如何用matlab扫频法测考虑频率耦合的并网逆变器的序阻抗

Question

Simulink中搭建好仿真后，怎么从仿真中采集注入了小扰动的结果，并利用扫频法画出考虑频率耦合的序阻抗bode图？

Answer 1

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1. 采集仿真结果 在Simulink中，可以通过添加Scopes、To Workspace等工具来采集仿真结果。其中，To Workspace工具可以将仿真结果保存成Matlab变量，方便后续处理。具体操作如下： 1) 在模型中添加To Workspace工具，可在Simulink库中搜索该工具并拖入编辑器中。 2) 右键点击To Workspace工具，在弹出的菜单中选择“参数”，设置“Save format”为“Array”，即将仿真结果保存为矩阵。 3) 在仿真前，需要在Matlab工作空间中创建一个变量，并将其作为保存变量的名称填入To Workspace工具的“Variable name”中。仿真结束后，该变量中即为仿真结果数据。

1. 利用扫频法画出考虑频率耦合的序阻抗bode图 根据序阻抗的定义，可以将其表达为频率响应函数的归一化形式： $Z_{012}(s)=\frac{Z_1(s)}{Z_0(s)}$ 其中，$Z_1(s)$和$Z_0(s)$分别表示正序和零序阻抗。根据定义，序阻抗Bode图要分别绘制正序和零序阻抗的Bode图，并做差得到序阻抗的Bode图。具体操作如下： 1) 在Simulink中，添加Sine Wave工具，作为扫频法的信号源，设置其频率为一定范围内的连续值，例如0~10kHz，步长为10Hz。 2) 将Sine Wave工具的信号分别输入到模型中正序和零序系统的输入端。仿真得到正序和零序系统在频率响应范围内的幅频/相频数据。 3) 利用Matlab绘制正序和零序阻抗的Bode图，分别对应着系统的“Input->Output”传递函数的幅频和相频曲线。 4) 将正序和零序阻抗的Bode图进行差分，得到序阻抗的幅频和相频曲线。 下面是一份示例代码：

% 读取仿真数据
load('sim_data.mat'); % 假设保存数据的变量名为sim_data
freq_range = sim_data.freq_range; % 频率范围
z012 = sim_data.z012; % 序阻抗数据，每一行分别表示频率、正序幅值、正序相位、零序幅值、零序相位
% 绘制正序阻抗幅频曲线
figure(1);
semilogx(freq_range, 20*log10(z012(:, 2)), 'b'); % 正序幅值曲线
xlabel('Frequency (Hz)');
ylabel('Magnitude (dB)');
title('Positive Sequence Impedance Bode Plot');
% 绘制零序阻抗幅频曲线
figure(2);
semilogx(freq_range, 20*log10(z012(:, 4)), 'r'); % 零序幅值曲线
xlabel('Frequency (Hz)');
ylabel('Magnitude (dB)');
title('Zero Sequence Impedance Bode Plot');
% 计算序阻抗幅相曲线
z012_diff = z012(:, 2:5) * [1, 0, -1, 0; 0, 1, 0, -1]'; % 计算正序-零序得到序阻抗
z012_diff_db = 20*log10(z012_diff(:, 1)); % 序阻抗幅值
z012_diff_phase = z012_diff(:, 2); % 序阻抗相位
% 绘制序阻抗幅相曲线
figure(3);
subplot(2,1,1);
semilogx(freq_range, z012_diff_db, 'b');
xlabel('Frequency (Hz)');
ylabel('Magnitude (dB)');
title('Sequence Impedance Bode Plot (Magnitude)');
subplot(2,1,2);
semilogx(freq_range, z012_diff_phase, 'r');
xlabel('Frequency (Hz)');
ylabel('Phase (Degree)');
title('Sequence Impedance Bode Plot (Phase)');