Uabuntsu

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2010.2前言

相信知道或正在准备学习使用SimPowerSystems的朋友都是电气相关专业的人士。SimPowerSystems是一款很优秀的电气仿真软件,本软件的内核是世界上权威的工程师们和科研机构开发的,或者是基于他们的科研成果开发的,因此SimPowerSystems在电路分析、电力系统分析、电机分析、电力电子电路分析及大系统分析中都有令人满意的表现。SimPowerSystems隶属于simulink环境，正如我们期待的，SimPowerSystems有着和simulink及其他工具箱中的模块有着类似的界面和模块形式，这无疑方便了我们的学习。

学习一个应用软件，最好的方法就是进行实际操作，以便熟悉软件工作环境；遇到问题最好的解决方案，就是读产品文档。可以这么说，一个优秀的软件必然配备了优秀的产品文档。然而，SimPowerSystems文档全部以英文给出1，官方至今没有发行过中文版的产品文档。这么，英语不是很好的朋友就有了不少困难。

论坛上发帖求助的朋友很多，我看到有些问题实在不能算是问题，如果他读过文档的话。我觉得有必要做一点译介工作了。

翻译过程中，对产品也有了更为深刻的认识，同时也深感它的文档要是原本翻译出来并不能起到很好的效果！一是产品说明过于细致。鉴于我们学习的人都有一定的相关专业基础和计算机使用基础，很多内容是不必要的。二是结构思路不适合我们知识结构。这一点可能大家会有不同看法，但是就以我个人的学习路线看，确实是这样的。不过这倒是和美国的大学的教科书很相似。三是某些符号的使用和我们有出入，不过稍加修改即可适用于我们。此外，那天偶然在网上看到了网友翻译的文档，下载了看，是原本翻译的，翻译质量也很值得商榷。就是基于以上几点，我决定将翻译的文档重新整理，并且结合我自己的专业学习情况，加进了我的个人理解，叙述方式采取了一种我认为更适合软件学习的策略，进行叙述。大道至简2，我希望我能以最简洁的语言给出最大的知识量。更重要的，将一些重要的设计思想和应用技巧、注意事项凸现出来。

在这里，首先声明下文的几点假设：1.使用过我们亲爱的Window$ 3操作系统，会使用鼠标、键盘，明白单击、选取、拖拽等基本操作。2.知道电路原理、电力电子、电气工程的基本概念。3.你的计算机中装有MATLAB，并确保SimPowerSystems被正确安装。4.我使用的环境是MATLAB 2009b，由于MATLAB 的版本不向下兼容，不能保证低版本也能获得和我一样的仿真效果。5.认识英文字母。

就像其他一切书的前言一样，我要隆重感谢：1.电力电子老师戴鹏，正是受到戴老师的鼓励才有了翻译文档的想法。戴老师在课堂上介绍了很多有趣的经验，让我见识到很多课本上根本不会写的东西，对理论知识有了原来不曾有过的认知。

2.MathWorks公司，没有他们公司的这个软件，我的翻译就无从谈起；它的文档也是我写作的一个基础。

1

不知道是ＭａｔｈＷｏｒｋｓ公司没人懂中文还是瞧不起中国人，抑或觉得没必要？　

２　爱因斯坦博士也说过，Ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｔｈｅ　Ｎａｔｕｒｅ．　

３有能力或者有兴趣的改用Ｌｉｎｕｘ吧，Ｍａｔｌａｂ也有Ｌｉｎｕｘ版本的。　

　第一章序言

可爱的M$前总裁Gates说

如果哪一天Google宣布

比萨饼要开源了，那么

比萨饼也要免费1

1.1版权

作者是Google的狂热分子，热衷于Google的所有产品，当然除了墙那边的几株花香。Google的开源和免费个人十分推崇。作者最近在大家都在玩游戏的大环境下也玩起了游戏，最终选定的是一款叫Linux的大型游戏，非常好玩，沉湎其中。Linux的精神让我欣喜若狂。

写作本文是出于兴趣，出于知识共享与交流。按照软件GNU/GPL宣言类似的，也说几句：在作者名字不被修改或删除的情况下，本文可以任意传播，但不允许任何个人和单位藉此谋取利益。如果你对本文做出了修改，发个邮件告诉作者，解释一下修改了什么地方；修改后再发布可以加上你的名字，不过要放在原作者后面。

1.2排版约定

排版的philosophy是尽量大方、尽量美观、尽量使文章条理清晰2。

章节号使用宋体二号;标题使用宋体小三号;子标题使用宋体四号;正文中文使用宋体小四号，英文使用Calibri小四号;文中的注意部分会用加粗斜体标示出来;关键操作步骤加粗表示。

