《電氣工程建模與仿真》課程教學(xué)大綱課程編碼：AL042570課程性質(zhì)：限定選修課適用專業(yè)：電氣工程及其自動化學(xué)時學(xué)分：32學(xué)時2學(xué)分所需先修課：線性代數(shù)、計算機語言(C)、自動控制原理一、課程說明1．課程簡介本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)電力系統(tǒng)自動化方向的一門專業(yè)方向限選課程，本課程主要學(xué)習(xí)以Matlab仿真平臺為主的基本構(gòu)架、功能及操作原理，Maltab/Simulink仿真環(huán)境的操作流程及模型庫的功能組成，電力系統(tǒng)潮流計算仿真算例分析、電力系統(tǒng)故障仿真算例分析、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真算例分析以及電力電子技術(shù)等相關(guān)電氣類應(yīng)用技術(shù)的仿真算例分析內(nèi)容。該課程的先修課是自動控制原理、C語言設(shè)計、線性代數(shù)等。本課程可以為后續(xù)控制系統(tǒng)仿真、畢業(yè)設(shè)計以及進入研究生階段學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，保證研究工作的順利開展。2．教學(xué)目標(biāo)要求本課程的教學(xué)目標(biāo)：1）使學(xué)生對Matlab平臺的基本功能和應(yīng)用領(lǐng)域有一般性的了解；2）使學(xué)生深入了解和掌握基于Matlab平臺下，電氣工程仿真的建模機理和步驟，在Simulink模塊仿真環(huán)境下，熟悉模塊庫結(jié)構(gòu)和各模塊的功能屬性，對常用的模塊能夠做到熟練使用；3）掌握Simulink模塊庫中的Simscape/SimPowerSystems模塊庫，了解該庫中各個模型的功能和用途；4）通過Simulink模塊庫常用的模塊學(xué)習(xí)，可以自行搭建常用的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電力電子變換器，通過對控制算法的設(shè)計，實現(xiàn)仿真的正確運行。3．教學(xué)重點難點重點：1）理解電力系統(tǒng)仿真的作用和意義，掌握具體的設(shè)計方法和操作步驟；2）熟悉Matlab平臺結(jié)構(gòu)及功能組件，重點掌握Simulink仿真環(huán)境下建模與仿真；3）熟悉Simulink仿真環(huán)境下常用的模型庫，了解各個模型功能及使用范圍；4）掌握對單個模型功能屬性的設(shè)置，以適應(yīng)仿真需要。難點：1）對Matlab平臺功能的理解與掌握；2）熟悉Simlink仿真環(huán)境下基本功能模塊的屬性設(shè)置和使用；3）對特定的系統(tǒng)仿真進行實際建模與功能實現(xiàn)。4．學(xué)時分配表次序教學(xué)內(nèi)容理論課學(xué)時數(shù)上機學(xué)時第一部分Matlab基礎(chǔ)知識2第二部分Simulink仿真入門2第三部分電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹2第四部分MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實例2第五部分MATLAB在電力系統(tǒng)故障分析中的仿真實例2第六部分MATLAB在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用實例2第七部分MATLAB在微機繼電保護中的應(yīng)用實例2第八部分MATLAB在高壓直流輸電及柔性輸電中的仿真實例2第九部分MATLAB在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的應(yīng)用仿真2上機操作Matlab基礎(chǔ)知識2上機操作電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹2上機操作MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實例2上機操作MATLAB在電力系統(tǒng)故障分析中的仿真實例2上機操作MATLAB在微機繼電保護中的應(yīng)用實例2上機操作MATLAB在高壓直流輸電及柔性輸電中的仿真實例2上機操作MATLAB在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用2小計1814總計325．主要教法、學(xué)法本課程以課堂講授為主，結(jié)合上機實際操作為輔的方式開展教學(xué)，著重對學(xué)生理論聯(lián)系實際以及解決實際工程問題等方面的培養(yǎng)。6．考核方式及標(biāo)準(zhǔn)1）考核目的：考核學(xué)生通過實際建模與仿真操作驗證或解決理論問題的能力，訓(xùn)練和提高學(xué)生動手能力和邏輯思維能力。2）考核形式：隨堂開卷考試形式。3）主要考核內(nèi)容：Matalb仿真平臺軟件安裝、啟動、編程、繪圖以及常用命令；Simulink仿真環(huán)境的啟動、模型檢索與搭建；合理設(shè)置模型參數(shù)使之與仿真要求相匹配；結(jié)合某一實際工程要求，按操作步驟，建立相應(yīng)的仿真模型。4）考核題型：填空，選擇，簡答。5）成績評定：考試成績占總成績的70%，其他（包括考勤、上機操作等）成績占總成績的30%。二、各部分教學(xué)綱要第一部分MATLAB基礎(chǔ)知識（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握Matlab平臺安裝及運行方法，熟悉其工作環(huán)境；了解編程語法及調(diào)試操作；掌握基本的運算和數(shù)學(xué)函數(shù)。本部分重點Matlab平臺功能結(jié)構(gòu)及模塊組成、基本操作、編程環(huán)境及調(diào)試、基本繪圖命令。本部分難點Matlab平臺下的計算程序開發(fā)步驟。教學(xué)內(nèi)容1.MATLAB簡介2.MATLAB工作環(huán)境3.MATLAB7.0的通用命令4.MATLAB的計算基礎(chǔ)5.