電力系統(tǒng)仿真課件

電力系統(tǒng)仿真電力系統(tǒng)物理模擬原理1電力系統(tǒng)仿真電力系統(tǒng)物理模擬原理1電力系統(tǒng)物理模擬是建立在相似原理基礎(chǔ)上，反應(yīng)實物物理過程的模擬研究方法模擬過程與原型系統(tǒng)的物理過程相似可以不受系統(tǒng)復(fù)雜高階方程組的限制難以模擬大規(guī)模系統(tǒng)模擬機組必須專門制造參數(shù)調(diào)整和改變比較麻煩靈活度不夠，準(zhǔn)確度不太高2電力系統(tǒng)物理模擬是建立在相似原理基礎(chǔ)上，反應(yīng)實物物理過程的模1、物理模擬的建模依據(jù)相似理論相似第一定理相似第二定理相似第三定理相似理論在物理模擬中的應(yīng)用31、物理模擬的建模依據(jù)相似理論3相似第一定理相似第一定理：相似現(xiàn)象的相似指標(biāo)等于1。例2-1：4相似第一定理相似第一定理：相似現(xiàn)象的相似指標(biāo)等于1。455為相似指標(biāo)為相似判據(jù)相似指標(biāo)=1相似現(xiàn)象之間所具有的相似判據(jù)在數(shù)值上是相等的。6為相似指標(biāo)為相似判據(jù)相似指標(biāo)=1相似現(xiàn)象之間所具有的相似判據(jù)相似第一定理給出了相似指標(biāo)等于1或相似判據(jù)相等。但對于一個復(fù)雜的元件或系統(tǒng)（比如發(fā)電機），究竟有多少個相似判據(jù)呢？有如何求這些相似判據(jù)呢？7相似第一定理給出了相似指標(biāo)等于1或相似判據(jù)相等。7相似第二定理假設(shè)一物理現(xiàn)象由n個量綱不同的物理量構(gòu)成，這些物理量中有k個是相互獨立的，有n-k個物理量不獨立，則表示這一物理現(xiàn)象的方程式也可用k個無量綱的量完整地表達(dá)出來。由他們構(gòu)成新的基本單位函數(shù)：8相似第二定理假設(shè)一物理現(xiàn)象由n個量綱不同的物理量構(gòu)成，這些物例如：此時n=5，選出3個新單位，k=3：則有：9例如：此時n=5，選出3個新單位，k=3：則有：9根據(jù)相似第二定理完全可以確定相似判據(jù)的表達(dá)式和數(shù)目。需要注意：需要找出描述現(xiàn)象所有物理量之間的全部關(guān)系式。用某一項去除方程的各項后，所得的判據(jù)中有的可能是不獨立的。如果方程式中含有非齊次函數(shù)，還應(yīng)該添加上非齊次函數(shù)的變量相等條件。同一過程的相似判據(jù)形式可能不同。在電力系統(tǒng)分析中，往往把系統(tǒng)的方程式寫出標(biāo)幺值形式，只要模擬系統(tǒng)的變量和參數(shù)與原系統(tǒng)的變量和參數(shù)的標(biāo)幺值相等，兩者就相似10根據(jù)相似第二定理完全可以確定相似判據(jù)的表達(dá)式和數(shù)目。10相似第三定理相似第一，第二定理確定了相似現(xiàn)象的性質(zhì)（相似必要條件），但沒有指出兩過程應(yīng)該具備什么條件才相似。相似第三定理：如果由方程引出的相似判據(jù)相同，且初始條件和邊界條件相似，則兩現(xiàn)象相似。相似第三定理指出了相似的充分和必要條件。11相似第三定理相似第一，第二定理確定了相似現(xiàn)象的性質(zhì)（相似必要例如：基于相似第一定理，如果兩回路電過程相似：則初始條件也必須相似：12例如：基于相似第一定理，如果兩回路電過程相似：則初始條件也必運用相似原理解決問題，還需以下附加條件：由若干個系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng)，只要單個系統(tǒng)分別相似，且各系統(tǒng)的邊界條件相似，你們整個系統(tǒng)就相似。適用于線性系統(tǒng)的相似條件可推廣到非線性系統(tǒng)，只要非線性參數(shù)的相對特性重合。適用于同項的或均質(zhì)系統(tǒng)的相似條件，可以推廣到各項異性和非均質(zhì)系統(tǒng)中。幾何上不相似的系統(tǒng)中的物理過程也可以相似，而且在這個系統(tǒng)中的空間中每一點，都可以在另一相似系統(tǒng)中找到完全一定的對應(yīng)點。13運用相似原理解決問題，還需以下附加條件：13相似理論在物理模擬中的應(yīng)用復(fù)雜的電力系統(tǒng)仍然是由簡單元件構(gòu)成的。只要模擬系統(tǒng)中的每個元件與原系統(tǒng)的對應(yīng)元件相似，并按原系統(tǒng)連接起來，滿足邊界條件，則整個系統(tǒng)就相似。在實際電力系統(tǒng)中存在諸多非線性元件，只要非線性參數(shù)相似，也能很好地模擬原系統(tǒng)。以上理論是構(gòu)成動模實驗的基礎(chǔ)。14相似理論在物理模擬中的應(yīng)用復(fù)雜的電力系統(tǒng)仍然是由簡單元件構(gòu)成2、同步發(fā)電機模擬同步發(fā)電機模擬條件同步發(fā)電機的模擬實現(xiàn)模擬發(fā)電機的容量及改變?nèi)萘繉﹄姍C參數(shù)的影響模擬比的確定152、同步發(fā)電機模擬同步發(fā)電機模擬條件151616突然短路暫態(tài)過程的特點同步發(fā)電機對稱穩(wěn)態(tài)運行時，電樞磁勢的大小不隨時間而變化，在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)，它同轉(zhuǎn)子沒有相對運動，因此不會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流。突然短路時，定子電流在數(shù)值上發(fā)生急劇變化，電樞反應(yīng)磁通也隨著變化，并在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流，這種電流又反過來影響定子電流的變化。同步發(fā)電機過渡過程的物理現(xiàn)象17突然短路暫態(tài)過程的特點同步發(fā)電機對稱穩(wěn)態(tài)運行時，無阻尼繞組同步電機突然三相短路的物理分析

