电力系统仿真：电力系统基础理论_（6）.电力系统分析.docxVIP

PAGE1

PAGE1

电力系统分析

1.电力系统模型

电力系统分析的第一步是建立电力系统的模型。电力系统模型包括发电机模型、输电线路模型、变压器模型、负荷模型等。这些模型是基于电力系统的基本元件和其在系统中的作用构建的，能够准确描述电力系统的运行状态和特性。

1.1发电机模型

发电机是电力系统中的重要电源，常见的发电机模型包括同步发电机模型和异步发电机模型。同步发电机模型通常用于大中型发电机组，而异步发电机模型则更多用于小型风力发电和某些分布式电源。

1.1.1同步发电机模型

同步发电机的模型可以分为静态模型和动态模型。静态模型主要用于稳态分析，而动态模型则用于暂态和动态分析。

静态模型：静态模型通常包括发电机的等效电路和其在不同运行状态下的参数。常用的等效电路包括简化等效电路和详细等效电路。

简化等效电路：

转子绕组用一个等效的电势源表示。

定子绕组用一个等效的电阻和电感表示。

负荷和系统用一个等效的阻抗表示。

#Python代码示例：同步发电机的简化等效电路模型

importnumpyasnp

#定义发电机参数

E_f=1.0#发电机空载电势（p.u.）

R_a=0.01#定子电阻（p.u.）

X_a=0.2#定子电抗（p.u.）

Z_load=0.5+0.5j#负荷阻抗（p.u.）

#计算发电机输出电流

I_gen=E_f/(R_a+X_a+Z_load)

#计算发电机输出功率

S_gen=I_gen*np.conj(E_f)

P_gen=np.real(S_gen)

Q_gen=np.imag(S_gen)

print(f发电机输出电流(I_gen):{I_gen}p.u.)

print(f发电机输出有功功率(P_gen):{P_gen}p.u.)

print(f发电机输出无功功率(Q_gen):{Q_gen}p.u.)

详细等效电路：

考虑更多的内部参数，如转子绕组的电阻和电感、励磁系统等。

用于更精确的稳态和动态分析。

#Python代码示例：同步发电机的详细等效电路模型

importnumpyasnp

#定义发电机参数

E_f=1.0#发电机空载电势（p.u.）

R_a=0.01#定子电阻（p.u.）

X_a=0.2#定子电抗（p.u.）

R_f=0.05#励磁绕组电阻（p.u.）

X_f=0.5#励磁绕组电抗（p.u.）

Z_load=0.5+0.5j#负荷阻抗（p.u.）

#计算发电机的等效阻抗

Z_gen=R_a+X_a+(R_f+X_f)/(1+(R_f+X_f)*np.conj(Z_load))

#计算发电机输出电流

I_gen=E_f/Z_gen

#计算发电机输出功率

S_gen=I_gen*np.conj(E_f)

P_gen=np.real(S_gen)

Q_gen=np.imag(S_gen)

print(f发电机输出电流(I_gen):{I_gen}p.u.)

print(f发电机输出有功功率(P_gen):{P_gen}p.u.)

print(f发电机输出无功功率(Q_gen):{Q_gen}p.u.)

1.2输电线路模型

输电线路是电力系统中连接发电机和负荷的主要设备，其模型包括π型等效电路模型和T型等效电路模型。这些模型能够描述输电线路的电阻、电感和电容特性。

1.2.1π型等效电路模型

π型等效电路模型是最常用的输电线路模型，适用于长距离输电线路。

参数：

R：电阻（Ω/km）

L：电感（H/km）

C：电容（F/km）

Z1：线路阻抗（Ω）

B1：线路导纳（S）

#Python代码示例：输电线路的π型等效电路模型

importnumpyasnp

#定义输电线路参数

R=0.05#电阻（Ω/km）

L=0.9e-3#电感（H/km）

C=10e-9#电容（F/km）

length=100#线路长度（km）

#计算线路阻抗和导纳

Z1=R*length+1j*2*np.pi*60*L*length#60Hz

B1=1j*2*np.pi*60*C*length

print(f线路阻抗(Z1):{Z1}Ω)

print(f线路导纳(B1):{B1}S)

1.2.2T型等效电路模型

T型等效电路模型适用于短距离输电线路，可以简化计算。

参数：

R：电