電力系統(tǒng)的MATLAB_SIMULINK仿真及應(yīng)用4

1、第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 4.1 同步發(fā)電機(jī)模型同步發(fā)電機(jī)模型 4.2 電力變壓器模型電力變壓器模型 4.3 輸電線路模型輸電線路模型 4.4 負(fù)荷模型負(fù)荷模型 習(xí)題習(xí)題 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 4.1 同步發(fā)電機(jī)模型同步發(fā)電機(jī)模型4.1.1 同步發(fā)電機(jī)等效電路同步發(fā)電機(jī)等效電路SimPowerSystems中同步發(fā)電機(jī)模型考慮了定子、勵(lì)磁中同步發(fā)電機(jī)模型考慮了定子、勵(lì)磁和阻尼繞組的動(dòng)態(tài)行為，經(jīng)過和阻尼繞組的動(dòng)態(tài)行為，經(jīng)過Park變換后的等值電路如圖變換后的等值電路如圖4-1所示。所示。圖圖4-1 同步發(fā)電機(jī)等效電路圖同步發(fā)電機(jī)等效電路圖(a

2、) d軸等效電路；軸等效電路；(b) q軸等效電路軸等效電路 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 該等值電路中，所有參數(shù)均歸算到定子側(cè)，各變量下該等值電路中，所有參數(shù)均歸算到定子側(cè)，各變量下標(biāo)的含義如表標(biāo)的含義如表4-1所示。所示。表表4-1 同步發(fā)電機(jī)各變量下標(biāo)的含義同步發(fā)電機(jī)各變量下標(biāo)的含義第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 因此， 圖 4-1 中， Rs、Ll為定子繞組的電阻和漏感，dRf 、df lL為勵(lì)磁繞組的電阻和漏感，dRk 、dLlk為 d 軸阻尼繞組的電阻和漏感，1kqR、1lkqL為 q 軸阻尼繞組的電阻和漏感，2kqR、2lkqL為考慮轉(zhuǎn)子棒和大電機(jī)深處轉(zhuǎn)子棒的渦流或者小電機(jī)

3、中雙鼠籠轉(zhuǎn)子時(shí) q 軸阻尼繞組的電阻和漏感，Lmd和Lmq為 d 軸和 q 軸勵(lì)磁電感， Rq和 Rd為 d 軸和 q 軸的發(fā)電機(jī)電勢(shì)。 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 4.1.2 簡化同步電機(jī)模塊簡化同步電機(jī)模塊簡化同步電機(jī)模塊忽略電樞反應(yīng)電感、勵(lì)磁和阻尼繞簡化同步電機(jī)模塊忽略電樞反應(yīng)電感、勵(lì)磁和阻尼繞組的漏感，僅由理想電壓源串聯(lián)組的漏感，僅由理想電壓源串聯(lián)RL線路構(gòu)成，其中線路構(gòu)成，其中R值和值和L值為電機(jī)的內(nèi)部阻抗。值為電機(jī)的內(nèi)部阻抗。SimPowerSystems庫中提供了兩種簡化同步電機(jī)模塊，庫中提供了兩種簡化同步電機(jī)模塊，其圖標(biāo)如圖其圖標(biāo)如圖4-2所示。圖所示。圖4-2(a)為標(biāo)

4、幺制單位為標(biāo)幺制單位(p.u.)下的簡化下的簡化同步電機(jī)模塊，圖同步電機(jī)模塊，圖4-2(b)為國際單位制為國際單位制(SI)下的簡化同步電下的簡化同步電機(jī)模塊。簡化同步電機(jī)的兩種模塊本質(zhì)上是一致的，唯一機(jī)模塊。簡化同步電機(jī)的兩種模塊本質(zhì)上是一致的，唯一的不同在于參數(shù)所選用的單位。的不同在于參數(shù)所選用的單位。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-2 簡化同步電機(jī)模塊圖標(biāo)簡化同步電機(jī)模塊圖標(biāo)(a) 標(biāo)幺制；標(biāo)幺制；(b) 國際單位制國際單位制 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 簡化同步電機(jī)模塊有簡化同步電機(jī)模塊有2個(gè)輸入端子，個(gè)輸入端子，1個(gè)輸出端子和個(gè)輸出端子和3個(gè)個(gè)電氣連接端子。電氣連接端

5、子。模塊的第模塊的第1個(gè)輸入端子個(gè)輸入端子(Pm)輸入電機(jī)的機(jī)械功率，可以輸入電機(jī)的機(jī)械功率，可以是常數(shù)，或者是水輪機(jī)和調(diào)節(jié)器模塊的輸出。是常數(shù)，或者是水輪機(jī)和調(diào)節(jié)器模塊的輸出。模塊的第模塊的第2個(gè)輸入端子個(gè)輸入端子(E)為電機(jī)內(nèi)部電壓源的電壓，可為電機(jī)內(nèi)部電壓源的電壓，可以是常數(shù)，也可以直接與電壓調(diào)節(jié)器的輸出相連。以是常數(shù)，也可以直接與電壓調(diào)節(jié)器的輸出相連。模塊的模塊的3個(gè)電氣連接端子個(gè)電氣連接端子(A，B，C)為定子輸出電壓。為定子輸出電壓。輸出端子輸出端子(m)輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，共由輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，共由12路信號(hào)組路信號(hào)組成，如表成，如表4-2所示。所示。 第4章 電力

6、系統(tǒng)主要元件等效模型 表表4-2 簡化同步電機(jī)輸出信號(hào)簡化同步電機(jī)輸出信號(hào)第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 通過電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器通過電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器(Machines Measurement Demux)模塊可以將輸出端子模塊可以將輸出端子m中的各路信號(hào)分離出來，典中的各路信號(hào)分離出來，典型接線如圖型接線如圖4-3所示。所示。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-3 簡化同步電機(jī)輸出信號(hào)分離接線簡化同步電機(jī)輸出信號(hào)分離接線第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 雙擊簡化同步電機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，雙擊簡化同步電機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖如圖4-4所示。所示。圖圖4-4

7、 簡化同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框簡化同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “連接類型連接類型”(Connection type)下拉框：定義電機(jī)的下拉框：定義電機(jī)的連接類型，分為連接類型，分為3線線Y型連接和型連接和4線線Y型連接型連接(即中線可見即中線可見)兩兩種。種。(2) “額定參數(shù)額定參數(shù)”(Nom. power, L-L volt.，and freq.)文本文本框：三相額定視在功率框：三相額定視在功率Pn(單位：單位：VA)、額定線電壓有效值、額定線電壓有效值Vn(單位：單位：V)、額定頻率、額定頻率fn(單位

