電力系統(tǒng)在線暫態(tài)分析計(jì)算

電力系統(tǒng)在線暫態(tài)分析計(jì)算

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過

渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的能力。通過暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算可以判別系統(tǒng)的暫態(tài)

功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性。

1.1暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算問題的數(shù)學(xué)描述

暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算首先是以某一穩(wěn)態(tài)的潮流計(jì)算結(jié)果作為初始狀態(tài)。此外，暫態(tài)穩(wěn)定

計(jì)算的數(shù)學(xué)模型包括一次電網(wǎng)的數(shù)學(xué)描述(網(wǎng)絡(luò)方程)和發(fā)電機(jī)，負(fù)荷，無功補(bǔ)償，直

流輸電，發(fā)電機(jī)的調(diào)壓器、調(diào)速器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、繼電保護(hù)等一次設(shè)備和二次裝

置動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述(微分方程)以及各種可能發(fā)牛的擾動(dòng)方式和穩(wěn)定措施的模擬

等。因此PSASP暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算(ST)的數(shù)學(xué)模型可歸為以下三個(gè)部分：

①電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型，即網(wǎng)絡(luò)方程：

X=F(X,y)(5-1)

其中：

F=5/,……/)'

X=(X?2，……為網(wǎng)絡(luò)方程求解的變量

②發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等一次設(shè)備和二次自動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型，即微分方程：

y=G(X,y)(5-2)

其中：

G=(gi'g?，...

Y=(乂，為，……‘,為微分方程求解的變量

③擾動(dòng)方式和穩(wěn)定措施的模擬，如電網(wǎng)的簡單故障或復(fù)雜故障及沖擊負(fù)荷、

快關(guān)汽門、切機(jī)、切奐荷、切線路等。這些因素的作用結(jié)果是改變X,Yo

1.2暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的主要功能和特點(diǎn)

PSASP暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的主要功能可概括為以下幾個(gè)方面:

1）一般模型的計(jì)算功能

＞可計(jì)算交直流混合電力系統(tǒng)

＞可考慮變電站（主接線）內(nèi)部的開關(guān)狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響

＞程序提供的常用系統(tǒng)元件模型（固定模型）如下：

＞同步電機(jī)模型（7種）

＞勵(lì)磁調(diào)節(jié)器模型

＞原動(dòng)機(jī)調(diào)速器模型

＞電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）模型

＞感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及綜合動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型

＞靜態(tài)負(fù)荷模型

＞靜止無功補(bǔ)償器模型

＞直流輸電模型

2）復(fù)雜故障方式的計(jì)算功能

＞可同時(shí)考慮多處三相對(duì)稱故障，包括三相短路，三相斷線，串聯(lián)電容保護(hù)

三相擊穿等

＞可同時(shí)考慮多處不對(duì)稱故障，包括單相短路，單相負(fù)荷投入，兩相短路,

兩相接地，單相斷線，兩相斷線，串聯(lián)電容器不對(duì)稱擊穿等

＞在不對(duì)稱故障下，可考慮輸電線零序互感的影響

＞既可做暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，也可做短路電流計(jì)算（在程序中做不解微分方程處

理），及動(dòng)態(tài)過程中的復(fù)雜故障短路電流計(jì)算

＞可做輸電線工頻暫態(tài)過電壓及潛供電流計(jì)算分析

＞能給出三相不平衡方式下序電壓，序電流，相電壓，相電流的分右

3）擾動(dòng)方式和穩(wěn)定措施模擬的計(jì)算功能

在PSASP暫態(tài)穩(wěn)定中，除網(wǎng)絡(luò)故障外，還設(shè)置了一些擾動(dòng)方式，用以模擬電力系

統(tǒng)的某些沖擊和穩(wěn)定措施，其功能可概括如下：

＞沖擊負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)影響的動(dòng)態(tài)仿真

＞負(fù)荷功率隨機(jī)波動(dòng)的模擬

＞勵(lì)磁回路電壓波動(dòng)的模擬

＞發(fā)電機(jī)出力跟蹤調(diào)節(jié)的模擬

＞調(diào)速器汽門快速調(diào)整的模擬

＞調(diào)壓器勵(lì)磁電壓快速調(diào)整的模擬

＞按不同準(zhǔn)則（時(shí)間、角度、高頻率、頻率差、過電流）減少母線上的部分和

全部機(jī)組的出力

＞按不同準(zhǔn)則（時(shí)間、低電壓、低頻率、頻率差、線路過電流、異步電動(dòng)機(jī)自

身過電流）切除母線上的部分和全部負(fù)荷

＞按不同準(zhǔn)則（時(shí)間、低電壓、低頻率、角度差、零序過電流、正序過電流）

開斷線路開關(guān)