基本賦值和運算6.MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)7.MATLAB的繪圖功能第二部分Simulink仿真入門（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)熟悉Simulink仿真環(huán)境的啟動和運行，了解和掌握Simulink環(huán)境的主要功能及基本環(huán)境參數(shù)設(shè)置；熟悉Simulink環(huán)境下各類模塊庫功能及使用范圍，實現(xiàn)對所需模塊的查找與使用。本部分重點Simulink仿真環(huán)境的作用和基本使用方法、熟悉電氣工程常用的功能模塊位置及基本屬性設(shè)置。本部分難點各模塊庫中子模塊功能及使用范圍、準(zhǔn)確設(shè)置模塊屬性參數(shù)。教學(xué)內(nèi)容1.Simulink基本操作2.運行仿真及參數(shù)設(shè)置簡介3.創(chuàng)建模型的基本步驟及仿真算法簡介4.子系統(tǒng)及其封裝第三部分電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)熟悉Simulink/Simscape/SimPowerSystems（SPS）中各模型的具體功能，掌握同步發(fā)電機模型、變壓器模型、輸電線路和負(fù)荷模型參數(shù)的常規(guī)設(shè)置步驟；掌握電力系統(tǒng)仿真核心模塊Powergui的功能和設(shè)置方法。本部分重點掌握Simulink/Simscape/SimPowerSystems（SPS）庫下，具體的電力系統(tǒng)元件模型設(shè)置及使用方法，Powergui模塊的功能及作用。本部分難點電力系統(tǒng)具體模塊的參數(shù)設(shè)置及使用方法。教學(xué)內(nèi)容1.同步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型2.變壓器數(shù)學(xué)模型及基于電氣原理圖的變壓器數(shù)學(xué)模型3.輸電線路模型4.負(fù)荷模型5.電力圖形用戶分析界面（Powergui）模塊第四部分MATLAB在電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握MatPower求解電力系統(tǒng)潮流參數(shù)的計算機理，了解MatPower與Powergui在電力系統(tǒng)潮流分析求解過程的差異。本部分重點MatPower和Powergui在電力系統(tǒng)潮流分析領(lǐng)域的應(yīng)用。本部分難點電力系統(tǒng)潮流分析的基本編程思路。教學(xué)內(nèi)容1.MatPower軟件在電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實例2.Powergui在簡單電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實例第五部分MATLAB在電力系統(tǒng)故障分析中的仿真實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握利用Matlab搭建無窮大系統(tǒng)三相短路、同步發(fā)電機三相短路以及小電流接地系統(tǒng)單相故障的建模方法，實現(xiàn)建模仿真過程對理論知識的強化。本部分重點無窮大系統(tǒng)三相短路、同步發(fā)電機三相短路以及小電流接地系統(tǒng)單相故障的建模與仿真實現(xiàn)。本部分難點通過理論分析，驗證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。教學(xué)內(nèi)容1.無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路仿真2.同步發(fā)電機突然短路的暫態(tài)過程仿真3.小電流接地系統(tǒng)單相故障第六部分MATLAB在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的建模方法，熟悉電力系統(tǒng)穩(wěn)定性計算及分析流程。本部分重點電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析建模與仿真。本部分難點結(jié)合電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論分析，驗證仿真的準(zhǔn)確性。教學(xué)內(nèi)容1.簡單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性仿真分析2.簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性仿真分析第七部分MATLAB在微機繼電保護中的應(yīng)用實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)了解微機保護的基本原理，掌握在Matlab/Simulink環(huán)境下對微機保護基本功能的實現(xiàn)，熟悉變壓器、線路故障微機保護的建模過程及思路本部分重點通過Matlab實現(xiàn)電力系統(tǒng)微機保護的基本功能，掌握其設(shè)計方法。本部分難點微機保護算法設(shè)計教學(xué)內(nèi)容1.簡單數(shù)字濾波器的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法2.微機繼電保護算法的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法3.輸電線路距離保護的建模與仿真4.Simulink在變壓器微機繼電保護中的應(yīng)用舉例5.輸電線路故障行波仿真舉例第八部分MATLAB在高壓直流輸電及柔性輸電中的仿真實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握Matlab仿真技術(shù)在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用方法，熟悉晶閘管、IGBT、MOSFET等常用電力電子器件模型的功能設(shè)置及應(yīng)用范圍；掌握SVC、TCSC等電力電子設(shè)備的建模思路。本部分重點熟悉各種電力電子器件模型的使用方法，掌握各種電力電子設(shè)備的建模方法及思路。