机电系统仿真——第四章

三相三绕组 变压器
12终端三相 变压器
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移相变压器
4.2.2双绕组三相变压器模块
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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参数设置
额定容量、额定 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 频率
线电压有效值、 电阻、漏感
绕组2的连接形式 二次绕组参数 饱和铁心 磁阻 励磁电感
注意事项： 线路连接方法 仿真算法选择 与Simulink之间的联系
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实例L1：三相交流异步电动机直接启 动性能观测 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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q轴发电机 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 电势
4.1同步发电机模型
D轴发电机 电势 d轴阻尼绕阻 定子绕阻
• 4.1.1同步电机等效电路
q轴励磁电感
考虑涡流效应时 q轴阻尼绕阻
d轴励磁电感
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励磁绕组
4.1.2简化同步电机模块
忽略电枢反应电感、励磁和阻尼绕组的漏感,仅由理想电压源串连RL 线路组成。
输入电机的 机械功率
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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解：
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• （1）理论分析（Page111）
• （2）建立仿真模型
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• (3)参数设置
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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• 交流电压源模块设置 • 万用表模块设置
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国际单位制（SI）模块参数设置
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 标么值（pu）模块参数设置与国际单位 制（SI）模块参数设置内容除单位不一 样以外，其余完全一致。
转动 惯量J
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• 【例题4.1】 额定容量50MVA，10.5KV的两对 极隐极同步发电机与10.5KV无穷大系统相连， 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 电机电阻R＝0.005p.u.，电感L＝0.9p.u.，发 电机供给的电磁功率为0.8 p.u.，求稳态运行 时的发电机转速、功率角和电磁功率。
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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设置仿真参数，运行仿真模型得如下结果：
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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【附例】SI简化电机模块仿真实 例
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解：理论计算结果如下： 稳态运行发电机转速为： 0011 0010n=60f/p=93.75r/min 1010 1101 0001 0100 1011 电磁功率0.8p.u.时功率角delta=18.35° (详细计算过程请参考例题4-2的104页) 电磁功率0.6p.u.时功率角delta=13.46°
建立发电机仿真模型如下所示：
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0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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• 设置仿真参数,得如下结果：
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运行仿真模型
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归纳互 感模型
参数设置
互感类型
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
绕组1自 阻抗 绕组2自 阻抗 绕组3选 择框
绕组3自 阻抗 耦合阻 抗
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4.2.4其它变压器模块
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 除上述所讲的三相双绕组变压器和三绕 组变压器外，Simpowersystem还提供了 单相线性变压器模块、单相饱和变压器 模块、多绕组变压器模块，三相六端口 变压器模块和移相变压器模块。
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0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
绕组数均可通过 参数设置
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4.3输电线路模型
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 设输电线路单位长度dx的电阻为R、电感 为L，电容为C，则输电线路模型为：
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4.3.2 RLC串联支路模型
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例题4-3
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 一台Y－D11连接的三相变压器，Pn＝180kVA， V1n/V2n＝10000V/525V，已知R1＝0.4欧姆， R2＝0.035欧姆，X1＝0.22欧姆，X2＝0.055欧 姆，Rm＝30欧姆，Xm＝310欧姆，铁心饱和特 性如图所示。试分析变压器空载运行时一次侧 的相电压、主磁通和空载电压波形。改变变压 器连接方式，分析结果。 附：铁心饱和特性数据[0,0;0.59737,1;1.5,1.2]
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并联RLC支路模型
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• Simpowersystem还提供了并联RLC支路模 型，模型及参数设置对话框如下：
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4.3.3 PI 型等效电路模块
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 在电力系统中，长度大于100Km的架空线 路及较长的电缆线路，电容影响不能忽 略，在进行潮流计算、暂态稳定性分析 时常用PI型等效电路。PI型等效线路如 下所示：
电机内部电 压源电压
标么值形式 （pu）
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国际单位制（SI）
输出信号端子：
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
定子ABC三相电流
定子ABC三相电压
电机内部电源电压
机械角度 转子速度
电磁功率
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• 标么值（pu）模块参数设置
三相额定视 在功率、额 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 定线电压有 效值、额定 频率 惯性时间 常数H、阻 尼系数Kd 、极对数p 内部阻抗，R 可等于0，但X 应大于0 初始条件：初始角 速度偏移、转子初 始角位移、线电流 幅值、相角