穩(wěn)態(tài)運行：轉(zhuǎn)子：Vf、if恒定，對應(yīng)磁通

:與勵磁繞組交鏈，稱為勵磁繞組漏磁鏈。①:與定子繞組交鏈，稱為同步發(fā)電機的工作磁鏈（或空載磁鏈）②

在定子繞組中感應(yīng)產(chǎn)生空載電勢基頻電流在氣隙中形成一個大小不變、以同步速隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場

:與定子繞組匝鏈的磁鏈稱為定子繞組的漏磁鏈與轉(zhuǎn)子繞組匝鏈的那部分磁鏈稱為電樞反應(yīng)磁鏈:

、①②

18無阻尼繞組同步電機突然三相短路的物理分析穩(wěn)態(tài)運行：:同步發(fā)電機機端突然三相短路時的暫態(tài)過程由于外接阻抗減小，定子繞組電流將增大，相應(yīng)的電樞反應(yīng)磁鏈也將增大，原來穩(wěn)定狀態(tài)下電機內(nèi)部的電磁平衡關(guān)系遭到破壞。但在突變瞬間，為遵守磁鏈?zhǔn)睾愣桑姍C中各繞組為保持自身的磁鏈不變，都將出現(xiàn)若干新的磁鏈和電流分量。這些磁鏈和電流分量的產(chǎn)生和變化形成從一種穩(wěn)定運行狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定運行狀態(tài)的過渡過程，即暫態(tài)過程。

19同步發(fā)電機機端突然三相短路時的暫態(tài)過程由于外接阻抗減暫態(tài)過程分析短路時，定子繞組產(chǎn)生基頻電流增量1、轉(zhuǎn)子繞組：對應(yīng)的電樞反應(yīng)磁鏈增大減小勵磁繞組原有的磁鏈增大勵磁電流以抵消電樞反應(yīng)磁鏈的作用工作磁鏈和相應(yīng)的空載電勢增大磁鏈?zhǔn)睾阌绊懙蕉ㄗ永@組20暫態(tài)過程分析短路時，定子繞組產(chǎn)生基頻電流增量1、轉(zhuǎn)子繞組：對2、定子繞組工作磁鏈和相應(yīng)的空載電勢增大磁鏈?zhǔn)睾惝a(chǎn)生基頻電流增量,這樣定子側(cè)有新增量、產(chǎn)生一大小與電樞反應(yīng)磁鏈的增量相等、方向相反的磁鏈。與此磁鏈對應(yīng)的磁場在空間靜止不動。

產(chǎn)生一直流電流分量（脈動直流）。在凸極發(fā)電機中，由于定子繞組磁通路徑上的磁阻隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)以兩倍同步頻率周期變化，因而這些直流電流的大小將以兩倍同步頻率脈動。為便于分析，一般將每相繞組中的脈動直流分解為恒定直流電流和兩倍同步頻率的交流電流兩個分量。212、定子繞組工作磁鏈和相應(yīng)的空載電勢增大磁鏈定子繞組中的脈動直流對轉(zhuǎn)子繞組的影響

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)將切割定子繞組中的脈動直流形成的在空間靜止不動的磁場，并感應(yīng)產(chǎn)生一同步頻率的交流電流在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生同步頻率的脈振磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的正轉(zhuǎn)磁場相對于定子繞組以兩倍同步速旋轉(zhuǎn)，它與產(chǎn)生的磁場相對應(yīng)。與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的反轉(zhuǎn)磁場與定子繞組相對靜止，它與產(chǎn)生的磁場相對應(yīng)①

②

22定子繞組中的脈動直流對轉(zhuǎn)子繞組的影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)將切割關(guān)于自由電流的衰減

