电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用_第4章

第4章电力系统主要元件等效模型

4.1 同步发电机模型

4.2 电力变压器模型

4.3 输电线路模型

4.4 负荷模型

习题

4.1 同步发电机模型

4.1.1 同步发电机等效电路

SimPowerSystems中同步发电机模型考虑了定子、励磁和阻尼绕组的动态行为，经过Park变换后的等值电路如图4-1所示。

图4-1 同步发电机等效电路图

(a) d轴等效电路；(b) q轴等效电路

该等值电路中，所有参数均归算到定子侧，各变量下标的含义如表4-1所示。

表4-1 同步发电机各变量下标的含义

下标含义

d、q d轴和q轴分量

r、s 转子和定子分量

l、m 漏感和励磁电感分量

f、k 励磁和阻尼绕组分量

因此，图4-1中，R s 、L l 为定子绕组的电阻和漏感，d R f '、d f l L '为励磁绕组的电阻和漏感，d R k '、d L lk '为d 轴阻尼绕组

的电阻和漏感，1k q R '、1lk q L '为q 轴阻尼绕组的电阻和漏感，

2k q R '、2lk q L '为考虑转子棒和大电机深处转子棒的涡流或者小电机中双鼠笼转子时q 轴阻尼绕组的电阻和漏感，L m d 和L m q 为d 轴和q 轴励磁电感，ωR φq 和ωR φd 为d 轴和q 轴的发电机电势。

4.1.2 简化同步电机模块

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，仅由理想电压源串联RL线路构成，其中R值和L值为电机的内部阻抗。

SimPowerSystems库中提供了两种简化同步电机模块，其图标如图4-2所示。图4-2(a)为标幺制单位(p.u.)下的简化同步电机模块，图4-2(b)为国际单位制(SI)下的简化同步电机模块。简化同步电机的两种模块本质上是一致的，唯一的不同在于参数所选用的单位。

图4-2 简化同步电机模块图标(a) 标幺制；(b) 国际单位制

简化同步电机模块有2个输入端子，1个输出端子和3个电气连接端子。

模块的第1个输入端子(Pm)输入电机的机械功率，可以是常数，或者是水轮机和调节器模块的输出。

模块的第2个输入端子(E)为电机内部电压源的电压，可以是常数，也可以直接与电压调节器的输出相连。

模块的3个电气连接端子(A，B，C)为定子输出电压。输出端子(m)输出一系列电机的内部信号，共由12路信号组成，如表4-2所示。

表4-2 简化同步电机输出信号

输出符号端口定义单位1～3 i sa，i sb，i sc is_abc 流出电机的定子三相电流 A 或者p.u. 4～6 V a，V b，V c vs_abc 定子三相输出电压V 或者p.u. 7～9 E a，E b，E c e_abc 电机内部电源电压V 或者p.u.

10 θThetam 机械角度rad

11 ωN wm 转子转速rad/s或者p.u.

12 P e Pe 电磁功率W

通过电机测量信号分离器(Machines Measurement Demux)模块可以将输出端子m中的各路信号分离出来，典型接线如图4-3所示。

图4-3 简化同步电机输出信号分离接线