8、：單位：Hz)。(3) “機(jī)械參數(shù)機(jī)械參數(shù)”(Inertia, damping factor and pairs of poles)文本框：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量文本框：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J (單位：單位：kgm2)或慣性時(shí)間常數(shù)或慣性時(shí)間常數(shù)H (單位：單位：s)、阻尼系數(shù)、阻尼系數(shù)Kd (單位：轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值單位：轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值/轉(zhuǎn)速的標(biāo)幺轉(zhuǎn)速的標(biāo)幺值值)和極對(duì)數(shù)和極對(duì)數(shù)p。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (4) “內(nèi)部阻抗內(nèi)部阻抗”(Internal impedance)文本框：單相電阻文本框：單相電阻R (單位：單位：或或p.u.)和電感和電感L(單位：單位：H或或p.u.)。R和和L為電機(jī)內(nèi)為電機(jī)內(nèi)部阻抗，設(shè)

9、置時(shí)允許部阻抗，設(shè)置時(shí)允許R等于等于0，但，但L必須大于必須大于0。(5) “初始條件初始條件”(Init. cond.)文本框：初始角速度偏移文本框：初始角速度偏移(單位：單位：)，轉(zhuǎn)子初始角位移，轉(zhuǎn)子初始角位移e(單位：單位：)，線電流幅值，線電流幅值ia、ib、ic(單位：單位：A或或p.u.)，相角，相角pha、phb、phc(單位：單位：)。初始條件可以由初始條件可以由Powergui模塊自動(dòng)獲取模塊自動(dòng)獲取(見見5.1節(jié)節(jié))?！纠纠?.1】額定值為】額定值為50 MVA、10.5 kV的兩對(duì)極隱極同的兩對(duì)極隱極同步發(fā)電機(jī)與步發(fā)電機(jī)與10.5 kV無窮大系統(tǒng)相連。隱極機(jī)的電阻無窮大

10、系統(tǒng)相連。隱極機(jī)的電阻R=0.005 p.u.，電感，電感L=0.9 p.u.，發(fā)電機(jī)供給的電磁功率為，發(fā)電機(jī)供給的電磁功率為0.8 p.u.。求穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率角和電磁功率。求穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率角和電磁功率。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 解：解：(1) 理論分析。由已知，得穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)理論分析。由已知，得穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速速n為為n=1500 r/min (4-1)其中，其中，f為系統(tǒng)頻率，按我國標(biāo)準(zhǔn)取為為系統(tǒng)頻率，按我國標(biāo)準(zhǔn)取為50 Hz；p為隱極機(jī)的為隱極機(jī)的極對(duì)數(shù)，此處為極對(duì)數(shù)，此處為2。電磁功率電磁功率Pe=0.8 p.u.，功率角，功率角為

11、為 (4-2)其中，其中，V為無窮大系統(tǒng)母線電壓；為無窮大系統(tǒng)母線電壓；E為發(fā)電機(jī)電勢(shì)；為發(fā)電機(jī)電勢(shì)；X為隱為隱極機(jī)電抗。極機(jī)電抗。(2) 按圖按圖4-5搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱及提搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表取路徑見表4-3。pf6005.46119 . 08 . 0arcsinarcsineEVXP第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-5 例例4.1的仿真電路圖的仿真電路圖第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 表表4-3 例例4.1仿真電路模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (3) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊簡化

12、同步電機(jī)模塊，設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊簡化同步電機(jī)模塊，設(shè)置電機(jī)參數(shù)如圖設(shè)置電機(jī)參數(shù)如圖4-6所示。所示。圖圖4-6 例例4.1的同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置的同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 在常數(shù)模塊在常數(shù)模塊Pm的對(duì)話框中輸入的對(duì)話框中輸入0.805，在常數(shù)模塊，在常數(shù)模塊VLLrms的對(duì)話框中輸入的對(duì)話框中輸入1.04(由由Powergui計(jì)算得到的初始參計(jì)算得到的初始參數(shù)數(shù))。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分離第。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分離第49、11、12路信號(hào)。選路信號(hào)。選擇器模塊均選擇擇器模塊均選擇a相參數(shù)通過。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速為相參數(shù)通過。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速為標(biāo)幺值，因此使

13、用了一個(gè)增益模塊將標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)標(biāo)幺值，因此使用了一個(gè)增益模塊將標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為有單位換為有單位r/min表示的轉(zhuǎn)速，增益系數(shù)為表示的轉(zhuǎn)速，增益系數(shù)fK(4-3) 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 兩個(gè)兩個(gè)Fourier分析模塊均提取分析模塊均提取50 Hz的基頻分量。的基頻分量。交流電壓源交流電壓源Va、Vb和和Vc為頻率是為頻率是50 Hz、幅值是、幅值是10.5 / kV、相角相差、相角相差120的正序三相電壓。三相電壓電流的正序三相電壓。三相電壓電流測(cè)量模塊僅用作電路連接，因此內(nèi)部無需選擇任何變量。測(cè)量模塊僅用作電路連接，因此內(nèi)部無需選擇任何變量。打

14、開菜單打開菜單SimulationConfiguration Parameters，在圖，在圖4-7的的“算法選擇算法選擇”(Solver options)窗口中選擇窗口中選擇“變步變步長長”(variable-step)和和“剛性積分算法剛性積分算法(ode15s)”。23第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-7 例例4.1的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (4) 仿真及結(jié)果。開始仿真，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和仿真及結(jié)果。開始仿真，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)子角，波形如圖轉(zhuǎn)子角，波形如圖4-8所示。所示。仿真開始時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率由仿真開始時(shí)，發(fā)電機(jī)

15、輸出的電磁功率由0逐步增大，機(jī)逐步增大，機(jī)械功率大于電磁功率。發(fā)電機(jī)在加速性過剩功率的作用下，械功率大于電磁功率。發(fā)電機(jī)在加速性過剩功率的作用下，轉(zhuǎn)速迅速增大，隨著功角轉(zhuǎn)速迅速增大，隨著功角d的增大，發(fā)電機(jī)的電磁功率也增的增大，發(fā)電機(jī)的電磁功率也增大，使得過剩功率減小。當(dāng)大，使得過剩功率減小。當(dāng)t=0.18 s時(shí)，在阻尼作用下，過時(shí)，在阻尼作用下，過剩功率成為減速性功率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開始下降，但轉(zhuǎn)速仍然剩功率成為減速性功率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開始下降，但轉(zhuǎn)速仍然大于大于1500 r/min，因此功角，因此功角d繼續(xù)增大，直到轉(zhuǎn)速小于繼續(xù)增大，直到轉(zhuǎn)速小于1500 r/min后后(t=0.5 s)，功角開始減