短路過程中，將隨以定子繞組短接時勵磁繞組的時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律衰減到零。將隨（＋）以勵磁繞組短接時定子繞組的時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律衰減到零。23關(guān)于自由電流的衰減短路過程中，將隨以定子繞組短定子和轉(zhuǎn)子電流的相互關(guān)系示意圖

為維持勵磁繞組磁鏈?zhǔn)睾愣袘?yīng)出的為維持定子繞組磁鏈?zhǔn)睾愣袘?yīng)出的w24定子和轉(zhuǎn)子電流的相互關(guān)系示意圖為維持勵磁繞組磁鏈?zhǔn)睾愣袘?yīng)這樣復(fù)雜的過程，完全模擬是困難的。重點研究電磁量和轉(zhuǎn)子的暫態(tài)過程，內(nèi)部電磁場不予考慮。模型系統(tǒng)與原型系統(tǒng)以標(biāo)幺值形式的電磁過渡過程與機電過渡過程的方程式相同，就可以認(rèn)為兩者相似。也就是：以標(biāo)幺值的形式相似。此外還需考慮：空載特性一致電壓波形接近正弦波頻率特性一致相對的短路附加損耗相等25這樣復(fù)雜的過程，完全模擬是困難的。25同步發(fā)電機的模擬實現(xiàn)模擬發(fā)電機是按參數(shù)要求專門設(shè)計的。除勵磁繞組時間常數(shù)外，其他參數(shù)基本接近大型電機參數(shù)。勵磁繞組的時間常數(shù)可以在勵磁回路中進(jìn)行補償。26同步發(fā)電機的模擬實現(xiàn)模擬發(fā)電機是按參數(shù)要求專門設(shè)計的。26模擬發(fā)電機的容量及改變?nèi)萘繉﹄姍C參數(shù)的影響原型發(fā)電機的容量是不能變的，尤其不能長期過負(fù)荷運行（取決于發(fā)熱條件）。模擬發(fā)電機則不然。一般設(shè)計電磁功率較低，其額定容量表明該機組參數(shù)所取的基準(zhǔn)值，不取決于發(fā)熱。改變?nèi)萘?，?biāo)幺值也會變化（增大容量，所有阻抗標(biāo)幺值增大，慣性時間常數(shù)減小，反之亦然）?？梢愿淖儼l(fā)電機的額定電壓來對空載特性進(jìn)行模擬。27模擬發(fā)電機的容量及改變?nèi)萘繉﹄姍C參數(shù)的影響原型發(fā)電機的容量是模擬比的確定電力系統(tǒng)模擬的基本關(guān)系：其中：另外還有：可以推導(dǎo)出：與標(biāo)幺值的關(guān)系？28模擬比的確定電力系統(tǒng)模擬的基本關(guān)系：28模擬比的確定當(dāng)原型參數(shù)與模擬參數(shù)只差一個模擬比mz時若兩臺機組的阻抗有名值之比為mz時，標(biāo)幺值相等。29模擬比的確定當(dāng)原型參數(shù)與模擬參數(shù)只差一個模擬比mz時若兩臺機模擬機參數(shù)的調(diào)整方法參數(shù)調(diào)整的目的：使模擬機與原型機的參數(shù)成一定比例或標(biāo)幺值相等。改變功率比改變電壓比外串電抗或加大升壓變壓器漏抗調(diào)換轉(zhuǎn)子調(diào)整勵磁繞組時間常數(shù)調(diào)整機械時間常數(shù)30模擬機參數(shù)的調(diào)整方法參數(shù)調(diào)整的目的：使模擬機與原型機的參數(shù)成3、同步發(fā)電機其他部分的模擬勵磁系統(tǒng)的模擬需要注意：原型機于模擬機的轉(zhuǎn)子回路參數(shù)的標(biāo)幺值需要相等勵磁系統(tǒng)的各相應(yīng)元件參數(shù)應(yīng)相等。勵磁調(diào)節(jié)裝置的參數(shù)應(yīng)該具有相同特性。模擬發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)參數(shù)能夠在廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。313、同步發(fā)電機其他部分的模擬勵磁系統(tǒng)的模擬314、變壓器模擬變壓器模擬的主要任務(wù)是過渡過程相似。（與發(fā)電機模擬相似）沒必要保證變壓器內(nèi)部電磁場與原型機相似。短路電抗標(biāo)幺值與原型機相等銅耗、短路損耗的標(biāo)幺值與原型機相等額定電壓時空載電流、空載損耗的標(biāo)幺值與原型機相等空載特性與原型機相同零序電抗的標(biāo)幺值與原型機相等，也即連接方式與原型電壓器相同磁路相同于原型變壓器相同324、變壓器模擬變壓器模擬的主要任務(wù)是過渡過程相似。（與發(fā)電機3333變壓器模擬的特點用普通小型變壓器模擬可行嗎？相似理論決定了模擬的先決條件。模擬變壓器需要專門設(shè)計，以滿足這些條件。同時，變壓器模擬也需要考慮具體問題進(jìn)行局部相似進(jìn)行穩(wěn)定模擬時，需要短路損耗相似進(jìn)行帶負(fù)荷電壓波動模擬時，要求空載特性相似模擬變壓器設(shè)計時，一般不需要考慮熱計算及應(yīng)力計算。34變壓器模擬的特點用普通小型變壓器模擬可行嗎？34阻抗電壓計算阻抗電壓是短路阻抗Zk與一次側(cè)額定電流IN的乘積。通常用它與一次側(cè)額定電壓UN的比值表示。是指在額定頻率點變壓器短路，并且短路電流達(dá)到額定值時一次側(cè)所加電壓與一次側(cè)額定電壓的比值35阻抗電壓計算阻抗電壓是短路阻抗Zk與一次側(cè)額定電流IN的乘積阻抗電壓計算由于Ukr數(shù)值一般很小，對于大型變壓器可以忽略不計，認(rèn)為Uk=Ukx可以利用Uk歸算變壓器的Lk。36阻抗電壓計算由于Ukr數(shù)值一般很小，對于大型變壓器可以忽略不模擬變壓器實例（略）37模擬變壓器實例（略）375、輸電線路模擬輸電線路具有分布參數(shù)的特點，如果在實驗室等比例縮小，則模擬系統(tǒng)與原型系統(tǒng)的參數(shù)不可能相同。參數(shù)電抗、電容的標(biāo)幺值會大大減小電阻的標(biāo)幺值會大大增加385、輸電線路模擬輸電線路具有分布參數(shù)的特點，如果在實驗室等比3939長距離輸電線路的等值電路圖2-17長線的等值電路