每章开头一般会有几个段子，表达一下本章的主旨或者作者的感慨，大概属于废话，使用黑体五号。

注释部分使用仿宋小五号。

概括出的类似设计思想级的内容使用仿宋小四号前后空行突出表示。

属于在MATLAB或者simulink中输入的文字，一般使用MATLAB默认的字体：Monospaced。

1.3免责声明

作者水平不是很高，因此会对你造成很大程度上的误导作用，可能你会不知不觉被忽悠，认同作者的观点和观念，作者对此深表遗憾并概不负责！不过既然你是免费得到它的，如果你不否认自己已成年，应该学着对自己的行为负责3。

作者时不时的会教唆你使用一些危险的、可能会导致你的机器死机甚至崩溃的技法，请你仔细甄别。不过这些技法如果你仔细看后才使用，我相信这个甄别能力该是有的。

1.4作者的配置

32位系统，CPU:Celeron T1600 双核1.66GHz，内存：2.97G。操作系统：M$的Windows 7企业版。MATLAB：R2009b (7.9.0.529)。

１在Ｇｏｏｇｌｅ帝国尚未崛起时，M$就看出Ｇｏｏｇｌｅ的威胁了，现在看确实是这样。　

２搓澡的也有搓澡的哲学；上述三点同等重要，排名不分先后。　

３连这个都做不到，我教你这些技术有什么用！　仿真中有大量的数学计算,主要是微分方程的计算,制约计算速度的主要是CPU的主频和计算机字长.位系统和更高的主频不出意外会获得更快的计算速度。

1.5开发者1

前面说到SimPowerSystems基于世界上权威的学术研究机构和工程师的科研成果。现在揭开它的神秘面纱：SimPowerSystems的主要开发机构是加拿大魁北克的Hydro-Québec研究所（IREQ）和École de Technologie Supérieure（ETS）。这两个机构有多权威我只是根据它自己的一个简介，自己说自己难免要涂脂抹粉。打个八折算吧，还是挺权威的。

IREQ的Gilbert Sybille是SimPowerSystems软件的最初开发者，任技术协调。他可以称得上是SimPowerSystems之父。其中的设计思想和整体架构受到他很大的影响。他也是理想开关解决方案、相量仿真、离散化技术的开发者。同属IREQ 的Patrice Brunelle，是主要软件工程师，图形用户界面的开发者，与simulink环境进行整合者。不知恰当否，Gilbert是SimPowerSystems的灵魂，Patrice是SimPowerSystems的肉体。

来自ETS的工程师和研究人员主要参与的是一些库模型的研制和测试。

1

这里只列出最主要、起过核心作用的的开发者，参与开发的其实还有很多人，一个具体的列表参见文档的ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ。　

　第二章初探门径

登高必自卑

行远必自迩

——古训废话扯了半天，该进入正题了。

2.1仿真的价值所在

想学会怎么使用本软件,只要会点鼠标会敲键盘就足够了;想学好本软件使它能为我所用则必须有深厚的理论基础.SimPowerSystems本质上是一个建模仿真

软件，它不会根据你的需要自己建立模型，它还没有达到第五代建模的境界。它能做的，也是能做好的，就是将你自己建立好的模型予以实现，就像现场搭建电路一样，同时能方便的给出你想要的结果。永远记住，软件只是一个好用的工具，不能取代人工的思考，一个技术人员的创造力的体现就是如何最好的建立一个模型。

仿真的价值在于我们可以不用考虑实际实现的巨大成本，用一台计算机先验证一下所设计的电路的功能、性能。对于初学者，仿真的重要性是验证电路的正确性，以一种直观的形式增加对基本电路的认知；对于设计人员，仿真的重要性是缩短开发周期节约开发成本。仿真的时候，我们可以随意的改变某一参数观察其对电路性能的影响，可以随意改变某些连线观察结果，可以随意制造故障等等，这些改动的最坏的结果不过是仿真时给出一个警告或者不能通过仿真而已，而这个在实际中是很难想象的，有些改动的结果是严重的。

不过，通过仿真的系统实际搭建起来也不见得像仿真时一样得到有利的结果。虽然SimPowerSystems中的模块很多都是采用了一定的某些来尽可能模拟实际情况，但是这种近似仍然是单纯的，实际的噪声很多是不能模拟到的。

