【实战演练】基于MATLAB_Simulink 船舶电力系统建模与仿真

# 2.1 发电机组建模

### 2.1.1 发电机数学模型

发电机组的数学模型描述了其电磁和机械特性。同步发电机是最常用的船舶发电机类型，其数学模型可以表示为：

U = E' - RI

其中：

- U 为端电压
- E' 为励磁电动势
- R 为定子电阻
- I 为定子电流

### 2.1.2 发电机Simulink模型搭建

在Simulink中搭建发电机模型时，可以使用MATLAB/Simulink中的同步发电机模块。该模块包含了发电机的数学模型，并提供了励磁控制和机械特性参数的配置选项。

% 发电机Simulink模型参数
RatedPower = 1000; % 额定功率（kVA）
RatedVoltage = 400; % 额定电压（V）
RatedSpeed = 1800; % 额定转速（rpm）
Xd = 1.5; % d轴电抗（pu）
Xq = 1.0; % q轴电抗（pu）
H = 2; % 惯性常数（s）
D = 0.1; % 阻尼系数（pu）

% 创建同步发电机模块
Generator = simulink.Electrical.Machines.SynchronousGenerator('RatedPower', RatedPower, 'RatedVoltage', RatedVoltage, 'RatedSpeed', RatedSpeed, 'Xd', Xd, 'Xq', Xq, 'H', H, 'D', D);

# 2. 船舶电力系统建模实践

### 2.1 发电机组建模

#### 2.1.1 发电机数学模型

发电机组的数学模型描述了其电磁和机械特性。常用的发电机模型包括：

- **圆柱形模型：**将发电机定子绕组简化为正弦分布的均匀分布，忽略端部效应。
- **两轴模型：**考虑了转子绕组的电磁暂态和机械暂态，适用于动态仿真。
- **饱和模型：**考虑了磁饱和对发电机特性产生的影响，提高了模型的精度。

#### 2.1.2 发电机Simulink模型搭建

在Simulink中搭建发电机模型需要以下步骤：

1. **选择发电机模型：**根据仿真需求选择合适的发电机数学模型。
2. **设置参数：**输入发电机的额定参数，如额定电压、额定电流、惯量等。
3. **连接端子：**将发电机模型的端子与其他系统组件相连。
4. **设置激励系统：**为发电机添加激励系统模型，如自动电压调节器（AVR）。

% 发电机两轴模型
gen_model = 'TwoAxis';

% 设置发电机参数
gen_params = struct(...
    'Sbase', 10000, ...    % 基准视在功率
    'Rs', 0.01, ...       % 定子电阻
    'Xs', 0.1, ...        % 定子电感
    'Xd', 1.5, ...        % d轴电感
    'Xq', 1.2, ...        % q轴电感
    'H', 2, ...           % 惯量
    'D', 0.01 ...         % 阻尼系数
);

% 创建发电机模型
gen = simulink.Electrical.Machines.TwoAxisInductionMachine(...
    'Generator', gen_model, ...
    'Parameters', gen_params ...
);

% 设置发电机激励系统
exciter = simulink.Electrical.Machines.ExcitationSystems.IEEEAC1(...
    'Generator', gen ...
);

### 2.2 配电网络建模

#### 2.2.1 配电网络拓扑结构

船舶配电网络通常采用放射状或环状拓扑结构。放射状结构简单，但可靠性较低；环状结构可靠性高，但复杂度较高。

#### 2.2.2 配电网络Simulink模型搭建

在Simulink中搭建配电网络模型需要以下步骤：

1. **创建母线：**使用Simulink中的Bus Creator模块创建配电网络的母线。
2. **连接支路：**使用Simulink中的Line模块连接母线，形成配电网络的拓扑结构。
3. **设置支路参数：**输入支路的阻抗、电容等参数。
4. **添加变压器：**如果配电网络中存在变压器，则需要添加变压器模