長度超過100km～300km的架空輸電線路和長度超過100km的電纜線路，這種線路，必須考慮其分布參數(shù)特性

40長距離輸電線路的等值電路圖2-17長線的等值電路長度超41414242對于不同的研究目的可以采用不同的方法模擬如果不研究輸電線路空間磁場及電磁波過程，而研究一般的電磁及機電過程，只要線路兩端或線路上某些點的電壓、電流隨時間的變化過程相似。采用π型等值，以集中參數(shù)或分段集中參數(shù)模擬線路。較短線路——串聯(lián)阻抗較長線路——π型等值長線路——串聯(lián)π型等值43對于不同的研究目的可以采用不同的方法模擬43輸電線路模擬方法假設(shè)用π型等值模擬Lkm的線路，則正序、負(fù)序等值電路，零序等值電路：44輸電線路模擬方法假設(shè)用π型等值模擬Lkm的線路，則正序、負(fù)序合并后的等值電路45合并后的等值電路45輸電線路模擬參數(shù)的確定110~500KV各電壓等級沒千米相間電容：對地電容：46輸電線路模擬參數(shù)的確定110~500KV各電壓等級沒千米相間若以輸電線路的額定電壓及其自然功率為基準(zhǔn)值計算其標(biāo)幺值，在不同電壓等級線路中，同類參數(shù)的標(biāo)幺值是基本一致的。各種不同電壓等級，每百千米的參數(shù)標(biāo)幺值約為：輸電線路的零序電抗一般是正序電抗的一定倍數(shù)沒有架空地線的單回：沒有架空地線的雙回：有架空地線的雙回：220~500kV線路中，47若以輸電線路的額定電壓及其自然功率為基準(zhǔn)值計算其標(biāo)幺值，在不在模型系統(tǒng)中，只要確定了模擬線路的容量基準(zhǔn)和電壓基準(zhǔn)，就可以計算出模擬阻抗與原型阻抗的比值，計算模型參數(shù)。例：模擬220Kv線路每100Km，計算模型參數(shù)。原型電壓220Kv，AC-2x330mm2，線間距D=9m，原型機組單機容量200MW，模擬發(fā)電機模擬基準(zhǔn)5KW，模擬電壓800V。取原型參數(shù)每相等值對地電容48在模型系統(tǒng)中，只要確定了模擬線路的容量基準(zhǔn)和電壓基準(zhǔn)，就可以計算得：因此，100Km線路模擬參數(shù)：49計算得：496、負(fù)荷模擬電力負(fù)荷特性不僅由靜態(tài)特性決定，還與許多動態(tài)和隨機因素相關(guān)。不同負(fù)荷，特性不同。只能采用近似模擬等值電動機的負(fù)荷靜態(tài)特性標(biāo)幺值相等等值電動機的慣性常數(shù)相等等值電動機的軸上阻力機械特性相等等值電動機定轉(zhuǎn)子阻抗標(biāo)幺值與原型機相等或相近負(fù)荷電動機供電網(wǎng)變壓器阻抗標(biāo)幺值與原型一致負(fù)荷模型的各類負(fù)荷比例與原型一致506、負(fù)荷模擬電力負(fù)荷特性不僅由靜態(tài)特性決定，還與許多動態(tài)和隨5151負(fù)荷特性1、異步電動機負(fù)荷的電壓特性52負(fù)荷特性1、異步電動機負(fù)荷的電壓特性52負(fù)荷特性如果忽略定子和勵磁回路功率損耗，功率表達(dá)式可以簡化為53負(fù)荷特性如果忽略定子和勵磁回路功率損耗，功率表達(dá)式可以簡化為負(fù)荷特性2、異步電動機負(fù)荷的頻率特性異步電動機轉(zhuǎn)矩54負(fù)荷特性2、異步電動機負(fù)荷的頻率特性54負(fù)荷特性3、負(fù)荷機械特性負(fù)荷的機械特性是符合電動機所拖動的機械負(fù)荷隨轉(zhuǎn)速變化的特性工業(yè)企業(yè)的工作機械一般有：靜力矩為常數(shù)的阻力機械，如起重機、扎機、磨煤機靜力矩為轉(zhuǎn)速的函數(shù)為機械靜力矩；α為與機械特性相關(guān)的指數(shù)，變化范圍為0~255負(fù)荷特性3、負(fù)荷機械特性為機械靜力矩；α為與機械特性相關(guān)的指負(fù)荷特性4、負(fù)荷機組的慣性時間常數(shù)慣性時間常數(shù)相等，才能保證模型與原型機的加速與制動過程相似。就是說，當(dāng)加速力矩ΔM*恒等于1（p.u.）時，機組轉(zhuǎn)速由零上升到額定轉(zhuǎn)速的時間等于慣性時間常數(shù)Tj。56負(fù)荷特性4、負(fù)荷機組的慣性時間常數(shù)56負(fù)荷的模擬異步電動機負(fù)荷模擬應(yīng)考慮異步電動機本身參數(shù)和特性的模擬阻力機械特性的模擬同步電動機負(fù)荷的模擬確定同步電動機的總?cè)萘亢蛦螜C容量用并聯(lián)阻抗使模型與原型的阻抗標(biāo)幺值相等，安裝飛輪使機械時間常數(shù)相等機械阻力特性的模擬57負(fù)荷的模擬異步電動機負(fù)荷模擬577、無窮大系統(tǒng)模擬無窮大系統(tǒng)的內(nèi)阻抗應(yīng)該為零當(dāng)系統(tǒng)容量比發(fā)電機容量大10倍以上時，可以認(rèn)為系統(tǒng)相對于發(fā)電機是個無窮大系統(tǒng)。實驗室無窮大系統(tǒng)是有一臺調(diào)壓器和一臺升壓變壓器組成。在建立模擬系統(tǒng)時，實驗室無窮大系統(tǒng)的內(nèi)阻抗值應(yīng)歸算到模擬系統(tǒng)中。587、無窮大系統(tǒng)模擬無窮大系統(tǒng)的內(nèi)阻抗應(yīng)該為零58電力系統(tǒng)仿真電力系統(tǒng)物理模擬原理59電力系統(tǒng)仿真電力系統(tǒng)物理模擬原理1電力系統(tǒng)物理模擬是建立在相似原理基礎(chǔ)上，反應(yīng)實物物理過程的模擬研究方法模擬過程與原型系統(tǒng)的物理過程相似可以不受系統(tǒng)復(fù)雜高階方程組的限制難以模擬大規(guī)模系統(tǒng)模擬機組必須專門制造參數(shù)調(diào)整和改變比較麻煩靈活度不夠，準(zhǔn)確度不太高60電力系統(tǒng)物理模擬是建立在相似原理基礎(chǔ)上，反應(yīng)實物物理過程的模1、物理模擬的建模依據(jù)相似理論相似第一定理相似第二定理相似第三定理相似理論在物理模擬中的應(yīng)用611、物理模擬的建模依據(jù)相似理論3相似第一定理相似第一定理：相似現(xiàn)象的相似指標(biāo)等于1。