16、小，電磁功率也減小。，功角開始減小，電磁功率也減小。t=1.5 s后，在電機(jī)的阻尼作用下，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在后，在電機(jī)的阻尼作用下，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1500 r/min，功率穩(wěn)，功率穩(wěn)定在定在0.8 p.u.，功角為，功角為44。仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致。仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖4-8 例4.1的仿真波形圖 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 4.1.3 同步電機(jī)模塊同步電機(jī)模塊SimPowerSystems庫中提供了三種同步電機(jī)模塊，用于庫中提供了三種同步電機(jī)模塊，用于對(duì)三相隱極和凸極同步電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，其圖標(biāo)如圖對(duì)三相隱極和凸極同步電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，其圖標(biāo)如圖4-9所示

17、。圖所示。圖4-9(a)為標(biāo)幺制為標(biāo)幺制(p.u.)下的基本同步電機(jī)模塊，圖下的基本同步電機(jī)模塊，圖4-9(b)為標(biāo)幺制為標(biāo)幺制(p.u.)下的標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊，圖下的標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊，圖4-9(c)為國際為國際單位制單位制(SI)下的基本同步電機(jī)模塊。下的基本同步電機(jī)模塊。 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-9 同步電機(jī)模塊圖標(biāo)同步電機(jī)模塊圖標(biāo)(a) p.u.基本同步電機(jī)；基本同步電機(jī)；(b) p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)；標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)；(c) SI基本同步電機(jī)基本同步電機(jī) 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 同步電機(jī)模塊有同步電機(jī)模塊有2個(gè)輸入端子、個(gè)輸入端子、1個(gè)輸出端子和個(gè)輸出端子和3個(gè)

18、電氣個(gè)電氣連接端子。連接端子。模塊的第模塊的第1個(gè)輸入端子個(gè)輸入端子(Pm)為電機(jī)的機(jī)械功率。當(dāng)機(jī)械為電機(jī)的機(jī)械功率。當(dāng)機(jī)械功率為正時(shí)，表示同步電機(jī)運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī)模式；當(dāng)機(jī)功率為正時(shí)，表示同步電機(jī)運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī)模式；當(dāng)機(jī)械功率為負(fù)時(shí)，表示同步電機(jī)運(yùn)行方式為電動(dòng)機(jī)模式。在械功率為負(fù)時(shí)，表示同步電機(jī)運(yùn)行方式為電動(dòng)機(jī)模式。在發(fā)電機(jī)模式下，輸入可以是一個(gè)正的常數(shù)，也可以是一個(gè)發(fā)電機(jī)模式下，輸入可以是一個(gè)正的常數(shù)，也可以是一個(gè)函數(shù)或者是原動(dòng)機(jī)模塊的輸出；在電動(dòng)機(jī)模式下，輸入通函數(shù)或者是原動(dòng)機(jī)模塊的輸出；在電動(dòng)機(jī)模式下，輸入通常是一個(gè)負(fù)的常數(shù)或者函數(shù)。常是一個(gè)負(fù)的常數(shù)或者函數(shù)。模塊的第模塊的第2個(gè)輸入

19、端子個(gè)輸入端子(Vf)是勵(lì)磁電壓，在發(fā)電機(jī)模式是勵(lì)磁電壓，在發(fā)電機(jī)模式下可以由勵(lì)磁模塊提供，在電動(dòng)機(jī)模式下為一常數(shù)。下可以由勵(lì)磁模塊提供，在電動(dòng)機(jī)模式下為一常數(shù)。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 模塊的模塊的3個(gè)電氣連接端子個(gè)電氣連接端子(A,B,C)為定子電壓輸出。輸出為定子電壓輸出。輸出端子端子(m)輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，共由輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，共由22路信號(hào)組成，路信號(hào)組成，如表如表4-4所示。所示。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 表表4-4 同步電機(jī)輸出信號(hào)同步電機(jī)輸出信號(hào)第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 通過通過“電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器”(Machines

20、Measurement Demux)模塊可以將輸出端子模塊可以將輸出端子m中的各路信號(hào)分離出來，典中的各路信號(hào)分離出來，典型接線如圖型接線如圖4-10所示。所示。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-10 同步電機(jī)輸出信號(hào)分離接線同步電機(jī)輸出信號(hào)分離接線第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 同步電機(jī)輸入和輸出參數(shù)的單位與選用的同步電機(jī)模同步電機(jī)輸入和輸出參數(shù)的單位與選用的同步電機(jī)模塊有關(guān)。如果選用塊有關(guān)。如果選用SI制下的同步電機(jī)模塊，則輸入和輸出制下的同步電機(jī)模塊，則輸入和輸出為國際單位制下的有名值為國際單位制下的有名值(除了轉(zhuǎn)子角速度偏移量除了轉(zhuǎn)子角速度偏移量以標(biāo)幺以標(biāo)幺值、轉(zhuǎn)子角位移值、

21、轉(zhuǎn)子角位移以弧度表示外以弧度表示外)。如果選用。如果選用p.u.制下的同步制下的同步電機(jī)模塊，輸入和輸出為標(biāo)幺值。電機(jī)模塊，輸入和輸出為標(biāo)幺值。雙擊同步電機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，下雙擊同步電機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，下面將對(duì)其一一進(jìn)行說明。面將對(duì)其一一進(jìn)行說明。1. SI基本同步電機(jī)模塊基本同步電機(jī)模塊SI基本同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖基本同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-11所示。所示。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-11 SI基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：

22、(1) “預(yù)設(shè)模型預(yù)設(shè)模型”(Preset model)下拉框：選擇系統(tǒng)設(shè)置下拉框：選擇系統(tǒng)設(shè)置的內(nèi)部模型后，同步電機(jī)自動(dòng)獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如果不想使的內(nèi)部模型后，同步電機(jī)自動(dòng)獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如果不想使用系統(tǒng)給定的參數(shù)，請(qǐng)選擇用系統(tǒng)給定的參數(shù)，請(qǐng)選擇“No”。(2) “顯示詳細(xì)參數(shù)顯示詳細(xì)參數(shù)”(Show detailed parameters)復(fù)選框：復(fù)選框：點(diǎn)擊該復(fù)選框，可以瀏覽并修改電機(jī)參數(shù)。點(diǎn)擊該復(fù)選框，可以瀏覽并修改電機(jī)參數(shù)。(3) “繞組類型繞組類型”(Rotor type)下拉框：定義電機(jī)的類型，下拉框：定義電機(jī)的類型，分為隱極式分為隱極式(round)和凸極式和凸極式(salient

