电力系统数字仿真软件应用_模型2016

Uf
U d ,q
同步发电机模型
等值绕组
同步发电机模型 Park方程（dq0坐标系）
ud p d r q Ra id uq p q r d Ra iq u0 p 0 Ra i0 e fd p fd R fd i fd 0 p 1d R1d i1d 0 p 1q R1q i1q 0 p R i 2q 2q 2q
Te d iq q id ad iq aq id
d Lad Ll id Lad i fd Lad i1d q Laq Ll iq Laq i1q Laq i2 q 0 L0i0
Eq Lad fd L ffd
称为q轴瞬变电动势或Xd'后面的电动势
同步发电机模型 同步发电机模型：三阶模型
p r 1 Tm Te K D r 2H
Te d iq q i d Eq Ld id iq Lq iq id iq 0 Ld id id 0 Lq iq d 0 iq q 0 id iq 0 Eq q 0 iq 0 Ld id d 0 id 0 Lq iq iq 0 Eq Lq Ra iq 0 q 0 iq 0 Ld d 0 id 0 Lq Eq D D Ld Ra q 0 iq 0 Ld D d 0 id 0 Lq D ud Ld Ra i L i L q 0 q 0 d D d 0 d 0 q D uq
同步发电机模型 同步发电机模型：三阶模型
在同步发电机基本方程中忽略0轴，以及1d、1q、2q三 个阻尼绕组；在定子电压方程中忽略定子暂态以及速度变化的 影响；考虑磁路饱和。
pEq 1 Ld id Ld id K sd ( incr ) E fd Eq Td0
xaH
0 0 0 rH 0
xaQ
0 0 0 0 rQ
xaD
0 rD 0 0
1 0 0 BG 0 0 0
0 0 1 0 rF 0 xad 0 0 0 0 0 0
xd 0 1 xaF LG b xaD 0 0
负荷模型
静态负荷：一般采用恒定阻抗表示，其方程及等 值电路与集中参数电阻-电感元件相同。 动态负荷：采用异步电动机模型，其建模过程类 似于同步发电机。 综合负荷：x%静态负荷 + (1-x%)动态负荷。
机网接口
发电机模型输入电压和输出电流常采用dq坐标下的标 幺值，在将发电机与其它元件的方程相连接时，必须将发 电机的输入和输出变换到一个公共的系统坐标系下，这个 坐标系可以是同步旋转坐标系(xy坐标系) 。
电力系统数字仿真软件应用
王西田 副教授 x.t.wang@126.com 电信大楼1-322
电力系统主要元件模型
介绍电力系统主要构成元件的数学模型， 主要包括同步电机、励磁调节系统、调速系统、 电力网络。
参考书目：
[1] 黄家裕 等. 电力系统数字仿真. 北京: 水利电力出版社, 1995 [2] P. Kundur. 电力系统稳定与控制 . 北京: 中国电力出版社, 2001 [3] 余耀南. 动态电力系统. 北京: 水利电力出版社, 1985 [4] 倪以信 等. 动态电力系统的理论和分析. 北京: 清华大学出版 社, 2002
y
q
ud sin u q cos
cos vx v sin y
uq
vy
i