例2-1：62相似第一定理相似第一定理：相似現(xiàn)象的相似指標(biāo)等于1。4635為相似指標(biāo)為相似判據(jù)相似指標(biāo)=1相似現(xiàn)象之間所具有的相似判據(jù)在數(shù)值上是相等的。64為相似指標(biāo)為相似判據(jù)相似指標(biāo)=1相似現(xiàn)象之間所具有的相似判據(jù)相似第一定理給出了相似指標(biāo)等于1或相似判據(jù)相等。但對于一個復(fù)雜的元件或系統(tǒng)（比如發(fā)電機），究竟有多少個相似判據(jù)呢？有如何求這些相似判據(jù)呢？65相似第一定理給出了相似指標(biāo)等于1或相似判據(jù)相等。7相似第二定理假設(shè)一物理現(xiàn)象由n個量綱不同的物理量構(gòu)成，這些物理量中有k個是相互獨立的，有n-k個物理量不獨立，則表示這一物理現(xiàn)象的方程式也可用k個無量綱的量完整地表達(dá)出來。由他們構(gòu)成新的基本單位函數(shù)：66相似第二定理假設(shè)一物理現(xiàn)象由n個量綱不同的物理量構(gòu)成，這些物例如：此時n=5，選出3個新單位，k=3：則有：67例如：此時n=5，選出3個新單位，k=3：則有：9根據(jù)相似第二定理完全可以確定相似判據(jù)的表達(dá)式和數(shù)目。需要注意：需要找出描述現(xiàn)象所有物理量之間的全部關(guān)系式。用某一項去除方程的各項后，所得的判據(jù)中有的可能是不獨立的。如果方程式中含有非齊次函數(shù)，還應(yīng)該添加上非齊次函數(shù)的變量相等條件。同一過程的相似判據(jù)形式可能不同。在電力系統(tǒng)分析中，往往把系統(tǒng)的方程式寫出標(biāo)幺值形式，只要模擬系統(tǒng)的變量和參數(shù)與原系統(tǒng)的變量和參數(shù)的標(biāo)幺值相等，兩者就相似68根據(jù)相似第二定理完全可以確定相似判據(jù)的表達(dá)式和數(shù)目。10相似第三定理相似第一，第二定理確定了相似現(xiàn)象的性質(zhì)（相似必要條件），但沒有指出兩過程應(yīng)該具備什么條件才相似。相似第三定理：如果由方程引出的相似判據(jù)相同，且初始條件和邊界條件相似，則兩現(xiàn)象相似。相似第三定理指出了相似的充分和必要條件。69相似第三定理相似第一，第二定理確定了相似現(xiàn)象的性質(zhì)（相似必要例如：基于相似第一定理，如果兩回路電過程相似：則初始條件也必須相似：70例如：基于相似第一定理，如果兩回路電過程相似：則初始條件也必運用相似原理解決問題，還需以下附加條件：由若干個系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng)，只要單個系統(tǒng)分別相似，且各系統(tǒng)的邊界條件相似，你們整個系統(tǒng)就相似。適用于線性系統(tǒng)的相似條件可推廣到非線性系統(tǒng)，只要非線性參數(shù)的相對特性重合。適用于同項的或均質(zhì)系統(tǒng)的相似條件，可以推廣到各項異性和非均質(zhì)系統(tǒng)中。幾何上不相似的系統(tǒng)中的物理過程也可以相似，而且在這個系統(tǒng)中的空間中每一點，都可以在另一相似系統(tǒng)中找到完全一定的對應(yīng)點。71運用相似原理解決問題，還需以下附加條件：13相似理論在物理模擬中的應(yīng)用復(fù)雜的電力系統(tǒng)仍然是由簡單元件構(gòu)成的。只要模擬系統(tǒng)中的每個元件與原系統(tǒng)的對應(yīng)元件相似，并按原系統(tǒng)連接起來，滿足邊界條件，則整個系統(tǒng)就相似。在實際電力系統(tǒng)中存在諸多非線性元件，只要非線性參數(shù)相似，也能很好地模擬原系統(tǒng)。以上理論是構(gòu)成動模實驗的基礎(chǔ)。72相似理論在物理模擬中的應(yīng)用復(fù)雜的電力系統(tǒng)仍然是由簡單元件構(gòu)成2、同步發(fā)電機模擬同步發(fā)電機模擬條件同步發(fā)電機的模擬實現(xiàn)模擬發(fā)電機的容量及改變?nèi)萘繉﹄姍C參數(shù)的影響模擬比的確定732、同步發(fā)電機模擬同步發(fā)電機模擬條件157416突然短路暫態(tài)過程的特點同步發(fā)電機對稱穩(wěn)態(tài)運行時，電樞磁勢的大小不隨時間而變化，在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)，它同轉(zhuǎn)子沒有相對運動，因此不會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流。突然短路時，定子電流在數(shù)值上發(fā)生急劇變化，電樞反應(yīng)磁通也隨著變化，并在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流，這種電流又反過來影響定子電流的變化。同步發(fā)電機過渡過程的物理現(xiàn)象75突然短路暫態(tài)過程的特點同步發(fā)電機對稱穩(wěn)態(tài)運行時，無阻尼繞組同步電機突然三相短路的物理分析