23、-pole )兩種。兩種。(4) “額定參數(shù)額定參數(shù)”(Nom. power, volt., freq. and field cur.)文本框：三相額定視在功率文本框：三相額定視在功率Pn(單位：單位：VA)、額定線電壓有、額定線電壓有效值效值Vn(單位：單位：V)、額定頻率、額定頻率fn(單位：單位：Hz)和額定勵(lì)磁電流和額定勵(lì)磁電流ifn(單位：單位：A)。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (5) “定子參數(shù)定子參數(shù)”(Stator)文本框：定子電阻文本框：定子電阻Rs(單位：單位：W)，漏感漏感Ll(單位：單位：H)，d軸電樞反應(yīng)電感軸電樞反應(yīng)電感Lmd (單位：單位：H)和和q軸電軸電

24、樞反應(yīng)電感樞反應(yīng)電感Lmq (單位：單位：H)。(6) “勵(lì)磁參數(shù)勵(lì)磁參數(shù)”(Field)文本框：勵(lì)磁電阻文本框：勵(lì)磁電阻(單位：單位：W)和和勵(lì)磁漏感勵(lì)磁漏感(單位：單位：H)。(7) “阻尼繞組參數(shù)阻尼繞組參數(shù)”(Dampers)文本框：文本框：d軸阻尼電阻軸阻尼電阻Rkd(單位：單位：W)，d軸漏感軸漏感(單位：單位：H)，q軸阻尼電阻軸阻尼電阻(單位：單位：W)和和q軸漏感軸漏感(單位：單位：H)，對(duì)于實(shí)心轉(zhuǎn)子，還需要輸入反映，對(duì)于實(shí)心轉(zhuǎn)子，還需要輸入反映大電機(jī)深處轉(zhuǎn)子棒渦流損耗的阻尼電阻大電機(jī)深處轉(zhuǎn)子棒渦流損耗的阻尼電阻(單位：單位：W)和漏感和漏感(單位：單位：H)。第4章 電力系

25、統(tǒng)主要元件等效模型 (8) “機(jī)械參數(shù)機(jī)械參數(shù)”(Inertia, friction factor and pole pairs)文本框：轉(zhuǎn)矩文本框：轉(zhuǎn)矩J (單位：單位：kg m2)、衰減系數(shù)、衰減系數(shù)F (單位：單位：Nms/rad)和極對(duì)數(shù)和極對(duì)數(shù)p。(9) “初始條件初始條件”(Init. cond.)文本框：初始角速度偏移文本框：初始角速度偏移(單位：單位：)，轉(zhuǎn)子初始角位移，轉(zhuǎn)子初始角位移th(單位：單位：)，線電流幅值，線電流幅值ia、ib、ic(單位：單位：A)，相角，相角pha、phb、phc(單位：單位：)和初始和初始勵(lì)磁電壓勵(lì)磁電壓Vf(單位：單位：V)。(10) “飽和

26、仿真飽和仿真”(Simulate saturation)復(fù)選框：設(shè)置定復(fù)選框：設(shè)置定子和轉(zhuǎn)子鐵芯是否飽和。若需要考慮定子和轉(zhuǎn)子的飽和情子和轉(zhuǎn)子鐵芯是否飽和。若需要考慮定子和轉(zhuǎn)子的飽和情況，則選中該復(fù)選框，在該復(fù)選框下將出現(xiàn)圖況，則選中該復(fù)選框，在該復(fù)選框下將出現(xiàn)圖4-12所示的文所示的文本框。本框。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-12 SI基本同步電機(jī)模塊飽和仿真復(fù)選框窗口基本同步電機(jī)模塊飽和仿真復(fù)選框窗口第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 要求在該文本框中輸入代表空載飽和特性的矩陣。先要求在該文本框中輸入代表空載飽和特性的矩陣。先輸入飽和后的勵(lì)磁電流值，再輸入飽和后的定子輸出電壓輸入

27、飽和后的勵(lì)磁電流值，再輸入飽和后的定子輸出電壓值，相鄰兩個(gè)電流值，相鄰兩個(gè)電流/電壓值之間用空格或電壓值之間用空格或“，”分隔，電流分隔，電流和電壓值之間用和電壓值之間用“；”分隔。分隔。例如，輸入矩陣?yán)?，輸入矩?95.64, 774.7, 917.5, 1001.6, 1082.2, 1175.9, 1293.6, 1430.2, 1583.7 ；9660, 10623, 12243, 13063, 13757, 14437, 15180, 15890, 16567，將得到如圖，將得到如圖4-13所示的所示的飽和特性曲線，曲線上的飽和特性曲線，曲線上的“*”點(diǎn)對(duì)應(yīng)輸入框中的一對(duì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)輸入

28、框中的一對(duì)ifd, Vt。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-13 飽和特性曲線飽和特性曲線第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 2. p.u.基本同步電機(jī)模塊基本同步電機(jī)模塊p.u.基本同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖基本同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-14所示。所示。圖圖4-14 p.u.基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 該對(duì)話框結(jié)構(gòu)與該對(duì)話框結(jié)構(gòu)與SI基本同步電機(jī)模塊的對(duì)話框結(jié)構(gòu)相基本同步電機(jī)模塊的對(duì)話框結(jié)構(gòu)相似，不同之處有：似，不同之處有：(1) “額定參數(shù)額定參數(shù)”(Nom. power, L-L volt., and freq.)文

29、本文本框：與框：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)內(nèi)容中不含勵(lì)磁電基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)內(nèi)容中不含勵(lì)磁電流。流。(2) “定子參數(shù)定子參數(shù)”(Stator)文本框：與文本框：與SI基本同步電機(jī)?；就诫姍C(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。(3) “勵(lì)磁參數(shù)勵(lì)磁參數(shù)”(Field)：與：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。(4) “阻尼繞組參數(shù)阻尼繞組參數(shù)”(Dampers)文本框：與文本框：與SI基本同步基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。電機(jī)模塊