4）通過用戶自定義模型的方法，用戶可建立各種模型以實(shí)現(xiàn)所需的計(jì)算功能

＞電力系統(tǒng)各種一次設(shè)備模型，如不同型號(hào)的同步電機(jī)，異步電機(jī)，靜止無

功補(bǔ)償器等

＞電力系統(tǒng)各種自動(dòng)裝置的模型，如：各種類型的調(diào)壓靜、調(diào)速器、電力系

統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）及各種繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置等

＞隨不同工程而異的超高壓直流輸電線路及其控制系統(tǒng)的模型

＞靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的元件的模型，如：可控硅串聯(lián)補(bǔ)償器（TCSC）,

統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）等

1.3暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的元件數(shù)學(xué)模型

1.3.1勵(lì)磁系統(tǒng)模型庫

勵(lì)磁系統(tǒng)模型是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)物理過程的數(shù)學(xué)描述。作為電力系統(tǒng)機(jī)電暫

態(tài)過程數(shù)學(xué)模型的重要組成部分，主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的計(jì)算分析。

我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定t-算分析，長期采用暫態(tài)電勢(shì)（Eq，）恒定的模型，它不能準(zhǔn)確地

反映各種不同勵(lì)磁系統(tǒng)的物理過程。新的穩(wěn)定分析導(dǎo)則建議在安全穩(wěn)定分析中發(fā)電機(jī)

采用Eq“、Ed”電勢(shì)變化的詳細(xì)模型，同時(shí)也要求在暫態(tài)穩(wěn)定分析中要考慮各種勵(lì)磁系

統(tǒng)模型。PSASP用戶自定義系統(tǒng)模型庫包含很多種司步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型，可以用

來模擬我國電力系統(tǒng)中已有的絕大部分的勵(lì)磁系統(tǒng)，滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算的需要。

類別勵(lì)磁系統(tǒng)特點(diǎn)模型號(hào)

具有復(fù)式勵(lì)磁加電壓校正器的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系1104

統(tǒng)，帶并聯(lián)校正

直

流具有快速相復(fù)勵(lì)調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，帶1105

勵(lì)并聯(lián)校正

磁帶由恒定電源供電的電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)1106

機(jī)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，帶串聯(lián)校正

勵(lì)帶由機(jī)端供電的電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)磁機(jī)1116

磁勵(lì)磁系統(tǒng)，帶串聯(lián)校正

系帶由恒定電源供電的電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)1107

統(tǒng)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，帶并聯(lián)校正

帶由機(jī)端供電的電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)磁機(jī)1117

勵(lì)磁系統(tǒng)，帶并聯(lián)校正

有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，1108

帶并聯(lián)校正

無副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，1118

交帶并聯(lián)校正

流有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器（有刷）勵(lì)磁1109

勵(lì)系統(tǒng)，昔串聯(lián)校正

磁無副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器（有刷）勵(lì)磁1119

機(jī)系統(tǒng)，帶串聯(lián)校正

勵(lì)

有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器（無刷）勵(lì)1110

磁磁系統(tǒng)，帶并聯(lián)校正

系

無副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器（無刷）勵(lì)1120

統(tǒng)

磁系統(tǒng)，帶并聯(lián)校正

交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)（它勵(lì)可控整流器1111

勵(lì)磁系統(tǒng)），帶串聯(lián)校正

靜電壓源可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)（自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)），1112

止帶串聯(lián)校正

勵(lì)

交流側(cè)串聯(lián)相加的復(fù)勵(lì)源可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)（自1113

磁復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)），帶串聯(lián)校正

系

交流側(cè)串聯(lián)相加的復(fù)勵(lì)源可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)（自1114

統(tǒng)

復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)），帶串聯(lián)校正，較好地模擬了可控

整流器特性

表5-1給出了各模型所適用的勵(lì)磁系統(tǒng)。

幾點(diǎn)說明：

(1)直流勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)

對(duì)于直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)工的計(jì)算公式為:

=

Cl和C2的確定方法如下：

在勵(lì)磁機(jī)特性曲線上取兩點(diǎn)，相應(yīng)的Efd為Efdmax和0.7Efdmax,求得Sei和

Se2,則有:

se\=Ge

S,？=C}e

聯(lián)立求解可得到系數(shù)Cl和C2。

如圖5-1所示，對(duì)每一點(diǎn)Se的計(jì)算公式為

Se=(A-B)/B

圖5-1勵(lì)磁機(jī)飽和特性

(2)不可控整流器的模型

不可控整流器的模型如圖5-2所示。

1-0.58/

圖5-2不可控整流器數(shù)學(xué)模型

1.2.1.2模型說明

(1)模型1104

1104勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖如圖5-3所示。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電源取自發(fā)電機(jī)定子