穩(wěn)態(tài)運行：轉(zhuǎn)子：Vf、if恒定，對應(yīng)磁通

:與勵磁繞組交鏈，稱為勵磁繞組漏磁鏈。①:與定子繞組交鏈，稱為同步發(fā)電機的工作磁鏈（或空載磁鏈）②

在定子繞組中感應(yīng)產(chǎn)生空載電勢基頻電流在氣隙中形成一個大小不變、以同步速隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場

:與定子繞組匝鏈的磁鏈稱為定子繞組的漏磁鏈與轉(zhuǎn)子繞組匝鏈的那部分磁鏈稱為電樞反應(yīng)磁鏈:

、①②

76無阻尼繞組同步電機突然三相短路的物理分析穩(wěn)態(tài)運行：:同步發(fā)電機機端突然三相短路時的暫態(tài)過程由于外接阻抗減小，定子繞組電流將增大，相應(yīng)的電樞反應(yīng)磁鏈也將增大，原來穩(wěn)定狀態(tài)下電機內(nèi)部的電磁平衡關(guān)系遭到破壞。但在突變瞬間，為遵守磁鏈?zhǔn)睾愣桑姍C中各繞組為保持自身的磁鏈不變，都將出現(xiàn)若干新的磁鏈和電流分量。這些磁鏈和電流分量的產(chǎn)生和變化形成從一種穩(wěn)定運行狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定運行狀態(tài)的過渡過程，即暫態(tài)過程。

