SimPowerSystems简介

——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的先进工具。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。它在发电输变电系统和电力分配计算方面提供了强有力的解决方法，尤其是当设计开发内容涉及控制系统设计时，优势更为突出。对于具有复杂自给型供电装置，如汽车、飞机、制造设备上的电气系统和普通用电装置而言，用SimPowerSystems进行分析和设计非常理想。SimPowerSystems是Simulink的一个专用模块集，由电气仿真专家TEQSIMInternational最初开发。该模块集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模块相连接，进行一体化的系统级动态分析。特点•使用标准电气符号进行电力系统的拓扑图形建模和仿真。•为建立详细的电力系统模型提供了广泛全面的模块库。•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；•使用功能强大的Simulink变步长积分器和过零检测功能，给出高度精确的电力系统仿真计算结果。•为快速仿真和实时仿真提供了离散化和信息矢量化方法•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•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，控制测量模块和三相元器件。强大功能全面的模块库SimPowerSystems拥有130多个模块，分别位于6个子模块库中。用户可以同标准的Simulink模块一起使用建立包含电气系统和控制回路的模型，附加的测量模块可以对电路进行傅立叶分析和三相序列分析。SimPowerSystems模块库包含下列6个子模块库:•电源AC和DC电压源，受控电压源和受控电流源。•电流回路元器件包含RLC支路和负载、线性和饱和变压器、电路分离器、传输线模型•电力机械包含完整或简化形式的异步电机，同步电机，永磁同步电机，直流电机，激磁系统和水力和蒸气涡轮-调速系统模型。•电子元器件二极管，简化/复杂晶闸管，GTO，开关，MOSFET，IGBT和通用型桥接管模型。•控制和测量模块电压、电流和电抗测量，RMS测量，有效和无功功率计算，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，三相V-I测量，三相脉冲和信号发生，三相序列分析，三相PLL和连续/离散同步6-，12-脉冲发生器。•三相网络元器件三相RLC负载和支路，断路器和故障点，三相电抗，π型传输线，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可配置三相变压器，分析器和测量。求解技术SimPowerSystems使用Simulink的求解技术可以提供快速精确的仿真结果。Simulink的求解器非常适合求解连续时间系统、离散时间系统、混合系统以及混合信号系统的仿真。求解的过程同时支持了代数约束和状态描述，包括例如系统瞬间变化的中断。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。Simulink中一些变步长的求解技术是专门用来针对刚性系统进行建模仿真，Simulink的过零检测功能确保了能够以足够的机械精度来检测和处理系统中的中断过程。此外，SimPowerSystems还利用了Simulink中的加速器的加速功能，以显著地提高仿真的速度或者减少仿真的时间。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。仿真模型SimPowerSystems提供了两种电力系统连续仿真：离散化仿真和矢量化仿真。离散化仿真可以将模型离散化，使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实时性——尤其是那些带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-TimeWorkshop®生成模型的代码，进一步提高仿真的速度。矢量化仿真利用一些的固有频率的代数方程取代描述电子网络的微分方程。矢量化仿真改善了多机械系统瞬态研究的稳定性。电力系统仿真方法由于SimPowerSystems是与MATLAB无逢结合在一起的，用户可以充分利用MATLAB表达式，工作空间中的变量以及MATLAB的脚本文件，以简化复杂的仿真计算。利用SimPowerSystems，用户可以修改系统的初始状态以便可以从任意的初始条件进行仿真。图形用户界面能够显示测量的电流值和电压值以及所有的状态变量（电感电流和电容电压）。SimPowerSystems提供了电力系统的分析工具包括了：•显示稳态电压和电流•显示并修改初始状态量•计算负载电流和初始化机电模块•当模型中存在阻抗测量模块时可显示阻抗相对频率的变化。•可使用控制系统工具箱的LTIViewer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。Simulink中多领域的物理建模SimPowerSystems提供了Simulink中物理系统仿真的扩展能力。标准的Simulink模块提供了输入和输出信号流的转变功能。就控制系统设计和信号处理应用而言，这样的方法是实际而有效的。对于电力系统中元件的相互作用需要考虑更多的因素。比如在模拟通过一个电阻时电压-电流的关系或者电子元件之间的相互作用时使用单向信号流是不合适的。在SimPowerSystems中，用户可以自己设计一个控制系统作为标准的单向信号流处理模块并且将其与一个电流回路连接起来，而这样的模块建立需要使用Simulink的传统模块和SimPowerSystems专门的物理模块。需要的产品使用SimPowerSystems需要•MATLAB•Simulink相关产品•ControlSystemToolbox•SimMechanics•SimulinkPerformanceTools•Stateflow•xPCTarget