单机无穷大算例系统说明1214.docxVIP

附录一算例系统Ⅰ算例系统的数学模型算例系统采用的是文献[1]第12章所使用的单机无穷大系统，图fl-1为其系统单线图。系统基准频率是60Hz。下面分别介绍潮流计算和发电机初始状态计算，全部计算基于标幺值。图fl-1单机无穷大系统单线图潮流计算已知发电机机端电压幅值为，无穷大母线电压，发电机有功出力，无功出力。设为发电机机端电压相角，为发电机端口到无穷大母线之间的电抗之和，则根据下列公式：可得到。发电机初始状态计算：发电机参数如下表所示：表f-1 发电机参数表参数（不计饱和效应）数值直轴同步电抗Xd1.81直轴暂态电抗0.3直轴次暂态电抗0.23交轴同步电抗1.76交轴暂态电抗0.65交轴次暂态电抗0.25直轴开路暂态时间常数8.0直轴开路次暂态时间常数0.03交轴开路暂态时间常数1.0交轴开路次暂态时间常数0.07惯性时间常数H3.5s电枢电阻Ra0.003漏抗0.16极对数p2由潮流结果可知，发电机定子电流计算得设为发电机q轴相对于无穷大母线电压的角度，机端电压、电流与发电机内电势的关系，如图fl-2所示。图fl-2 同步电机的向量图是发电机等值电路中一个虚拟的计算用的电势计算得。也就是说机端电压的直轴分量和交轴分量：定子绕组出口电流直轴分量和交轴分量暂态电势的计算公式为得不计发电机的饱和效应，空载电势的计算得发电机动态模型发电机转子运动方程其中标幺机械转矩标幺电气转矩机械阻尼转矩系数转子角速度原动机功率电磁功率转子相对于同步旋转参考轴的角位移，单位为电气弧度。同步转速，发电机经典模型忽略暂态凸极效应，也就是。在暂态过程中，q轴阻尼绕组与励磁绕组磁链保持不变，于是保持不变。定子电压方程发电机三绕组模型忽略定子的电磁暂态，而考虑发电机转子阻尼绕组作用的三绕组发电机模型，也就是考虑到了f绕组、D绕组、Q绕组的电磁暂态和转子运动的机电暂态的发电机模型。发电机定子电压方程[2]转子f,D,Q绕组电势方程分别如下：其中暂态电势由励磁电压所决定的假想空载电势直轴次暂态电势交轴次暂态电势算例系统的Matlab仿真模型在Matlab环境中，从Simulink和SimPowerSystems中，选取所需元件模块，分别建立上述恒定的系统模型，其仿真模型如图f-1中所示。主要可以分为以下几部分模块。同步发电机模块三相输电线路模块无穷大节点的电压源模块负荷模块故障模块测量模块为了计算方便，取模型系统的额定功率，额定线电压（有效值）。这与文献[1]的第12章中单机无穷大系统的参数（额定功率,额定电压）不同，但是两个系统的标幺值是一致的，故能够保证分析结果的一致性。2.1同步发电机模块从SimPowerSystems的“SimPowerSystems-Machines-Synchronous”路径下，分别选取经典模型的发电机模块和三绕组模型的发电机模块，用于搭建恒定的系统模型。经典发电机模型经典发电机模型采用Simplified Synchronous Machine模块，如图fl-3所示。图fl-3Simplified Synchronous Machine模块按照fl-1设置相关参数，如下图所示：图 fl-4经典发电机模型参数阻尼系数(damping factor)设为0.1的原因是：图fl-1中的单机无穷大系统中的发电机没有阻尼，而Simulink仿真系统都是按照物理元件的实际情况进行设置的，现实中的发电机都是有阻尼的。所以设置阻尼系数为0.1，既保证和图fl-1中的单机无穷大系统中的发电机近似，又能保证仿真模型能够在这个阻尼的作用下，一段时间后能够达到稳态。其中“初始条件”(Initial condition)参数中的th(的角度)、ia、ib、ic(发电机出口电流)，详见 1.2节的计算结果。三绕组发电机模型三绕组发电机模型采用Synchronous Machine模块，如图fl-5所示。图 fl-5 Synchronous Machine模块其参数设置如下图所示：图 fl-6三绕组发电机模块参数三绕组发电机模块参数和经典发电机模块参数类似。2.2三相输电线路模块图 fl-7三相输电线路模块仿真系统中的线路模型采用集中参数模型。不计输电线路对地导纳和线路电阻。图fl-1中发电机端口到无穷大母线之间的电抗之和为 (pu)则线路电感的有名值为模型参数设置如下图所示：图 fl-8三相输电线路模块参数无穷大系统的仿真从SimPowerSystems的“SimPowerSystems-Electrical Source-Three Phase Source”路径下，选取一个三相电压源，将其视在功率设置为100MVA远大于发电机的视在功率1MVA，故可以将其看做是一个无穷大电源。其模型如下图所示。图 fl-9电压源模块其端口电压的有效值x/R=10三相