77同步發(fā)電機機端突然三相短路時的暫態(tài)過程由于外接阻抗減暫態(tài)過程分析短路時，定子繞組產(chǎn)生基頻電流增量1、轉(zhuǎn)子繞組：對應(yīng)的電樞反應(yīng)磁鏈增大減小勵磁繞組原有的磁鏈增大勵磁電流以抵消電樞反應(yīng)磁鏈的作用工作磁鏈和相應(yīng)的空載電勢增大磁鏈?zhǔn)睾阌绊懙蕉ㄗ永@組78暫態(tài)過程分析短路時，定子繞組產(chǎn)生基頻電流增量1、轉(zhuǎn)子繞組：對2、定子繞組工作磁鏈和相應(yīng)的空載電勢增大磁鏈?zhǔn)睾惝a(chǎn)生基頻電流增量,這樣定子側(cè)有新增量、產(chǎn)生一大小與電樞反應(yīng)磁鏈的增量相等、方向相反的磁鏈。與此磁鏈對應(yīng)的磁場在空間靜止不動。

產(chǎn)生一直流電流分量（脈動直流）。在凸極發(fā)電機中，由于定子繞組磁通路徑上的磁阻隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)以兩倍同步頻率周期變化，因而這些直流電流的大小將以兩倍同步頻率脈動。為便于分析，一般將每相繞組中的脈動直流分解為恒定直流電流和兩倍同步頻率的交流電流兩個分量。792、定子繞組工作磁鏈和相應(yīng)的空載電勢增大磁鏈定子繞組中的脈動直流對轉(zhuǎn)子繞組的影響

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)將切割定子繞組中的脈動直流形成的在空間靜止不動的磁場，并感應(yīng)產(chǎn)生一同步頻率的交流電流在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生同步頻率的脈振磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的正轉(zhuǎn)磁場相對于定子繞組以兩倍同步速旋轉(zhuǎn)，它與產(chǎn)生的磁場相對應(yīng)。與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的反轉(zhuǎn)磁場與定子繞組相對靜止，它與產(chǎn)生的磁場相對應(yīng)①

②

80定子繞組中的脈動直流對轉(zhuǎn)子繞組的影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)將切割關(guān)于自由電流的衰減

短路過程中，將隨以定子繞組短接時勵磁繞組的時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律衰減到零。將隨（＋）以勵磁繞組短接時定子繞組的時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律衰減到零。81關(guān)于自由電流的衰減短路過程中，將隨以定子繞組短定子和轉(zhuǎn)子電流的相互關(guān)系示意圖