30、相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (5) “機(jī)械參數(shù)機(jī)械參數(shù)”(Coeff. of inertia, friction factor and pole pairs)文本框：慣性時(shí)間常數(shù)文本框：慣性時(shí)間常數(shù)H (單位：單位：s)、衰減系數(shù)、衰減系數(shù)F (單位：單位：p.u.)和極對(duì)數(shù)和極對(duì)數(shù)p。 (6) “飽和仿真飽和仿真”(Simulate saturation)復(fù)選框：與復(fù)選框：與SI基本基本同步電機(jī)模塊類似，其中的勵(lì)磁電流和定子輸出電壓均為同步電機(jī)模塊類似，其中的勵(lì)磁電流和定子輸出電壓均為標(biāo)幺值；電壓的基準(zhǔn)值為額定線電壓有效值；電流的基準(zhǔn)標(biāo)幺值；電壓的

31、基準(zhǔn)值為額定線電壓有效值；電流的基準(zhǔn)值為額定勵(lì)磁電流。值為額定勵(lì)磁電流。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 例如，對(duì)有名值 ifn = 1087 A；Vn = 13800 ifd = 695.64, 774.7, 917.5, 1001.6, 1082.2, 1175.9, 1293.6, 1430.2, 1583.7 A Vt = 9660, 10623, 12243, 13063, 13757, 14437, 15180, 15890, 16567 V 變換后，有標(biāo)幺值 ifd*=0.6397, 0.7127, 0.8441, 0.9214, 0.9956, 1.082, 1.19, 1.3

32、16, 1.457 Vt* = 0.7, 0.7698, 0.8872, 0.9466, 0.9969, 1.046, 1.1, 1.151, 1.201 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 3. p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-15所示所示。圖圖4-15 p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 在該對(duì)話框中，在該對(duì)話框中，“預(yù)設(shè)模型預(yù)設(shè)模型”(Preset model)下拉框、下拉框、“顯示詳細(xì)參數(shù)顯示詳細(xì)參數(shù)”(Show detailed paramete

33、rs)復(fù)選框、復(fù)選框、“繞繞組類型組類型”(Rotor type)下拉框、下拉框、“額定參數(shù)額定參數(shù)”(Nom. power, L-L volt., and freq.)文本框、文本框、“機(jī)械參數(shù)機(jī)械參數(shù)”(Coeff. of inertia, friction factor and pole pairs)文本框、文本框、“初始條件初始條件”(Init. cond.)文本框、文本框、“飽和仿真飽和仿真”(Simulate saturation)復(fù)選框中復(fù)選框中的參數(shù)與的參數(shù)與p.u.基本同步電機(jī)相同基本同步電機(jī)相同(圖圖4-15中虛線部分中虛線部分)。除此之外，還含有如下參數(shù)：除此之外，還含有

34、如下參數(shù)：第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (1) “電抗”(Reactances)文本框：d 軸同步電抗 Xd、暫態(tài)電抗dX 、次暫態(tài)電抗dX ，q 軸同步電抗 Xq、暫態(tài)電抗qX (對(duì)于實(shí)心轉(zhuǎn)子)、次暫態(tài)電抗qX ，漏抗 X1，所有的參數(shù)均為標(biāo)幺值。 (2) “直軸和交軸時(shí)間常數(shù)”(d axis time constants, q axis time constant)下拉框：定義 d 軸和 q 軸的時(shí)間常數(shù)類型，分為開路和短路兩種。 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (3) “時(shí)間常數(shù)”(Time constants)文本框：d 軸和 q 軸的時(shí)間常數(shù)(單位：s)， 包括 d 軸開路暫態(tài)

35、時(shí)間常數(shù)(odT )/短路暫態(tài)時(shí)間常數(shù)(dT )，d 軸開路次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)(odT )/短路次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)(dT )，q 軸開路時(shí)間常數(shù)(oqT )/短路暫態(tài)時(shí)間常數(shù)(qT)，q 軸開路次暫態(tài)開路時(shí)間常數(shù)(oqT )/短路次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)(qT )， 這些時(shí)間常數(shù)和時(shí)間常數(shù)列表框中的定義必須一致。 (4) “定子電阻” (Stator resistance)文本框： 定子電阻Rs(單位：p.u.)。 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 【例【例4.2】額定值為】額定值為50 MVA、10.5 kV的有阻尼繞組同的有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)與步發(fā)電機(jī)與10.5 kV無窮大系統(tǒng)相連。發(fā)電機(jī)定子側(cè)參數(shù)為無窮大

36、系統(tǒng)相連。發(fā)電機(jī)定子側(cè)參數(shù)為Rs=0.003，Ll=0.19837，Lmd=0.91763，Lmq=0.21763；轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)為子側(cè)參數(shù)為Rf=0.00064，Llfd=0.16537；阻尼繞組參數(shù)為；阻尼繞組參數(shù)為Rkd=0.00465，Llkd=0.0392，Rkq1=0.00684，Llkq1=0.01454。各參數(shù)均為標(biāo)幺值，極對(duì)數(shù)各參數(shù)均為標(biāo)幺值，極對(duì)數(shù)p=32。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)供。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)供給的電磁功率由給的電磁功率由0.8 p.u.變?yōu)樽優(yōu)?.6 p.u.，求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率，求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率角和電磁功率的變化。角和電磁功率的變化。解：解：(1) 理論分析。由已

37、知，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速理論分析。由已知，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為為第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 利用凸極式發(fā)電機(jī)的功率特性方程利用凸極式發(fā)電機(jī)的功率特性方程做近似估算。其中凸極式發(fā)電機(jī)電勢(shì)做近似估算。其中凸極式發(fā)電機(jī)電勢(shì)Eq=1.233，無窮大母線，無窮大母線電壓電壓V=1，系統(tǒng)縱軸總電抗，系統(tǒng)縱軸總電抗xd=Ll+Lmd=1.116，系統(tǒng)橫，系統(tǒng)橫軸總電抗軸總電抗xq=Ll+Lmq=0.416。75.9360pfn r/min qdqddqxxxxVxVEP2sin2esin2 (4-5) (4-4) 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 電磁功率為電磁功率為Pe=0.8p.u.時(shí)，通過

38、功率特性方程計(jì)算得時(shí)，通過功率特性方程計(jì)算得到功率角到功率角為為 (4-6)當(dāng)電磁功率變?yōu)楫?dāng)電磁功率變?yōu)?.6p.u.并重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，計(jì)算得到并重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，計(jì)算得到功率角功率角為為 (4-7)(2) 按圖按圖4-16搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱及搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表提取路徑見表4-5。35.1846.13第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-16 例例4.2的仿真電路圖的仿真電路圖第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 表表4-5 例例4.2仿真電路模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (3) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真

