的真實動態系統。2.?SIMULINK的特點

SIMULINK是一(2)以直觀的方式建模。利用SIMULINK可視化的建模方式，可迅速地建立動態系統的框圖模型。只需在SIMULINK元件庫中選出合適的模塊并拖放到SIMULINK建模窗口，鼠標點擊連接就可以了。SIMULINK標準庫擁有的模塊超過150種，可用于構成各種不同種類的動態系統。模塊包括輸入信號源、動力學元件、代數函數和非線性函數、數據顯示模塊等。SIMULINK模塊可以被設定為觸發和使能的，能用于模擬大模型系統中存在條件作用的子模型的行為。(2)以直觀的方式建模。利用SIMULINK可視化的建(3)增添定制模塊元件和用戶代碼。SIMULINK模塊庫是可定制的，能夠擴展以包容用戶自定義的系統環節模塊。用戶也可以修改已有模塊的圖標，重新設定對話框，甚至換用其它形式的彈出菜單和復選框。SIMULINK允許用戶把自己編寫的C、FORTRAN、Ada代碼直接植入SIMULINK模型中。(3)增添定制模塊元件和用戶代碼。SIMULINK模塊(4)快速、準確地進行設計模擬。SIMULINK優秀的積分算法給非線性系統仿真帶來了極高的精度。先進的常微分方程求解器可用于求解剛性的和非剛性的系統、具有事件觸發或不連續狀態的系統和具有代數環的系統。SIMULINK的求解器能確保連續系統或離散系統的仿真高速、準確的進行。同時，SIMULINK還為用戶準備了一個圖形化的調試工具，以輔助用戶進行系統開發。(4)快速、準確地進行設計模擬。SIMULINK優秀的(5)分層次地表達復雜系統。SIMULINK的分級建模能力使得體積龐大、結構復雜的模型構建也簡便易行。根據需要，各種模塊可以組織成若干子系統。在此基礎上，整個系統可以按照自頂向下或自底向上的方式搭建。子模型的層次數量完全取決于所構建的系統，不受軟件本身的限制。為方便大型復雜結構系統的操作，SIMULINK還提供了模型結構瀏覽的功能。(5)分層次地表達復雜系統。SIMULINK的分級建模(6)交互式的仿真分析。SIMULINK的示波器可以動畫和圖形顯示數據，運行中可調整模型參數進行What-if分析，能夠在仿真運算進行時監視仿真結果。這種交互式的特征可幫助用戶快速評估不同的算法，進行參數優化。

由于SIMULINK完全集成于MATLAB，在SIMULINK下計算的結果可保存到MATLAB的工作空間中，因而就能使用MATLAB所具有的眾多分析、可視化及工具箱工具操作數據。(6)交互式的仿真分析。SIMULINK的示波器可以動3.?SimPowerSystems庫的特點

SimPowerSystem庫具有如下特點：

(1)使用標準電氣符號進行電力系統的拓撲圖形建模和仿真。

(2)標準的AC和DC電機模型模塊、變壓器、輸電線路、信號和脈沖發生器、HVDC控制、IGBT模塊和大量設備模型。

(3)使用SIMULINK強有力的變步長積分器和零點穿越檢測功能，給出高度精確的電力系統仿真計算結果。3.?SimPowerSystems庫的特點

Si(4)利用定步長梯形積分算法進行離散仿真計算，為快速仿真和實時仿真提供模型離散化方法。這一特性能夠顯著提高仿真計算的速度——尤其是那些帶有電力電子設備的模型。另外，由于模型被離散化，因此可用Real-TimeWorkshop生成模型的代碼，進一步提高仿真的速度。

(5)利用Powergui交互式工具模塊可以修改模型的初始狀態，從任何起始條件開始進行仿真分析，例如計算電路的狀態空間表達、計算電流和電壓的穩態解、設定或恢復初始電流/電壓狀態、電力系統的潮流計算等。(4)利用定步長梯形積分算法進行離散仿真計算，為快速仿(6)提