2.2 SimPowerSystems库简介

SimPowerSystems元件库提供了典型的电气设备和元件。比如变压器、传输线、电机、电力电子器件等等。

首先整体上看一下SimPowerSystems的组织情况。

在MATLAB命令行中敲出powerlib，打回车，就打开了SimPowerSystems的元件库了，看图：

或者进入simulink环境从，左侧的选出SimPowerSystems，看图：

下面依次介绍一下几个子库。

Electrical Sources，电源库，内有各种电源，交流电压源、交流电流源、直流电压源、受控电压源、受控电流源、电池、三相电源、三相可编程电压源。能想到的电源都在里面了。

Elements，元件库，必须说明一下，严格的说，电源、电机、电力电子器件都是元件，但是由于它们都具有自身“另类”的特点和性质，专门列出了。本库中有开关、传输线、电阻、电感、电容、变压器、故障等，单相的三相的都有。

Machines，电机库，里面有各种各样的电机，同步、异步、永磁、步进等，还分别给出了部分电机的简化模型和详细模型，SI单位制模型和标幺值模型。使用起来很方便。

Measurements，测量库，里面有各种测量设备，电压、电流、阻抗测量，三相电流电压测量，还有万用表。

Power Electronics，电力电子库，里面包括二极管、晶闸管、理想开关、通用桥、IGBT等电力电子器件。

Application，应用库，这里面是一些整合的应用小系统，有风力发电机、特种电机等，自己可以拉出来看一下。

Extra，附加库。这里面有一些新的东西，很多是可以用其他器件搭建起来的的等价模型，这就简化了电路的连接。下含有control block、discrete control block、discrete measurements、measurements、phasor library等子库。中间就有PLL，单稳态、PWM发生器、FFT、有功无功测量、有效值、平均值、相量测量等等非常有用的模块。随着学习的深入将逐步介绍这个非常重要的库。

以上就是SimPowerSystems的简单情况，可以看出模块组织是很有条理的，完全没必要记住库的细节，只要用的时候能找的找就行了，上面介绍的目的也就是希望能对库的组织有一个整体的认识，没事的时候可以用鼠标随便的点一下各个库，对库越熟悉越好，找的时候可以快一点。

经常使用的但是不在SimPowerSystems中的是gain和scope（显示设备），scope的使用其实是很有学问的，后面介绍。

2.3单位

要知道电压、电流、电感、电容、电阻、功率、频率、角度等基本物理量是怎么计量的，知道SI和标幺值是什么意思1。

2.4搭建第一个电路

现在我们可以搭建一个电路了，说明一下搭建电路需要注意的问题和一些好的习惯与技巧。我们要搭建的电路的最终结果是这样的：

1.新建一个simulink model文件。首先进入simulink界面。就像其他windows应用程序一样，可以通过点击“新建”快捷菜单，这个图标长的和Word中的新建是很像的；可以使用快捷键Ctrl+N；可以通过file->new->model。至于怎么弄，依照个人习惯而定2。

2.保存新建的文件。这是一个好习惯，放置出现意外使半天的劳动成果毁掉。为了叙述方便，我存为circuit_1.mdl。保存也有三种操作方法：快捷菜单、快捷键和菜单操作，和Word一样。

3.参照上图，将需要的模块“拖出来”。拖出来的分解动作是：左键选中模块，按住左键将其拖拉到工作空间中，本例中就是circuit_1的空间，在合适的地方释放左键。另外的方法：左键选中模块，使用快捷键CTRL+I或者右击模块选弹出快捷菜单的Add to ccircuit_1，模块自己就到circuit_1中去了，不过这种方法不能控制它到空间中的位置。因此，还是推荐“拖”。一句话：我拖了，你随意！其中增益模块和显示设备模块在simulink工具箱中。其中增益模块在common used blocks中，scope在sinks中。

4.重命名拖出来的模块。给用到的模块重新取一个名字，这是一个好习惯。既方便自己也方便别人。命名原则就是能根据名称看出它的功能；尽量简洁；符合行业规定和一般习惯。比如，电压源一般命名为Vs，等效电阻命名为R_eq。

1

不知道的查查物理书或者电工手册，没时间介绍这个。

2

这就好比是“回”字的四种写法，后面有很多这样的玩意。

5.细心的朋友已经发现，SimPowerSystems中是没有单独的电阻的。它提供的是RLC，有并联和串联两种形式。我们利用它通过参数的设置可以构造出各种各样的RLC 拓扑连接，当然，单独的R,L,C都是能够构造出来的啦！以并联RLC支路（Parallel RLC Branch）为例。双击它打开参数设定对话框。有一个Branch type下拉菜单框，里面有R/C/L/RL/RC/LC/RLC和open circuit(开路)共8中情况。根据需要选一个就行了。如果你知道L设为inf就相当于断路，设为0就相当于短路，C设为inf就相当于短路，设为0相当于断路，R设为inf相当于断路，设为0相当于短路，那么你可以不用修改Branch type，直接写参数就行了！最终的显示效果和仿真效果都是一样的。

6.本例中的传输线采用的不是理想模型而是实际近似模型,PI型等效。至于PI型等效是什么,请翻阅<电路原理>教程.

