第三章 电力系统元件模型及模型库介绍421

7)无功功率(Reactive power)：设置选中电机或负荷的无功功率。 8)电压UAN的相角(Phase of UAN voltage)：当电机的节点类型 设置为平衡节点时，该文本框被激活，指定选中电机a相相电压 的相角。 9)负荷潮流初始状态(Load flow initial condition)：常常选择默认 设置“自动(Auto)”，使得迭代前系统自动调节负荷潮流初始 状态。
第3章 电力系统元件模型及模型库介绍
3.1 同步发电机的数学模型 3.2 变压器数学模型及基于电气原理图的变压 器数学模型 3.3 输电线路模型 3.4 负荷模型 3.5 电力图形用户分析界面(Powergui)模块
3.1 同步发电机的数学模型
3.1.1 同步电机电气部分模型 3.1.2 同步发电机机械部分的数学模型 3.1.3 基于电气原理图的同步电机数学模型
3.4.2 基于电气原理图的负荷模型
1.静态负荷模型模块 2.动态负荷模型模块 3.异步电动机模型模块
图3-22 静态负荷模型模块图标
图3-23
三相RLC串联负荷模块参数对话框
图3-24 三相动态 负荷模块
图3-25
三相动态负荷模型参数对话框
3.异步电动机模型模块
① Park变换(Rotor (Park transformation))。把电动机参考轴变换 到以旋转的转子为参考轴。 ② 固定参考轴(Stationary)：通过Clarke或αβ变换把电动机参考 轴变换到固定的静止的坐标轴。 ③ 同步旋转坐标轴(Synchronous)：把电动机参考轴变换到以同 步转速旋转的参考轴。
图3-12 变压器模块的参数对话框
图3-13 饱和变压器的图标
3.3 输电线路模型
3.3.1 输电线路的等效电路 3.3.2 基于电气原理图的输电线路数学模型
图3-14
输电线路的单相“Π”形等值电路
图3-15
长线的多个“Π”形等值电路
3.3.2 基于电气原理图的输电线路数学 模型
1.“Π”形等值模块 2.分布参数等值模块
7)非线性元件(Nonlinear elements)：显示电路中非线性元件的电 压、电流向量的稳态值。 8)格式(Format)：选择要观测的电压和电流的格式；“浮点格式 (Floating Point)”是以科学计数法显示5位有效数字；“最优格 式(Best of)”是显示4位有效数字，并且在数值大于9999时以科 学计数法表示；最后一个格式是直接显示数值的大小，小数点 后保留两位有效数字。 9)更新稳态值(Update Steady State Values)：重新计算并显示稳 态电压、电流值。
定义 转子三相电流 q轴和d轴转子电 流 q轴和d轴转子磁 通量 q轴和d轴转子电 压 定子三相电流 q轴和d轴定子电 流 q轴和d轴定子磁 通 定子q轴和d轴电 压
单位 A 或者 p．u． A 或者 p．u． V·s或者p．u． V或者 p．u． A 或者 p．u． A 或者 p．u． V·s或者p．u． V或者p．u．
VA或者 p．u． rad/s rad N·m或者 p．u． deg VA或者 p．u．
20 δ Delta 21,22 Peo , Qeo Peo,Qeo
图3-5 p.u.基本同步电机模块参数对话框
图3-6 p.u.基本同步电机模块饱和仿真复选框
图3-7 SI基本同步电机模块参数对话框
图3-8 p.u.标准同步电机模块的参数对话框
图3-32 Powergui模块的LTI视窗界面
3.5.6 阻抗依频特性测量视窗
1)图表：窗口左上侧的坐标系表示阻抗-频率特性，左下侧的坐 标系表示相角-频率特性。 2)测量(Measurement)：列出模型文件中的阻抗测量模块，选择 需要显示依频特性的阻抗模块。 3)范围(Range)：指定频率范围。 4)对数阻抗(Logarithmic Impedance)：坐标系纵坐标的阻抗以对 数形式表示。 5)线性阻抗(Linear Impedance)：坐标系纵坐标的阻抗以线性形 式表示。 6)对数频率(Logarithmic Frequency)：坐标系横坐标的频率以对 数值形式表示。
图3-29
Powergui模块的稳态电压电流分析窗口界面