本部分難點掌握電力電子器件工作特性及適用領(lǐng)域。教學(xué)內(nèi)容1.高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真實例2.靜止無功補償器（SVC）的仿真實例3.晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC）的仿真實例第九部分MATLAB在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的應(yīng)用仿真（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)熟悉風(fēng)力發(fā)電仿真的核心技術(shù)，了解基本建模思路及方法，掌握風(fēng)機模型的參數(shù)設(shè)置。本部分重點風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的建模思路及方法。本部分難點風(fēng)機模型的實際應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容1.定速風(fēng)電機組的仿真實例2.雙饋變速風(fēng)電機組的仿真實例上機操作一、Matlab基礎(chǔ)知識（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)了解Matlab/Simulink的功能和特點，對Matlab軟件有基本的認(rèn)識；熟悉Matlab/Simulink的菜單、工具欄和通用操作界面，掌握Matlab幫助文件的使用；掌握Matlab/Simulink的環(huán)境設(shè)置及Matlab中常用標(biāo)點符號的功能；掌握m文件的建立及開發(fā)流程。本部分重點Matlab的菜單、工具欄、通用操作界面和幫助文件的使用；Matlab的環(huán)境設(shè)置及Matlab中常用標(biāo)點符號的功能；Simulink仿真環(huán)境的作用和基本使用方法、熟悉常用的功能模塊位置及基本屬性設(shè)置；m文件的編輯。本部分難點Matlab的菜單、工具欄和通用操作界面；Matlab幫助文件的使用；m文件的編輯。教學(xué)內(nèi)容1.MATLAB語言基礎(chǔ)2.m文件的建立、編輯與調(diào)試3.Simulink仿真環(huán)境設(shè)置及使用方法上機操作二、電力系統(tǒng)元件模型及模型庫介紹（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握Simulink/Simscape/SimPowerSystems（SPS）中各模型的具體功能，掌握同步發(fā)電機模型、變壓器模型、輸電線路和負(fù)荷模型參數(shù)的常規(guī)設(shè)置步驟；掌握電力系統(tǒng)仿真核心模塊Powergui的功能和設(shè)置方法。本部分重點掌握Simulink/Simscape/SimPowerSystems（SPS）庫下，具體的電力系統(tǒng)元件模型設(shè)置及使用方法，Powergui模塊的功能及作用。本部分難點電力系統(tǒng)具體模塊的參數(shù)設(shè)置及使用方法。教學(xué)內(nèi)容1.Simulink/Simscape/SimPowerSystems（SPS）中各模型的具體功能及使用方法2.SPS模型庫中各模塊屬性設(shè)置上機操作三、Matlab在電力系統(tǒng)潮流計算中的應(yīng)用實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握潮流計算基本流程，理解潮流計算功率、電壓等參數(shù)的計算公式，掌握Matlab、Matpower平臺下計算系統(tǒng)潮流的基本方法及思路。本部分重點Matpower和Matlab平臺下解決電力系統(tǒng)潮流分析的基本方法及思路。本部分難點利用m文件開發(fā)潮流計算程序。教學(xué)內(nèi)容1.m文件的建立、編輯與調(diào)試2.繪制潮流計算的流程圖、建立潮流計算的基本算法上機操作四、Matlab在電力系統(tǒng)故障分析中的仿真實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握電力系統(tǒng)對稱及不對稱短路故障的分析與計算方法，建立Matlab平臺下故障分析的模型，并進行仿真計算。本部分重點Matlab平臺下計算電力系統(tǒng)故障的基本方法及思路。本部分難點利用m文件開發(fā)潮流計算程序。教學(xué)內(nèi)容1.m文件的建立、編輯與調(diào)試2.繪制故障分析的流程圖、建立故障分析Simulink仿真模型上機操作五、Matlab在微機繼電保護中的應(yīng)用實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握電力系統(tǒng)微機保護工作原理及組成，熟悉在Matlab平臺下搭建微機保護模型的基本步驟和模塊。本部分重點Matlab平臺下建立微機保護模型的基本方法及思路。本部分難點微機保護中整定值的算法設(shè)計。教學(xué)內(nèi)容1.微機保護模型所需m文件的建立、編輯與調(diào)試2.繪制微機保護工作流程圖、建立Simulink仿真模型上機操作六、Matlab在高壓直流輸電及柔性輸電中的仿真實例（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC）結(jié)構(gòu)組成、工作原理及特點。理解柔性交/直流輸電的基本概念及結(jié)構(gòu)組成。本部分重點Matlab平臺下高壓直流輸電及柔性輸電系統(tǒng)模型的基本方法及思路。本部分難點高壓直流輸電模型中各個模塊屬性設(shè)置。教學(xué)內(nèi)容1.直流輸電基本模型搭建2.柔性輸電系統(tǒng)模塊使用與基本設(shè)置上機操作七、Matlab在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)掌握整流、逆變等功率變流器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及特點；熟悉一般功率變流器的建模方法及思路。本部分重點Matlab平臺下功率變流器建模的基本方法及思路。本部分難點功率變流器工作