vt
vx
d
x
ud
单机无穷大母线系统小扰动模型
Phillips－Heffron模型或K1~K6六系数模型；适用于低 频振荡原理分析。
单机无穷大母线系统小扰动模型
p 0 r
同步发电机模型 同步发电机模型：经典二阶模型
只有转矩方程用微分方程，其它均为代数方程。又称 为 E 恒定模型。
Ut j X d i Eq
1 r Tm Te K D r 1 2H 0 r 1
U t Eq Te sin Xd
1 Tm Te K D r p r 2H p 0 r
同步发电机模型
A ( ) X B u LG X G G G G G Te h( X G )
X G [id , iq , i F , i D , i H , iQ ]T
K sd (incr ) Ld 1 Ld Lq Eq E fd Td 0 Td 0 D Td 0 Ld Ld Ld Ld Ra ud Lq uq Td 0 D Td 0 D
课后作业 在你所在的专业研究方向，有哪些常用的 电力系统软件？选 1 个或多个，对其功能和特 点进行文献查阅，写出综述报告，要求不少于 2000字（A4页面2页）。写好后立即把文档 压缩为“学号姓名电力系统仿真第1次作 业 .rar(zip) ”上传 FTP ，同时发送邮件到： x.t.wang@126.com
uG [ud , uq , EFd ]T
h( X G ) ( x d id x aF i F xaD i D )iq ( x q iq x aH i H x aQ iQ )id
同步发电机模型
ra x d 0 AG ( ) 0 0 0 xq ra 0 0 0 0 0 xaF rF 0 0 0 0
水轮机及其调速系统模型
变压器模型
三相变压器组可用理想变压器与一电阻-电感（R-L）支 路串联而成。R和L分别为变压器绕组的电阻和漏电感，铁心 损耗忽略不计。
变压器的等值电路 在不少研究中，进一步简化为一个电感。
网络元件模型
主要是输电线，通常由电阻-电感支路和对地电容支路 组成的等值π形电路来模拟。 可采用abc或αβ0坐标系统，各有特点：abc坐标比较 直观，在模拟电网中不对称故障和开关操作时比较方便，但 是由于abc坐标下Y/Δ变压器两侧的电量不可逆，进行机网接口有一定困难；而采用αβ0坐标则较好地解决了这一问 题，同时由于大多数网络元件是三相对称的，采用αβ0坐标 时，导纳矩阵比abc坐标更稀疏，便于压缩存放、节省内存 和提高计算速度。 在低频振荡等研究中，可以简化为代数方程。
同步发电机模型
恒定模型 同步发电机模型： Eq
U d X q iq Ra id
' ' U q Eq Xd id Ra iq
1 r Tm Te K D r 1 2H 0 r 1
' ' Te Eq iq X d X q id iq
0 xq 0 0 xaH xaQ
xaF 0 xF x FD 0 0
xaD 0 x FD xD 0 0
0 xaH 0 0 xH x HQ
0 xaQ 0 0 x HQ xQ
同步发电机模型参数：实用参数 经典模型参数
参考文献：基于电机参数的同步电机模型. 电网技术, 2007


励磁系统模型
IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies, IEEE Std. 421.5-2005
[例] IEEE DC Exciter #1 (DC1A)
原动机及其调速系统模型
SIMULINK建模示例（以后细述）
重要观念
机理建模结果包括模型结构、模型参数和初始值 模型精度包括模型结构精度和模型参数精度两个 方面 一个元件可能有多种不同精简程度的模型，分别 适用于不同的研究场合，建模有一个筛选和修正 的过程，最终采用的模型应能符合客观规律、聚 焦研究问题、复现研究现象；建模过程要与研究 的关键问题、创新点相呼应
aL TCO s 1
Te Tm
1


1 2 Hs K D
汽轮机及其调速系统模型
原动机及其调速系统模型
IEEE Committee Report. Dynamic models for steam and hydro turbines in power system studies. IEEE Trans. on PAS. 1973, 92(6)
fd L ffd i fd L f 1d i1d Lad id 1d L f 1d i fd L11d i1d Lad id 1q L11q i1q Laq i2 q Laq iq L i L i L i 22 q 2 q aq 1Βιβλιοθήκη Baidu aq q 2q
电力系统模型结构
电力系统是一个极其复杂的大系统，主要由同步发电 机及其励磁系统、原动机（汽轮机或水轮机）及其调速系统、 电力网络（包括变压器、输电线路、串并联补偿装置、开关、 负荷）等元件组成。机理建模时通常将其划分为多个容易分 析的元件分别建模，然后再综合在一起分析。
Te
d,q
,
,

IEEE Committee Report. Dynamic models for steam and hydro turbines in power system studies. IEEE Trans. on PAS. 1973, 92(6)
1 TSM
1 s

1 TCH s 1
1 TRH s 1