7.支路电抗器使用电阻和电感的串联来建模.我们可以用两种方法来实现它.第一个就是使用串联RLC支路,不过要手工根据品质因数和无功功率计算RL参数;一个就是使用串联RLC负载(Series RLC Load,和Series RLC Branch长的太像了！不过打开对话框会发现他们的本质不同),可以直接设定支路电抗器所吸收的无功功率. 8.参数设置1。这个电路其实是国外的典型735KV电力系统的其中一相模拟。典型参数设置如下。电压源为：424.4KV RMS, 0°相位，60HZ；电压源内阻Rs_eq为2Ω，Z_eq为L=26.525mH , C=117.84uF , R=180.1Ω；传输线为R=0.011Ω/KM ,

L=0.8674/KM , C=13.41nF/KM;电抗器Q=110MVars ,品质因数300，424.4KV , 60HZ。这里只说一下传输线和电抗器的设置方法，其他几个打开对话框很容易看明白。传输线要设定的每KM的RLC值和长度，本例我们设置长度为300KM，最后一个参数是PI的数量，数量越多越接近实际情况，但是仿真时需要的计算量越大。这里需要折中考虑，本例中就取为10吧；电抗器我们使用Series RLC Load建模，方便嘛！根据上面的要求，设定为Vn, 424.4e3 V ；fn ,60 Hz；P ,110e6/300 W；QL, 110e6 vars；Qc, 0

9.测量。本例中我们测量了节点B1和B2的电压，节点标号怎么添加？很简单，在你想添加的地方空白处双击鼠标左键就行了，出现一个文本输入框，将你想输入的文字敲进去就行了。为什么要用一个电压测量模块，把B1节点直接扯根线接到scope上不行吗？不行，根本连不上，出现的是一根红线！为什么？这是因为这两个模块属于不同的工具箱，不同的信号是不能互联的！电气信号只能和电气信号相连。电压测量的作用就是一个信号转换的作用，将电信号转换为simulink 信号。同理，电流测量也是类似的作用。专业术语叫“接口”。同时，接入电压、电流测量模块的时候要注意极性，就像使用实际的电流表电压表一样。

10.接到显示设备（scope）。电气上有时候更喜欢使用标幺值pu，而不是标准单位SI。他们之间存在确定的转换关系。标幺值是一种归一化的值，将实际电压值比上一个电压基值就得到了这个电压值的标幺值。电压基值可以取峰值也可以取有效值，甚至你可以随便取一个值！可以看出，标幺值在相对性上优势明显。本例中，我们按照“行规”，取电压基值为电压峰值。因此，K值为：

双击增益模块，在gain栏中输入这个K值就行了，不用算出来，直接输入MATLAB 认可的数学表达式即可，不过这个不在本文讨论范畴。

1

我不愿意再计算各种参数，因此照抄了文档中的一个例子。

11.添加Powergui模块。没有它是不能仿真的！这个模块中存放的是电路模型的数学模型，比如，连续模型中，它里面存放的是电路的状态方程。也就是说，外壳是你看到的电路，实际上MATLAB是不认识这些元器件的，MATLAB只会解方程，尤其是矩阵方程。

12．现在，万事具备了，可以开始仿真了。启动仿真有三种方法。一是直接点击工具栏中的仿真按钮，是一个向右的黑三角，长的十分像播放器的“播放”

按钮。其实这就是传说中的接口趋同化。因为，在这里，所谓仿真和播放器播放实现的是同样的功能！我们设置软件界面，一定也要尊重这种大众已经习惯的按钮标识。第二种是菜单simulation->start。第三种就是使用快捷键Ctrl+T。三种的效果是一致的1。

13.双击打开scope，观看电压波形情况。就像前面说的，你可以修改某些参数，看其对电压波形，也就是对电路性能的影响。

到此为止，我们介绍了一些基本概念，提出了一些基本要求，完成了一个基本电路的仿真。其中涉及到的一些技巧以及注意事项大家还要仔细领会和体味。一些更复杂的技巧，在后面的章节中将一一道来。

1

补充一句，算是“‘回’字四种写法的再研究”。中国古语讲，殊途而同归，异曲而同工。虽然达到了同样的目的，但是不同手段的简易程度、耗费时间（精力……）是不一样的。如果只是追求结果，邓总经理的‘不管黑猫白猫’就是真理；如果讲求效率，那么，你接着看下去吧！下载本文