39、參數(shù)。雙擊同步電機(jī)模塊，設(shè)設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊同步電機(jī)模塊，設(shè)置電機(jī)參數(shù)如圖置電機(jī)參數(shù)如圖4-17。圖中，初始條件是通過。圖中，初始條件是通過Powergui模塊模塊自動(dòng)設(shè)置的，讀者不妨直接將這些參數(shù)輸入。關(guān)于自動(dòng)設(shè)置的，讀者不妨直接將這些參數(shù)輸入。關(guān)于Powergui的詳細(xì)內(nèi)容參見的詳細(xì)內(nèi)容參見5.1節(jié)。節(jié)。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-17 例例4.2的同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置的同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 在常數(shù)模塊在常數(shù)模塊VLLrms的對(duì)話框中輸入的對(duì)話框中輸入1.23304(由由Powergui計(jì)算得到的初始參數(shù)計(jì)算得到的初始參數(shù))。將階躍函數(shù)模塊的

40、初始值。將階躍函數(shù)模塊的初始值設(shè)為設(shè)為0.8，然后在，然后在0.6 s時(shí)刻變?yōu)闀r(shí)刻變?yōu)?.6。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分離第離第4、5、15、16、20路信號(hào)。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速路信號(hào)。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速為標(biāo)幺值，因此使用了一個(gè)增益模塊將標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)速為標(biāo)幺值，因此使用了一個(gè)增益模塊將標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為有名單位轉(zhuǎn)換為有名單位r/min表示的轉(zhuǎn)速，增益系數(shù)為表示的轉(zhuǎn)速，增益系數(shù)為75.9332506060pfK第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 交流電壓源交流電壓源Va、Vb和和Vc為頻率是為頻率是50 Hz、幅值是、幅值是10.5 kV、相角相差、相角相差120的正

41、序三相電壓。三相電壓電流測(cè)量表的正序三相電壓。三相電壓電流測(cè)量表模塊僅用作電路連接，因此內(nèi)部無需選擇任何變量。模塊僅用作電路連接，因此內(nèi)部無需選擇任何變量。打開菜單打開菜單SimulationConfiguration Parameters，在，在圖圖4-18的的“算法選擇算法選擇”(Solver options)窗口中選擇窗口中選擇“變步變步長長”(Variable-step)和和“剛性積分算法剛性積分算法(ode15s)”。3/2第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-18 例例4.2的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (4) 仿真及結(jié)果。開始仿真，觀察

42、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和仿真及結(jié)果。開始仿真，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)子角，波形如圖轉(zhuǎn)子角，波形如圖4-19所示。所示。圖圖4-19 例例4.2的仿真波形圖的仿真波形圖 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 仿真開始時(shí)，發(fā)電機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)，轉(zhuǎn)速為仿真開始時(shí)，發(fā)電機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)，轉(zhuǎn)速為93.75 r/min，功率為功率為0.8 p.u.，功角為，功角為18.35。t=0.6 s時(shí)，發(fā)電機(jī)上的機(jī)時(shí)，發(fā)電機(jī)上的機(jī)械功率忽然降到械功率忽然降到0.6 p.u.，使得電磁功率瞬時(shí)大于機(jī)械功率，使得電磁功率瞬時(shí)大于機(jī)械功率，轉(zhuǎn)速迅速降低，于是功角轉(zhuǎn)速迅速降低，于是功角d減小，發(fā)電機(jī)的電磁功率減小。減小，發(fā)電機(jī)的電磁功

43、率減小。t=0.72 s后，電磁功率小于后，電磁功率小于0.6 p.u.，產(chǎn)生加速性的過剩功率，產(chǎn)生加速性的過剩功率，轉(zhuǎn)速開始增大，功角轉(zhuǎn)速開始增大，功角d在轉(zhuǎn)子的慣性作用下繼續(xù)減小，直到在轉(zhuǎn)子的慣性作用下繼續(xù)減小，直到轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速大于93.75 r/min后，功角才開始增大，電磁功率也增大。后，功角才開始增大，電磁功率也增大。最終在電機(jī)的阻尼作用下，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在最終在電機(jī)的阻尼作用下，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在93.75 r/min，功率穩(wěn)，功率穩(wěn)定在定在0.6 p.u.，功角穩(wěn)定在，功角穩(wěn)定在13.46。仿真結(jié)果與理論計(jì)算一。仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致。致。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 4.2 電力變壓器模

44、型電力變壓器模型4.2.1 三相變壓器等效電路三相變壓器等效電路三相雙繞組變壓器和三繞組變壓器的單相等效電路如三相雙繞組變壓器和三繞組變壓器的單相等效電路如圖圖4-20所示。所示。圖圖4-20 三相變壓器單相等效電路圖三相變壓器單相等效電路圖(a) 雙繞組；雙繞組；(b) 三繞組三繞組 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 該等效電路中，各繞組通過互感耦合線圈繞在同一個(gè)該等效電路中，各繞組通過互感耦合線圈繞在同一個(gè)鐵芯上。其中，鐵芯上。其中，R1、R2和和R3為各繞組電阻，為各繞組電阻，L1、L2和和L3為各為各繞組漏感，繞組漏感，Rm和和Lm為勵(lì)磁支路的電阻和電感。若為飽和變?yōu)閯?lì)磁支路的電阻和電

45、感。若為飽和變壓器，則壓器，則Lm不再為恒定值，隨電流變化而變化。不再為恒定值，隨電流變化而變化。4.2.2 雙繞組三相變壓器模塊雙繞組三相變壓器模塊SimPowerSystems庫中提供的雙繞組三相變壓器模塊可庫中提供的雙繞組三相變壓器模塊可以對(duì)線性和鐵芯變壓器進(jìn)行仿真，圖標(biāo)如圖以對(duì)線性和鐵芯變壓器進(jìn)行仿真，圖標(biāo)如圖4-21所示。所示。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-21 雙繞組三相變壓器模塊圖標(biāo)雙繞組三相變壓器模塊圖標(biāo)第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 變壓器一次、二次繞組的連接方法有以下五種：變壓器一次、二次繞組的連接方法有以下五種：(1) Y型連接：型連接：3個(gè)電氣連接端口個(gè)電

46、氣連接端口(A、B、C或或a、b、c)；(2) Yn型連接：型連接：4個(gè)電氣連接端口個(gè)電氣連接端口(A、B、C、N或或a、b、c、n)，繞組中線可見；，繞組中線可見；(3) Yg型連接：型連接：3個(gè)電氣連接端口個(gè)電氣連接端口(A、B、C或或a、b、c)，模塊內(nèi)部繞組接地；模塊內(nèi)部繞組接地；(4) (D11)型連接：型連接：3個(gè)電氣連接端口個(gè)電氣連接端口(A、B、C或或a、b、c)，繞組超前繞組超前Y繞組繞組30；(5) (D1) 型連接：型連接：3個(gè)電氣連接端口個(gè)電氣連接端口(A、B、C或或a、b、c)，繞組滯后繞組滯后Y繞組繞組30。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 不同的連接方式對(duì)應(yīng)不同的