3.5.3 初始状态设置窗口
1)初始电气状态值(Initial electrical state values for simulation)： 显示模型文件中状态变量的名称和初始值。 2)设置到指定状态(Set selected electrical state)：对初始状态列表 中选中的状态变量进行初始值设置。 3)设置初始状态(Force initial electrical states)：选择从“稳态(To Steady State)”、“零初始状态(To Zero)”或“模块的设置(To Block Settings)”开始仿真。 4)加载状态(Reload states)：选择从 “指定文件(From File ...)” 中加在初始状态或者以“当前值(From Diagram)”作为初始状 态开始仿真。 5)格式(Format)：选择要观测的电压和电流的格式。
ira , irb , irc id , iq
ϕrq ,ϕrd
Vrd ,Vrq isa , isb , isc isd , isq
ϕ sq ,ϕ sd
Vd ,Vq
表3-3
异步电动机输出信号
输出 19 20 21
符号
端口 wm Te Thetam
定义 转子角速度 电磁转矩 转子角位移
单位 rad/s N·m或者 p．u． rad
7)线性频率(Linear Frequency)：坐标系横坐标的频率以线性形 式表示。 8)网络(Grid)：选中该复选框，阻抗-频率特性图和相角-频率特 性图上将出现网格。 9)更新后保存数据(Save data when updated)：选中该复选框后， 该复选框下面的“工作间变量名(Workspace Variable name)”文 本框被激活，数据以该文本框中显示的变量名被保存在工作间 中。 10)显示/保存(Display/Save)：开始阻抗依频特性测量并显示结 果，如果选择了“更新后保存数据”复选框，数据将保存到指 定位置。
图3-31
Powergui模块的潮流计算和电机初始化窗口界面
3.5.5 LTI视窗
1)系统输入(System inputs)：列出电路状态空间模型中的输入变 量，选择需要用到LTI视窗的输入变量。 2)系统输出(System outputs)：列出电路状态空间模型中的输出 变量，选择需要用到LTI视窗的输处变量。 3)打开新的LTI视窗(Open New LTI Viewer)：产生状态空间模型 并打开选中的输入和输出变量的LTI视窗。 4)打开当前LTI视窗(Open in current LTI Viewer)：产生状态空间 模型并打开选中的输入和输出变量叠加到当前LTI视窗。
a)
图3-26 异步电动机模型模块 a)标幺制下的异步电动机模型模块 b)有名制下的异步电动机模型模块
b)
表3-3
异步电动机输出信号
输出 1～3 4～5 6～7 8～9 10～12 13～14 15～16 17～18
符号
端口 ir_abc ir_qd phir_qd vr_qd is_abc is_qd phis_qd vs_qd
3.2 变压器数学模型及基于电气原理图 的变压器数学模型
3.2.1 变压器数学模型 3.2.2 基于电气原理图的变压器数学模型
图3-9 变压器的单相等值电路 a)双绕组变压器 b)三绕组变压器
a)
b)
ห้องสมุดไป่ตู้
图3-10 变压器模块示意图 a)三相双绕组变压器 b)三相三绕组变压器
图3-11 4种典型连接方式下的双绕组三相变压器图标
10～11 12～13 14 15
ϕmq ,ϕ md phim_qd
Vd ,Vq
Δθ vs_qd d_theta wm
ωm
表3-2 同步电机模型输出信号 16 17 18 19
Pe
Pe dw theta Te
电磁功率 转子角速度偏 移 转子机械角 电磁转矩 功率角 输出的有功和 无功功率
Δω θ
Te
3.1.1 同步电机电气部分模型
图 3-1 同步发电机等效电路 a)d轴等效电路 b)q轴等效电路
3.1.3 基于电气原理图的同步电机数学 模型
1.简化的同步电机模型 2.同步电机模块 3.各类模块的应用比较
1.简化的同步电机模型
a)
