使用 Simscape Electrical 进行电力系统仿真

开发和运行软件定义电网的最重要应用领域是什么？

重要应用领域包括：

• 大规模 EMT 仿真
• 阻抗扫描和基于仿真的电网规范合规性
• 构网型和跟网型转换器设计与集成
• 数据中心设计

如何实现电力系统仿真快速入门？

对于设计和验证软件定义电网的工程团队，Simscape Electrical 提供了一条实用路径，可在单个仿真环境中连接控制算法、电力电子设备和电网动态特性。MathWorks^® 提供许多自定进度的交互式入门之旅教程，帮助您实现 Simscape Electrical 快速入门。以下入门之旅教程是良好的起点：

• Simscape 入门之旅：这是免费的、自定进度的 1 小时在线课程。您将学习 Simscape™ 的基础知识，以及如何跨多个物理域对动态系统建模。
• 电力系统仿真入门之旅：这是免费的、自定进度的 1.5 小时在线课程，涵盖电力系统仿真的基础知识。您将学习如何对简单微网建模，并评估可再生能源系统的关键控制算法。

MATLAB 和 Simulink 支持哪些电力系统仿真工作流？

电力系统仿真工作流需要 MATLAB^®、Simulink^®、Simscape 和 Simscape Electrical。根据应用范围，可能还有其他产品适合您的工作流。例如，Simulink Control Design™ 提供控制设计和参数优化工作流，而 Simscape Battery™ 提供电池管理系统开发工作流。

EMT 仿真应使用什么求解器？

对于 EMT 仿真，您可以使用定步长求解器，例如后向欧拉或梯形求解器。时间步取决于应用，但对于 50 Hz 和 60 Hz 系统，50 微秒是常见设置

如何选择合适的模型保真度？

模型保真度指特定仿真中包含的详细程度。例如，在为 EMT 仿真对功率转换器建模时，电力系统研究使用三个基本保真度级别。

这三个级别是平均值、平均开关和开关线性：

• 最低保真度是平均值。功率转换器直接模拟调制波，不对器件开关建模。这是最快的仿真选项，适用于不需要谐波信息的研究。
• 下一个保真度级别是平均开关。您可以在比 PWM 发生器时间步更大的时间步上对脉宽调制 (PWM) 求平均值。这种方法能够在更大时间步上进行物理系统仿真，同时准确捕获低阶谐波。此方法也称为子周期平均。
• 开关线性保真度直接对电力电子器件的开关切换进行仿真。在此保真度级别下，您必须选择能够准确捕获物理系统响应中 PWM 开关模式的时间步。

如何构建和扩展大型电力系统模型？

工程师通常以基于文本的文件格式描述大型电力系统，并在构建 EMT 模型之前使用潮流计算工具（例如 MATPOWER）对其进行分析。在这种情况下，您可以创建一个 MATLAB 脚本来读取网络数据。该脚本使用 Simulink API 根据潮流描述以编程方式构建基础电力系统模型。电力系统越大，计算成本越高。推荐方法是将模型分割为更小的子网络。然后通过模型引用或子系统引用等模型架构连接这些子网络。

另一类大型系统包括大型功率转换器拓扑，例如模块化多电平转换器，它们包含许多重复组件。您也可以使用 Simulink API 生成这些架构。

我可以进行输配电系统建模吗？

当然，对平衡和不平衡系统，您都可以建模。在适当情况下，您还可以对多相系统建模。

我可以对长时间研究（例如 8760 小时分析）进行仿真吗？

可以。您可以将 Simscape Electrical 模型配置为以相量模式进行仿真。在此模式下，仿真可以使用任何时间步，包括支持在标准年份内以一小时时间步推进的 8760 小时仿真。此类仿真通常称为准静态仿真。

如何使大型电力系统模型与实时仿真兼容？

没有万能方法，因为某些模型太大，无法实时仿真。但是，在构建和测试模型时，请考虑以下准则：

• 逐步构建电力系统模型，并在桌面上初步评估仿真性能。使用最低模型保真度来实现您的工程目标，并使用固定成本求解器设置。
• 如果在实时环境中测试模型时遇到超限，请考虑将模型分割为更小的子系统，并在实时仿真期间使用更多内核。

是否有方法可以提高实时功率转换器仿真性能？

子周期平均是提高实时仿真性能的常用方法。该方法可以增大物理模型的仿真步长，同时准确捕获低阶开关谐波。子周期平均需要在步长时间和感兴趣的谐波范围之间进行权衡。

或者，当需要完整谐波范围时，您可以用 HDL 代码实现功率转换器模型并将其部署到 FPGA。

如何使用仿真评估电网规范合规性？

要使用仿真模型评估电网规范合规性，请创建测试框架，在低电压扰动、频率扰动或两者同时存在的条件下运行仿真模型。记录测试结果并自动生成报告，以支持整体合规性评估。