Simulink电力系统仿真常用模块
Simulink电力系统仿真常用模块
1 蓝色库和黑色库的区别
Simulink电路仿真库分为蓝色和黑色库。蓝色库里面的电路元器件更偏向于模拟电路仿真，黑色库里面的电路元器件更偏向于数字电路仿真。需要注意的是，蓝色库和黑色库里面的电路元器件不能混用，蓝色的电路元器件与黑色的电路元器件无法使用导线连接。
2 Simulink库中各电路元器件位置
Matlab版本不同，Simulink电路仿真元器件库位置不太一样。以笔者使用的Matlab R2018a版本为例，电路仿真能用到的电路元器件基本在Simscape的子文件夹下面。（电力仿真模块一般在Simscape/Electrical/Specialized Power Systems目录下，外观是黑色的。当然Simscape/Electrical下面大部分元件是蓝色的）
分享一个寻找电路元器件的小技巧，Simulink在模型库中有搜索功能，只需要输入对应元器件的英文名称再挑选一番便能找到自己需要的元器件模型。后面如果对仿真元器件比较熟悉，可以直接在仿真页面双击搜索需要的元器件。（查找模块的方法可参照：Simulink 查找元器件的四种方法）
3 数字电路仿真常用元器件模型介绍
因为笔者更喜欢用黑色库来进行数字电路仿真，因此只介绍黑色库中的比较常用元器件模型。
| 名字 | 模块 |
|---|---|
| 直流电压源 | DC Voltage Source |
| 三相电源 | Three-Phase Source |
| 三相电压电流测量模块 | Three-Phase V-I Measurement |
| （单相）电阻、电感和电容 | Series RLC Branch |
| 三相电阻、电感和电容 | Three-Phase Series RLC Branch |
| 帕克（反）变换 | abc to dq0，dq0 to abc |
| 电桥 | Universal Bridge |
| 三相断路器 | Three-Phase Breaker |
| 锁相环 | PLL（3ph） |
3.1 电源
交流电压源（AC Voltage Source）：可调节频率、初始相位、幅值的交流电压源。
直流电压源（DC Voltage Source）：可调节幅值的直流电压源。
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Electrical Sources
1000V直流电压源：
三相电源（Three-Phase Source）：三相电源模块实现一个具有内部R-L阻抗的平衡三相电压源。三个电压源在Y中连接，可内部接地或可接近的中性连接。可以通过输入R和L值直接指定源内阻和电感，也可以通过指定源感应短路电平和X/R比间接指定源内阻和电感。
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Electrical Sources
例如：
3.2 三相电压电流测量模块Three-Phase V-I Measurement
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Measurements
三相V-I测量块用于测量电路中的瞬时三相电压和电流。当与三相元件串联时，它返回三个相对地或相对相的峰值电压和电流。
该块可以输出电压和电流单位（pu）值或伏特和安培。
下图为测量电压电流的示例：
具体使用方法可参照：【Simulink】Three-Phase V-I Measurement 使用方法
3.3 （单相）电阻/电容/电感（Series RLC Branch）
电阻/电容/电感（Series RLC Branch）：需要特别说明的是，黑色库里面没有单独的电容、电感、电阻元器件，因此我们需要选择Series RLC Branch，在设置中调整为实际需要的元器件。
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Elements
串联RLC分支：单个电阻、电感或电容、或这些的系列组合。电阻、电感和电容允许为负值。其余模块类似：
3.4 三相电阻/电容/电感（Three-Phase Series RLC Branch）
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Elements
15mH 电感和 0.01Ω 电阻的串联组合：
三相串联RLC支路块由一个电阻、一个电感或一个电容或这些的串联组合组成。
其余类似：
Three-Phase Series RLC Load：
Three-Phase Parallel RLC Load：（恒功率1MW负载）
3.5 帕克（反）变换 abc to dq0，dq0 to abc
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Control & Measurements / Transformations
旧版本中还有一个输入sin_cos，新版本去掉了。
两个参数分别对应不同的派克矩阵：
一般采用 90 degrees behind phase A axis 。
3.6 电桥Universal Bridge
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Power Electronics
Diodes 二极管
Thyristors 晶闸管
GTO 门极可关断晶闸管
MOSFET 电力场效应晶体管
IGBT 绝缘栅双极晶体管
以上开关元器件广泛用于各大电路拓扑网络中，需要注意的是，蓝色库中有名称一样的元器件，在实际仿真过程中不能混用。
3.7 三相断路器Three-Phase Breaker
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Elements
Initial status ：初始状态
（如上图即为关闭）
Switching times ：切换状态的时间
（如下图设置，即为在0.5s时断开）
3.8 锁相环PLL（3ph）
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Control & Measurements / PLL
顾名思义，输入三相电压/电流，可得到相位信息(wt)
参数一般默认即可
用数学模型搭建 PLL 可参考：
【Simulink】锁相环模块
3.9 其它
POWERGUI：必不可缺，可设置仿真模式，仿真参数。
时钟信号（Clock）：仿真时间。
开关（Breaker）：不建议使用。此开关在仿真电路有电流经过的情况下无法断开。
理想开关（Ideal Switch）：开关（Breaker）的升级版，不存在无法断开的BUG。
线性变压器（Linear Transformer）：比较复杂，后续会结合实例单独讲。
3.10 信号类
常数（Constant）：通常作为给定输入信号使用。
信号比较器（Sum）：将两个信号相加或者相减。
PID控制器（PID Controller）：实现PID控制算法。
饱和器（Saturation）：用于限制信号的幅度。
PWM发生器（PWM Generator）：将数字信号转化为模拟信号，数字信号0-1输入对应0-100%占空比输出的PWM波形。
信号运算相关：放大器（Gain）、乘法器（Product）、取绝对值（abs）等。
逻辑门：与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）等。
Goto/From：仿真电路布局神器。为防止仿真走线凌乱，信号可以通过Goto、From以标签的形式连接。相同标签的Goto和From他们是连在一起的。需要注意的是，一个Goto信号对应一个或者多个From信号，但一个From信号不可对应多个Goto信号，要不然Simulink仿真会报错。
wechat- alipay