b)
图 3-2 简化同步电机模块示意图 a)标幺制下的简化同步电机模块 b)国际单位制下的简化同步电机模块
图3-30
Powergui模块的初始状态设置窗口界面
3.5.4 潮流计算和电机初始化窗口
1)电机潮流分布(Machine load flow)：显示电机列表中选中电机 的潮流分布。 2)电机(Machines)：显示简化同步电机、同步电机、非同步电机 和三相动态负荷模块的名称。 3)节点类型(Bus type)：选择节点类型。 4)终端电压UAB(Terminal voltage UAB)：对选中电机的输出线 电压进行设置。 5)有功功率(Active power)：设置选中电机或负荷的有功功率。 6)预估有功功率(Active power guess)：如果电机的节点类型为平 衡节点则显示该项，用来设置迭代开始时电机的有功功率。
表3-1 简化同步电机模型输出信号
输出 1～3 4～6 7～9 符号
isa , isb , isc Va ,Vb ,Vc Ea , Eb , Ec
端口 is_abc vs_abc e_abc
定义 定子三相电流 定子三相电压 发电机内部三 相电源电压 转子角度 转子角速度 电磁功率
单位 A 或者 p．u． V或者 p．u． V或者 p．u． rad Rad/s或者 p．u． VA或者 p．u．
10 11 12
Pe
θ ω
Thetam wm Pe
a)
图 3-3 简化同步电机模块参数对话框 a)标幺制下的对话框 b)国际单位制下的对话框
b)
2.同步电机模块
(1)p.u.基本同步电机模块 (2)SI 基本同步电机模块 (3)p.u.标准同步电机模块
a)
b)
c)
图 3-4 同步发电机模块示意图 a)标幺制下的基本模型 b)国际单位制下的基本模型 标幺制下的标准模型
b)
图3-20 单相和多相分布参数线路模块图标 a)单相分布参数线路模块图标 b)多相分布参数线路模块图标
3.4 负荷模型
3.4.1 负荷的数学模型 3.4.2 基于电气原理图的负荷模型
3.4.1 负荷的数学模型
1.负荷的静态模型 2.负荷的动态模型 3.异步电动机模型
图3-21
异步电动机等效电路
3.5.2 稳态电压电流分析窗口
1)稳态值(Steady state values)：显示模型文件中指定的电压、电 流稳态值。 2)单位(Units)：选择将显示的电压、电流值是“峰值(Peak value s)”还是“有效值(RMS)”。 3)频率(Frequency)：选择显示的电压、电流向量的频率。 4)状态(States)：显示电路中电容电压和电感电流向量的稳态值。 5)测量(Measurements)：显示电路中测量模块测量到的电压、电 流向量的稳态值。 6)电源(Sources)：显示电路中电源的电压、电流向量的稳态值。
c)
表3-2 同步电机模型输出信号
输出 1～3 4～5 6～9 符号 端口 定义 定子三相电流 定子q轴和d轴电流 单位 A或者 p．u． A或者 p．u．
isa , isb , isc is_abc isq , isd i fd , ikq1 , ikq 2 , ikd
is_qd ik_qd
V或者 励磁电流、q轴和d轴阻尼 绕组电流 p．u． q轴和d轴磁通量 定子q轴和d轴电压 转子角偏移量 转子角速度 Vs或者 p．u． V或者 p．u． rad rad/s
a)
图3-16 输电线路 “Π”形线路模块示意图 a)单相等值电路模块 b)三相等值电路模块
b)
a)
b)
图3-17 输电线路 “Π”形线路属性参数对话框 a)单相等值电路模块参数对话框 b)三相等值电路模块参数对话框
图3-18 三相分布参数线路模块图标
图3-19
分布参数线路模块参数对话框
a)
ωm θm
Te
图3-27
标幺值情况下异步电动机模型参数对话框
3.5.1 Powergui模块主窗口介绍
1.仿真类型 2.分析工具
a)
图3-28 Powergui模块图标和主窗口 a)模块图标 b)主窗口
b)
1.仿真类型
(1)相量法仿真(Phasor (2)离散化电气模型(Discretize (3)连续系统仿真(Continuous) (4)显示分析信息(Show