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设置变压器铁心饱和之后参数设置对话框
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
饱和特性参 数设置 磁滞复选框选之后，将 打开磁滞特性对话框
磁通初始化复选框
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饱和变压器铁心参数设置
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 从原点开始定义饱和特性曲线上的每一 个拐点坐标。如图所示的曲线，可以定 义为[0,0;0.2,0.8;0.8,1.5]
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解： （1）经过理论计算，稳态运行发电机转速 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 n=60f/p=1500r/min 功率角
arcsin
Pe X 0.8 * 0.9 arcsin 46.05 EV 1*1
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•(2)建立发电机系统仿真模型如下图所示
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 互感线圈也是一种简单的变压器模块。 其等效电路如图所示。
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Simuink/simpowersystem提供的 互感线圈模型如下： 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
可通过第三线圈选择框进行模型转换
功率角
转子角 偏移量
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输出的有功功率 、无功功率
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转子机械角
• 1.基本同步电机模块（SI与p.u.）
额定视在功率Pn、 额定线电压有效值 定子电阻Rs、漏感 、额定频率 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 L1，d、q轴电枢反 应电感Lmd、Lmq 额定视在功率Pn、额定 线电压有效值、额定频 率，额定励磁电流Ifn
系统基频 单位长度正序、 零序电阻 单位长度正序、 零序电感 单位长度正序、 零序电容 线路长度，对于长度超 过300Km的线路，可用 多个串联PI型模块
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仿真参数设置
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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运行结果如下：
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• 4.1.3同步电机模块 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 • 用于对三相隐极和凸极同步电机进行 动态建模
机械功率Pe>0, 为发电机模式 ，Pe<0为电动 机模式
励磁电压Vf， 发电机模式下 由励磁模块提 供，电动机模 式下为一常数
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转子角速 输出端子m输出电机内部信号，详细内容如下： 度偏移
定子 三相 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 电流 定子dq 轴电流 励磁电流 dq轴阻 尼绕组 电流 Dq轴磁通 Dq定子 电压
第4章：电力系统主要元件 仿真模型
本章内容： SimPowerSystem仿真的基本方法 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 同步发电机仿真模型 变压器仿真模型 输电线路模型 常用负荷仿真模型
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附：SimPowerSystem仿真的基本方法
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4.2 电力变压器模型
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
Fra Baidu bibliotek
• 4.2.1三相变压器等效电路
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Simpowersystem变压器模块
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
饱和变压器 模块
线性变压器
多绕组变 压器
三相双绕组 变压器
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• 电压等级不高的短线路，通常忽略线路 电容影响，用RLC串联支路来等效。通过 修改RLC串联支路模型参数，可建立R、L 、C三个独立元件及其任意组合的电路模 型。 • MATLAB的RLC串联支路模型如下：
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• 双击RLC模块，弹出参数设置对话框如下 ： 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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• 仿真算法选ode15s，仿真终止时间设置 为0.1s，其它取默认设置。运行仿真结 果如下 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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改变变压器连接形式为Y－Y连接，观测仿 真结果
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4.2.3互感线圈
励磁电阻Rf’,励 磁漏感Llfd‘
阻尼绕组 参数 设置定子和转子 是否饱和
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显示与额定输出 电压Vt对应的 励磁电压Vfd
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转动惯量J，摩擦系 数F和极对数p
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初始条件
2.标准同步电机模块(p.u.)
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电抗设置：d轴同步 电抗、暂态电抗、次 暂态电抗，q轴同步 电抗、次暂态电抗、 漏抗
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MATLAB提供的PI型等效电路模块如下：
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单相PI型模块模块参数设置对话框
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
线路总长度
PI型电路的段 数
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三相PI型模块模块参数设置对话框
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
d、q轴时间 常数 d、q轴暂态/次 暂态时间常数 定子电阻
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• 【例题4-2】额定值50MVA、10.5KV得有阻 尼绕组同步发电机与10.5KV无穷大系统相 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 连，发电机定子侧参数：Rs＝0.003，L1＝ 0.19837，Lmd=0.91763,Lmq=0.21763;转子 侧参数：Rf＝0.00064，Llfd=0.16537;阻 尼绕组参数Rkd=0.00465,Llkd＝0.0392， Rkq1=0.00684,Llkd1=0.01454.各参数为标 么值，极对数p＝32。稳态运行，发电机供 给的电磁功率0.8p.u.变为0.6p.u.，求发 电机转速、功率角和电磁功率的变化。