基于MATLAB

基于MATLAB/SIMULINK的线路波过程仿真分析

摘要

电力线路是电力系统的大动脉，它的正常运行将直接关系到整个电力系统的安全和稳定。随着我国国民经济的快速发展，电力工业得到了长足的发展，电力系统的规模也不断扩大，并且在人类社会生活中发挥着日益重要的作用。在理想状态下，能量不会散失（储存于电磁场中）,波也不会衰减和变形，但在实际情况中，由于每条导线都有一定的电阻R,线路绝缘子对地有泄漏电流，发生电晕时，有电晕损失，即电磁波传播出现衰减及变形。所以任何一条线路都是有损耗的，这些损耗在长距离运输中显得更加的明显。所以，研究线路波过程对于提高电能的传输效率有着极为重要的意义。本文尝试弥补这一空白，对电力线路波过程做了初步的研究和探讨。

本文共六章。第一章为绪言部分，重点考察对基于MATLAB/SIMULINK的线路波过程仿真分析研究的意义及其背景介绍。第二章为有关电力线路波过程的理论文献做了总结性的回顾。第三章是对仿真软件的描述。第四章为对仿真结果的研究和讨论。第五章为通过仿真提出对电力线路改造的方法。第六章为结束语。

关键词：SIMULINK 线路波过程 仿真 英文文摘

Analysis of based on MATLAB/SIMULINK Simulation of line wave

Power lines is the main artery of the power system，It will be directly related to the normal operation of the entire power system security and stability. With the rapid development of China's economy，Electric power industry has been rapid development。Electric power systems have become increasingly，In human social life it is also playing an increasingly important role. In ideal state, Energy is not lost(Stored in the electromagnetic field) Wave is not attenuation and deformation. But in reality,Because of each wire has a certain degree of resistance R, There is leakage current from Line to ground. when Corona occurs happen . There is corona loss. That is, The attenuation of electromagnetic wave propagation and deformation. Therefore, any lines have loss. These losses in long-distance transport are even more obvious. Therefore, the study of wave-line process for improving the efficiency of power transmission has a very important significance. This paper attempts to fill this gap. Waving power lines on the process to doing a preliminary study and explore.

There are six chapters in this paper. The first part of Chapter is introduction, the significance of the focus of study based on MATLAB / SIMULINK simulation of the circuit wave analysis and the introduction of background. Chapter II of the power lines of the theory of wave process has done a literature review summary. Chapter III is a description of simulation software。Chapter IV is the simulation results for the study and discussion. Chapter V is for the proposed simulation method of transformation of power lines. Chapter VI is conclusion. Key words: SIMULINK Line-wave process Simulation

目录

摘要····································································1 ABSTRACT································································2 第一章 绪言····························································3

1.1 问题提出························································4 1.2 相关背景························································5

第一章 绪论 1.1 问题提出

电力系统中的架空输电线路，母线，电缆，发电机和变压器绕组等都属于具有分布参数的电路元件。无论发生雷电过电压还是操作过电压，都会在这些线路和设备中产生过渡过程。分布参数的过渡过程本质上是电磁波的传播过程，简称波过程。在理想状态下，能量不会散失（储存于电磁场中）,波也不会衰减和变形，但在实际情况中，由于每条导线都有一定的电阻R,线路绝缘子对地有泄漏电流，发生电晕时，有电晕损失，即电磁波传播出现衰减及变形。所以任何一条线路都是有损耗的，这些损耗在长距离运输中显得更加的明显。所以，研究线路波过程对于提高电能的传输效率有着极为重要的意义。但是以前在这一方面的研究还一直是一个空白。本文尝试弥补这一空白，在研究电力线路波过程的基础上，通过仿真分析找出避免这一问题的方法。

1．2 相关背景及现状

在电力工业一百多年的发展历史中，电力线路作为电能传输的重要媒质，为电力系统的运行和可靠发展发挥了重要的作用。随着我国国民经济的快速发展，电力工业得到了长足的发展，电力系统的规模也不断扩大，并且在人类社会生活中发挥着日益重要的作用。由于电能在电力线路中是以波的形式传播的，即在导线周围空间逐步建立起电场和磁场的过程。在理想状态下，能量不会散失（储存于电磁场中）,波也不会衰减和变形，但在实际情况中，由于每条导线都有一定的电阻R,线路绝缘子对地有泄漏电流，发生电晕时，有电晕损失，即电磁波传播出现衰减及变形。所以任何一条线路都是有损耗的，这些损耗在长距离运输中更加的明显。所以，研究线路波过程对于提高电能的传输效率有着极为重要的意义。

仿真技术20世纪初已得到应用。60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。50年代初，连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。50年代中，人们开始利用数字计算机实现数字仿真。计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后，又出现了混合模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。在发展仿真技术的过程中已研制出大量仿真程序包和仿真语言。70年代后期，还研制成功专用的全数字并行仿真计算机。

1.3 研究思路和方法

本文采取以理论研究为主，结合实际情况的研究方法，通过对单导线波过程，多导线波过程的研究解决问题。

就具体而言，本文采用建立模型，模型分析，提出解决方法的研究方法。在进行仿真建模分析的时候，主要采用模型分析，公式计算和波形分析相结合的方法，最终得出结论。本文在研究线路波过程的时候，自动忽略了其他的一些可能影响线路波过程的自然因素，便于对线路波过程进行深入的研究。

1.4本论文的创新之处

本文在研究电力线路波过程的时候，并没有建立实物模型，而是采用了之前从来没有用在此方面的MATLAB/SIMULINK进行建模仿真分析，仿真的含义就是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。不但减少了不必要的工作量，而且更加使建立模块的用时和成本降低，模块的各个数值更加精确。并且能够快速准确的得出线路波形，使后面的深入研究更加方便，得出的结论更加精确。

第二章 有关软件问题的介绍

2.1 有关MATLAB的介绍

MATLAB是矩阵实验室(MATrix LABoratory) 之意，除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。自1984年问世以来，经历了实践的检验、市场的筛选和时间的凝练，现在已经成为广大科研工作者最可信赖的仿真软件。MATLAB的影响表现在两方面：传统的分析方法、设计程式在MATLAB平台上可以处理得更为简洁、精确和生动多彩；新的分析方法、设计程式正在MATLAB的推动下不断地萌发。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多.在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,c++ ,JAVA的支持.可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用，非常的方便。

Matlab的优势

（1）友好的工作平台和编程环境 （2）简单易用的程序语言

（3）强大的科学计算机数据处理能力 （4）出色的图形处理功能

（5）应用广泛的模块集合工具箱 （6）实用的程序接口和发布平台 （7）应用软件开发（包括用户界面）

2.2 有关SIMULINK的介绍

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，也是MATLAB中的一种可视化仿真工具，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有：

? 适应面广.可构造的系统包括;线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多

任务四散时间系统。

? 结构和流程清晰。它外表以方块图形式呈现，采用分层结构。既适用于自上而下的设计

流程，又适用于自下而上逆程设计。

? 仿真更为精细。它提供的许多模块更为接近实际，为拥护摆脱理想化假设的无赖开辟了

途径。

? 模型内码更容易向DPS，FPGA等硬件移植。

架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB® 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

第三章 有关仿真介绍

2.1仿真的定义

仿真的英文全称是 :Simulation。即:使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目整体的层次上表示的。项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计，一般采用蒙特卡洛进行仿真。

利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。这里所指的模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和离散的各种模型。所指的系统也很广泛,包括电气、机械、化工、水力、热力等系统,也包括社会、经济、生态、管理等系统。当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。仿真的重要工具是计算机。仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。仿真过程包括建立仿真模型和进行仿真