電流和機(jī)端電壓，兩者在直流側(cè)相加，為了提高勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了以發(fā)

電機(jī)磁場電壓為信號(hào)的并聯(lián)校正。

這種模型主要用來模擬具有復(fù)式勵(lì)磁加電壓校正器的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。

圖5-3中各參數(shù)物理意義如下：

Ki電流復(fù)勵(lì)分量系數(shù)

Ta校正器時(shí)間常數(shù)

Ka校正添增益

Ke勵(lì)磁機(jī)增益，一般為1

Te勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)

Kf并聯(lián)校正增益

Tf并聯(lián)校正時(shí)間常數(shù)

Tr電壓測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)

Vamax校正器最大輸出

Vamin校正器最小輸出

VrmaxAER最大輸出

VrminAER最小輸出

Xc.調(diào)差電抗，Xc.>0時(shí)為正調(diào)差，Xc<0時(shí)為負(fù)調(diào)差。

Ke自勵(lì)系數(shù)，反映直流勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)分量所占份額，完全它勵(lì)時(shí)Ke=l,完全自

勵(lì)時(shí)，Ke=0o

Se直流勵(lì)磁機(jī)的飽和系數(shù)，不計(jì)飽和時(shí)Se=0,越是飽和，Sc越大。

Vt發(fā)電機(jī)端電壓

It發(fā)電機(jī)定子電流

。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)角

Efd發(fā)電機(jī)的磁場電壓

1104勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-4所示。

圖5-31104勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-41104勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(2)模型1105

1105勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖如圖5-5所示。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電源取自發(fā)電機(jī)定子

電流和端電壓，與1104模型不同的是，兩個(gè)分量在交流側(cè)相加，因而具有相位補(bǔ)償作

用。另外，電壓校正器所需功率少，其時(shí)間常數(shù)比1104模型的校正器要小的多。為了

提高勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了并聯(lián)校正環(huán)節(jié)，以發(fā)電機(jī)磁場電壓為輸入信號(hào)。

這種模型主要用來模擬具有快速相復(fù)勵(lì)調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)c

圖5-5中各參數(shù)物理意義如下：

Kv電壓復(fù)勵(lì)系數(shù)

Ki電流復(fù)勵(lì)系數(shù)

Ta放大器時(shí)間常數(shù)

Ka放大器放大倍數(shù)

Tr測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)

Vamax放大器最大輸出

Vamin放大器最小輸出

Vrmax調(diào)節(jié)器最大輸出

Vrmin調(diào)節(jié)器最小輸出

Ke勵(lì)磁機(jī)增益，一般為1.0

Te勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)

Se勵(lì)磁機(jī)的飽和系數(shù)

Ke勵(lì)磁機(jī)的自勵(lì)系數(shù)

Vt發(fā)電機(jī)端電壓

It發(fā)電機(jī)定子電流

*發(fā)電機(jī)功率因數(shù)角

Kf并聯(lián)校正環(huán)節(jié)增益

Tf并聯(lián)校正環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)

Xc調(diào)差電抗

1105勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-6所示。

圖5-51105勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-61105勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(3)模型1106

1106勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖如圖5-7所示。采用半導(dǎo)體電子型調(diào)節(jié)器，功率放

大器由電力電子元件組成，反應(yīng)速度快。調(diào)節(jié)器的功率電源取自恒定電壓。帝串聯(lián)校

正(PID調(diào)節(jié))和發(fā)電機(jī)磁場電壓硬反饋，后者用以提高勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

這種模型主要用來模擬帶半導(dǎo)體電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，并采用恒定電源供電的直流

勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。

圖5-7中各參數(shù)物理意義如下：

Tr電壓測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)

Ti、

T[

Tc>串聯(lián)校正回路時(shí)間常數(shù)，一般有Tb<Tc<Td<Ti

Th-

Kv積分校正選擇因子，Kv=0時(shí)為純積分型校正，Kv=l時(shí)為比例積分型校正

Kj校正回路的直流增益

Ka功率放大單元的增益

Ta功率放大單元的時(shí)間常數(shù)

Vrmax調(diào)節(jié)器最大輸出

Vrmin調(diào)節(jié)器最小輸出

Te勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)