47、圖標(biāo)。圖不同的連接方式對(duì)應(yīng)不同的圖標(biāo)。圖4-22為四種典型連為四種典型連接方式的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)，分別為接方式的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)，分別為-、-Yg、Yg-Yn和和Yn-型連接。型連接。圖圖4-22 四種典型接線方式下的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)四種典型接線方式下的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 若對(duì)變壓器的飽和特性進(jìn)行仿真，模塊的圖標(biāo)上出現(xiàn)若對(duì)變壓器的飽和特性進(jìn)行仿真，模塊的圖標(biāo)上出現(xiàn)飽和標(biāo)記，如圖飽和標(biāo)記，如圖4-23所示。所示。圖圖4-23 飽和雙繞組三相變壓器圖標(biāo)飽和雙繞組三相變壓器圖標(biāo)第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 該模塊的電氣端子分別為變壓器一次繞組該模塊的

48、電氣端子分別為變壓器一次繞組(ABC)和二次和二次繞組繞組(abc)。雙擊雙繞組三相變壓器模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)雙擊雙繞組三相變壓器模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖話框，如圖4-24所示。所示。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-24 雙繞組三相變壓器模塊參數(shù)對(duì)話框雙繞組三相變壓器模塊參數(shù)對(duì)話框第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “額定功率和頻率額定功率和頻率”(Nominal power and frequency)文本框：額定功率文本框：額定功率Pn(單位：單位：VA)和額定頻率和額定頻率fn(單位：單位：Hz)。(2

49、) “一次繞組連接方式一次繞組連接方式”(Winding 1 (ABC) connection)下拉框：一次繞組的連接方式。下拉框：一次繞組的連接方式。(3) “一次繞組參數(shù)一次繞組參數(shù)”(Winding parameters)文本框：額文本框：額定線電壓有效值定線電壓有效值(單位：單位：V)、電阻、電阻(單位：單位：p.u.)和漏感和漏感(單位：單位：p.u.)。 (4) “二次繞組連接方式二次繞組連接方式”(Winding 2 (abc) connection)下拉框：二次繞組的連接方式。下拉框：二次繞組的連接方式。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (5) “二次繞組參數(shù)二次繞組參數(shù)”(W

50、inding parameters)文本框：額文本框：額定線電壓有效值定線電壓有效值(單位：單位：V)、電阻、電阻(單位：單位：p.u.)和漏感和漏感(單位：單位：p.u.)。 (6) “飽和鐵芯飽和鐵芯”(Saturable core)復(fù)選框：對(duì)三相變壓器復(fù)選框：對(duì)三相變壓器的飽和特性進(jìn)行仿真。的飽和特性進(jìn)行仿真。(7) “磁阻磁阻”(Magnetization resistance Rm)文本框：反文本框：反映變壓器鐵芯的損耗，單位為映變壓器鐵芯的損耗，單位為p.u.，在鐵芯損耗取，在鐵芯損耗取0.2%時(shí)，時(shí)，Rm=500。(8) “勵(lì)磁電感勵(lì)磁電感”(Magnetization resi

51、stance Lm)文本框：文本框：該文本框只在未選中該文本框只在未選中“飽和鐵芯飽和鐵芯”復(fù)選框時(shí)出現(xiàn)，單位為復(fù)選框時(shí)出現(xiàn)，單位為p.u.。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 選中選中“飽和鐵芯飽和鐵芯”復(fù)選框后，復(fù)選框后，“勵(lì)磁電感勵(lì)磁電感”文本框消文本框消失，被圖失，被圖4-25所示文本框取代。所示文本框取代。圖圖4-25 飽和鐵芯復(fù)選框窗口飽和鐵芯復(fù)選框窗口 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (9) “飽和特性飽和特性”(Saturation characteristic)文本框：從文本框：從坐標(biāo)原點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)開始指定電流開始指定電流磁通特性曲線。磁通特性曲線。變壓器的飽和特性用

52、分段線性化的磁化曲線表示。變壓器的飽和特性用分段線性化的磁化曲線表示。若不考慮鐵芯剩磁作用，則磁化曲線如圖若不考慮鐵芯剩磁作用，則磁化曲線如圖4-26(a)所示；所示；若考慮鐵芯剩磁作用，則相應(yīng)的磁化曲線如圖若考慮鐵芯剩磁作用，則相應(yīng)的磁化曲線如圖4-26(b)所示。所示。圖中縱坐標(biāo)是磁通圖中縱坐標(biāo)是磁通j，橫坐標(biāo)為磁化電流，橫坐標(biāo)為磁化電流i。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-26 磁化曲線磁化曲線(a) 無剩磁；無剩磁；(b) 有剩磁有剩磁第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 參數(shù)對(duì)話框中，在每一個(gè)拐點(diǎn)處輸入對(duì)應(yīng)的電流和磁參數(shù)對(duì)話框中，在每一個(gè)拐點(diǎn)處輸入對(duì)應(yīng)的電流和磁通值，電流和磁通用

53、空格或通值，電流和磁通用空格或“，”分割，兩組電流和磁通分割，兩組電流和磁通值之間用值之間用“；”分隔。分隔。磁化電流和磁通都使用標(biāo)幺值，基準(zhǔn)值為磁化電流和磁通都使用標(biāo)幺值，基準(zhǔn)值為其中，其中，V1為一次側(cè)額定相電壓有效值。為一次側(cè)額定相電壓有效值。21nbaseVPI22n1basefV(4-8) (4-9) 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (10) “磁滯磁滯”(Simulate hysteresis)復(fù)選框：實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓復(fù)選框：實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器磁滯現(xiàn)象的仿真，選中后，出現(xiàn)新文本框如圖器磁滯現(xiàn)象的仿真，選中后，出現(xiàn)新文本框如圖4-27所示。所示。圖圖4-27中文本框內(nèi)的文本指向含磁滯數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)