為維持勵磁繞組磁鏈?zhǔn)睾愣袘?yīng)出的為維持定子繞組磁鏈?zhǔn)睾愣袘?yīng)出的w82定子和轉(zhuǎn)子電流的相互關(guān)系示意圖為維持勵磁繞組磁鏈?zhǔn)睾愣袘?yīng)這樣復(fù)雜的過程，完全模擬是困難的。重點研究電磁量和轉(zhuǎn)子的暫態(tài)過程，內(nèi)部電磁場不予考慮。模型系統(tǒng)與原型系統(tǒng)以標(biāo)幺值形式的電磁過渡過程與機電過渡過程的方程式相同，就可以認(rèn)為兩者相似。也就是：以標(biāo)幺值的形式相似。此外還需考慮：空載特性一致電壓波形接近正弦波頻率特性一致相對的短路附加損耗相等83這樣復(fù)雜的過程，完全模擬是困難的。25同步發(fā)電機的模擬實現(xiàn)模擬發(fā)電機是按參數(shù)要求專門設(shè)計的。除勵磁繞組時間常數(shù)外，其他參數(shù)基本接近大型電機參數(shù)。勵磁繞組的時間常數(shù)可以在勵磁回路中進(jìn)行補償。84同步發(fā)電機的模擬實現(xiàn)模擬發(fā)電機是按參數(shù)要求專門設(shè)計的。26模擬發(fā)電機的容量及改變?nèi)萘繉﹄姍C參數(shù)的影響原型發(fā)電機的容量是不能變的，尤其不能長期過負(fù)荷運行（取決于發(fā)熱條件）。模擬發(fā)電機則不然。一般設(shè)計電磁功率較低，其額定容量表明該機組參數(shù)所取的基準(zhǔn)值，不取決于發(fā)熱。改變?nèi)萘?，?biāo)幺值也會變化（增大容量，所有阻抗標(biāo)幺值增大，慣性時間常數(shù)減小，反之亦然）?？梢愿淖儼l(fā)電機的額定電壓來對空載特性進(jìn)行模擬。85模擬發(fā)電機的容量及改變?nèi)萘繉﹄姍C參數(shù)的影響原型發(fā)電機的容量是模擬比的確定電力系統(tǒng)模擬的基本關(guān)系：其中：另外還有：可以推導(dǎo)出：與標(biāo)幺值的關(guān)系？86模擬比的確定電力系統(tǒng)模擬的基本關(guān)系：28模擬比的確定當(dāng)原型參數(shù)與模擬參數(shù)只差一個模擬比mz時若兩臺機組的阻抗有名值之比為mz時，標(biāo)幺值相等。87模擬比的確定當(dāng)原型參數(shù)與模擬參數(shù)只差一個模擬比mz時若兩臺機模擬機參數(shù)的調(diào)整方法參數(shù)調(diào)整的目的：使模擬機與原型機的參數(shù)成一定比例或標(biāo)幺值相等。改變功率比改變電壓比外串電抗或加大升壓變壓器漏抗調(diào)換轉(zhuǎn)子調(diào)整勵磁繞組時間常數(shù)調(diào)整機械時間常數(shù)88模擬機參數(shù)的調(diào)整方法參數(shù)調(diào)整的目的：使模擬機與原型機的參數(shù)成3、同步發(fā)電機其他部分的模擬勵磁系統(tǒng)的模擬需要注意：原型機于模擬機的轉(zhuǎn)子回路參數(shù)的標(biāo)幺值需要相等勵磁系統(tǒng)的各相應(yīng)元件參數(shù)應(yīng)相等。勵磁調(diào)節(jié)裝置的參數(shù)應(yīng)該具有相同特性。模擬發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)參數(shù)能夠在廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。893、同步發(fā)電機其他部分的模擬勵磁系統(tǒng)的模擬314、變壓器模擬變壓器模擬的主要任務(wù)是過渡過程相似。（與發(fā)電機模擬相似）沒必要保證變壓器內(nèi)部電磁場與原型機相似。短路電抗標(biāo)幺值與原型機相等銅耗、短路損耗的標(biāo)幺值與原型機相等額定電壓時空載電流、空載損耗的標(biāo)幺值與原型機相等空載特性與原型機相同零序電抗的標(biāo)幺值與原型機相等，也即連接方式與原型電壓器相同磁路相同于原型變壓器相同904、變壓器模擬變壓器模擬的主要任務(wù)是過渡過程相似。（與發(fā)電機9133變壓器模擬的特點用普通小型變壓器模擬可行嗎？相似理論決定了模擬的先決條件。模擬變壓器需要專門設(shè)計，以滿足這些條件。同時，變壓器模擬也需要考慮具體問題進(jìn)行局部相似進(jìn)行穩(wěn)定模擬時，需要短路損耗相似進(jìn)行帶負(fù)荷電壓波動模擬時，要求空載特性相似模擬變壓器設(shè)計時，一般不需要考慮熱計算及應(yīng)力計算。92變壓器模擬的特點用普通小型變壓器模擬可行嗎？34阻抗電壓計算阻抗電壓是短路阻抗Zk與一次側(cè)額定電流IN的乘積。通常用它與一次側(cè)額定電壓UN的比值表示。是指在額定頻率點變壓器短路，并且短路電流達(dá)到額定值時一次側(cè)所加電壓與一次側(cè)額定電壓的比值93阻抗電壓計算阻抗電壓是短路阻抗Zk與一次側(cè)額定電流IN的乘積阻抗電壓計算由于Ukr數(shù)值一般很小，對于大型變壓器可以忽略不計，認(rèn)為Uk=Ukx可以利用Uk歸算變壓器的Lk。94阻抗電壓計算由于Ukr數(shù)值一般很小，對于大型變壓器可以忽略不模擬變壓器實例（略）95模擬變壓器實例（略）375、輸電線路模擬輸電線路具有分布參數(shù)的特點，如果在實驗室等比例縮小，則模擬系統(tǒng)與原型系統(tǒng)的參數(shù)不可能相同。參數(shù)電抗、電容的標(biāo)幺值會大大減小電阻的標(biāo)幺值會大大增加965、輸電線路模擬輸電線路具有分布參數(shù)的特點，如果在實驗室等比9739長距離輸電線路的等值電路圖2-17長線的等值電路

長度超過100km～300km的架空輸電線路和長度超過100km的電纜線路，這種線路，必須考慮其分布參數(shù)特性

98長距離輸電線路的等值電路圖2-17長線的等值電路長度超994110042對于不同的研究目的可以采用不同的方法模擬如果不研究輸電線路空間磁場及電磁波過程，而研究一般的電磁及機電過程，只要線路兩端或線路上某些點的電壓、電流隨時間的變化過程相似。采用π型等值，以集中參數(shù)或分段集中參數(shù)模擬線路。較短線路——串聯(lián)阻抗較長線路——π型等值長線路——串聯(lián)π型等值101對于不同的研究目的可以采用不同的方法模擬43輸電線路模擬方法假設(shè)用π型等值模擬Lkm的線路，則正序、負(fù)序等值電路，零序等值電路：102輸電線路模擬方法假設(shè)用π型等值模擬Lkm的線路，則正序、負(fù)序合并后的等值電路103合并后的等值電路45輸電線路模擬參數(shù)的確定110~500KV各電壓等級沒千米相間電容：對地電容：104輸電線路模擬參數(shù)的確定110~500KV各電壓等級沒千米相間若以輸電線路的額定