54、文件中文本框內(nèi)的文本指向含磁滯數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件hysteresis.mat。打開。打開Powergui模塊中的模塊中的“磁滯設(shè)磁滯設(shè)計(jì)計(jì)”(Hysteresis Design)工具，可以對(duì)默認(rèn)數(shù)據(jù)文件工具，可以對(duì)默認(rèn)數(shù)據(jù)文件hysteresis.mat中的磁滯數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、保存或創(chuàng)建新文件。中的磁滯數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、保存或創(chuàng)建新文件。圖圖4-27 變壓器磁滯復(fù)選框窗口變壓器磁滯復(fù)選框窗口第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (11) “磁通初始化磁通初始化”(Specify initial fluxes)復(fù)選框：選中復(fù)選框：選中后，出現(xiàn)新文本框如圖后，出現(xiàn)新文本框如圖4-28所示，其中變壓器各相的初始磁

55、所示，其中變壓器各相的初始磁通均為標(biāo)幺值。通均為標(biāo)幺值。 圖圖4-28 磁通初始化復(fù)選框窗口磁通初始化復(fù)選框窗口第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 (12) “測(cè)量參數(shù)測(cè)量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對(duì)以下變量下拉框：對(duì)以下變量進(jìn)行測(cè)量：進(jìn)行測(cè)量： “繞組電壓繞組電壓”(Winding voltages)：測(cè)量三相變壓器端：測(cè)量三相變壓器端電壓；電壓； “繞組電流繞組電流”(Winding currents)：測(cè)量流經(jīng)三相變：測(cè)量流經(jīng)三相變壓器的電流；壓器的電流； “磁通和磁化電流磁通和磁化電流”(Fluxes and magnetization currents)：測(cè)量磁通：測(cè)量

56、磁通(單位：單位：Vs)和變壓器飽和時(shí)的勵(lì)磁電和變壓器飽和時(shí)的勵(lì)磁電流；流； “所有變量所有變量”(All measurement)：測(cè)量三相變壓器繞：測(cè)量三相變壓器繞組端電壓、電流、勵(lì)磁電流和磁通。組端電壓、電流、勵(lì)磁電流和磁通。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 從從SimPowerSystems庫的庫的“測(cè)量子庫測(cè)量子庫”中復(fù)制中復(fù)制“萬用表萬用表模塊模塊”(Multimeter)到相應(yīng)的模型文件中，可以在仿真過程到相應(yīng)的模型文件中，可以在仿真過程中對(duì)選中的測(cè)量變量進(jìn)行觀察。選用萬用表模塊相當(dāng)于在中對(duì)選中的測(cè)量變量進(jìn)行觀察。選用萬用表模塊相當(dāng)于在對(duì)應(yīng)的測(cè)量元件內(nèi)部并聯(lián)電壓表或者串聯(lián)電流表模

57、塊。對(duì)應(yīng)的測(cè)量元件內(nèi)部并聯(lián)電壓表或者串聯(lián)電流表模塊。 SimPowerSystems庫提供的三相三繞組變壓器模塊圖標(biāo)庫提供的三相三繞組變壓器模塊圖標(biāo)如圖如圖4-29所示。所示。三相三繞組變壓器模塊實(shí)際上是由三個(gè)單相變壓器模三相三繞組變壓器模塊實(shí)際上是由三個(gè)單相變壓器模塊根據(jù)不同的聯(lián)接組別聯(lián)接而成的，因此三相變壓器的參塊根據(jù)不同的聯(lián)接組別聯(lián)接而成的，因此三相變壓器的參數(shù)設(shè)置與三相雙繞組變壓器的參數(shù)設(shè)置類似，這里不再贅數(shù)設(shè)置與三相雙繞組變壓器的參數(shù)設(shè)置類似，這里不再贅述。述。 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-29 三相三繞組變壓器模塊圖標(biāo)三相三繞組變壓器模塊圖標(biāo)第4章 電力系統(tǒng)主要元件等

58、效模型 【例【例4.3】一臺(tái)】一臺(tái)Y-D11連接的三相變壓器，連接的三相變壓器，Pn=180kVA，V1n/V2n=10 000 V/525 V。已知。已知R1=0.4 ，R2=0.035 ，X1=0.22 ，X2=0.055 ，Rm=30 ，Xm=310 ，鐵芯，鐵芯飽和特性曲線如圖飽和特性曲線如圖4-30所示。試分析變壓器空載運(yùn)行時(shí)一次所示。試分析變壓器空載運(yùn)行時(shí)一次側(cè)的相電壓、主磁通和空載電流的波形。改變變壓器的接側(cè)的相電壓、主磁通和空載電流的波形。改變變壓器的接線方式，分析結(jié)果。線方式，分析結(jié)果。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-30 例例4.3的鐵芯飽和特性曲線的鐵芯飽和特性

59、曲線 第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 解：解：(1) 理論分析?？蛰d時(shí)，由于變壓器鐵芯飽和，因理論分析。空載時(shí)，由于變壓器鐵芯飽和，因此當(dāng)相電壓和主磁通是正弦時(shí)空載電流為尖頂波，其中將此當(dāng)相電壓和主磁通是正弦時(shí)空載電流為尖頂波，其中將含有較大的三次諧波和一系列高次諧波。但是，因?yàn)槿嗪休^大的三次諧波和一系列高次諧波。但是，因?yàn)槿嘧儔浩鞑捎米儔浩鞑捎肶-連接，一次側(cè)空載電流中三次諧波無法流連接，一次側(cè)空載電流中三次諧波無法流通，又因?yàn)槲宕我陨系闹C波電流很小可忽略不計(jì)，所以通，又因?yàn)槲宕我陨系闹C波電流很小可忽略不計(jì)，所以Y側(cè)側(cè)空載電流接近正弦波。由一次側(cè)空載電流產(chǎn)生的主磁通波空載電流接近正弦

60、波。由一次側(cè)空載電流產(chǎn)生的主磁通波形為平頂波，其中含有的三次諧波磁通分量在二次繞組的形為平頂波，其中含有的三次諧波磁通分量在二次繞組的閉合三角形回路中產(chǎn)生三次諧波環(huán)流，此環(huán)流將削弱主磁閉合三角形回路中產(chǎn)生三次諧波環(huán)流，此環(huán)流將削弱主磁通中的三次諧波分量，因此空載電流、主磁通及其感應(yīng)的通中的三次諧波分量，因此空載電流、主磁通及其感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)均接近于正弦。電動(dòng)勢(shì)均接近于正弦。(2) 按圖按圖4-31搭建仿真電路圖，選用的各模塊名稱及提搭建仿真電路圖，選用的各模塊名稱及提取路徑見表取路徑見表4-6。第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型 圖圖4-31 例例4.3的仿真電路圖的仿真電路圖第4章 電力系統(tǒng)主要