Ke勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)系數(shù)

Se勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)

Kg用來調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)補(bǔ)償度的比例反饋系數(shù)

Xc調(diào)差電抗

Vt發(fā)電機(jī)定子電壓

It發(fā)電機(jī)定子電流

夕發(fā)電機(jī)功率因數(shù)角

Efd發(fā)電機(jī)的磁場電壓

1106勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-8所示。

圖5-71106勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-81106勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(4)模型1116

1116勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖如圖5-9所示。它是由1106模型演變而來的，與

1106模型的唯一區(qū)別是，1116勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電源取自發(fā)電機(jī)端電壓，因

此，調(diào)節(jié)器的最大輸出和最小輸出也和發(fā)電機(jī)端電壓成比例。

1116模型用來模擬勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由機(jī)端變壓器供電的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。

圖5-9中的各參數(shù)物理意義如下：

Vrmax發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為額定值時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器最大輸出電壓

Vrmin發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為額定值時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器最小輸出電壓

其它參數(shù)的物理意義與1106模型完全相同,

1116勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖570所示。

圖5-91116勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5T01116勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(5)模型1107

和1106勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型相同，1107勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型主要用來模擬帶電子型

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功率元件用恒定電源供電，但提高

勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法是采用了并聯(lián)校正，信號(hào)取自發(fā)電機(jī)磁場電壓。

1107勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖如圖5Tl所示。

圖5-11中的參數(shù)物理意義如下：

Kf并聯(lián)校正環(huán)節(jié)增益

Tf并聯(lián)校正環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)

其它參數(shù)的物理意義與1106模型完全相同°

1107勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-12所示。

圖5-111107勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-121107勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(6)模型1117

1117勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖如圖5-13所示。其主要部分和1107勵(lì)磁系統(tǒng)模型

是相同的，唯一的區(qū)別是，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功率元件由發(fā)電機(jī)端供電，它的最大輸出和

最小輸出是發(fā)電機(jī)端電壓的函數(shù)，分別為Vt?Vrmax和Vt?Vrmin,Vrmax^Vrmin分

別是發(fā)電機(jī)端電壓為額定值時(shí)的最大輸出和最小輸出。

1117勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型主要用來模擬有由機(jī)端供電的電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流

勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。

1117勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-14所示。

圖5T31117勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-141117勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(7)模型1108

圖5-15為1108勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖。

本模型模擬的是具有不可控整流器的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器帶并聯(lián)校

正環(huán)節(jié)，校正信號(hào)取自Efd,功率電源取自同軸副勵(lì)磁機(jī)，另外還有勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)

的補(bǔ)償反饋，信號(hào)取Efe。

圖5-15中各參數(shù)物理意義如下：

Ve整流換相電抗后勵(lì)磁機(jī)電壓

Te交流勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)磁場繞組時(shí)間常數(shù)

Kd交流勵(lì)磁機(jī)負(fù)載電流電樞反應(yīng)的去磁系數(shù)，是交流勵(lì)磁機(jī)電抗的函數(shù)

Kc與換相電抗相關(guān)的整流器負(fù)荷系數(shù)

Fex整流器的負(fù)荷因子

Kf并聯(lián)校正環(huán)節(jié)增益

Tf并聯(lián)校正環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)

Tc和Tb勵(lì)磁系統(tǒng)暫態(tài)增益衰減用時(shí)間常數(shù)，實(shí)際的調(diào)節(jié)器中，很少有這一環(huán)

節(jié)或只有增益而無時(shí)間常數(shù)，此時(shí)，可填Tb二Tc的任意數(shù)，但Tb不要為零

Kj暫態(tài)增益衰減環(huán)節(jié)的增益

Ifd發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，即轉(zhuǎn)子電流，在標(biāo)幺值系統(tǒng)中，它和同步電勢(shì)Eq相等。

Tr、Xc、Kf、Kg、Ka、Ta與1106勵(lì)磁系統(tǒng)中的物理意義相同。

1108勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-16所示。

1+藥

圖5T51108勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

18tfD

圖5-161108勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(8)模型1118

1118勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型用來模擬沒有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁

系統(tǒng)。此時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功率電源由發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓供給，調(diào)節(jié)器的最大輸出值、

最小輸出值都與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓有關(guān)。圖5-17為其框圖。Vrmax>Vrmin分別為發(fā)電

機(jī)電壓為額定值時(shí)，調(diào)節(jié)器最大輸出和最小輸出，其它參數(shù)的物理意義與1108模型完

全相同。

1118勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-18所示。

圖5-171118勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-181118勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

（9）模型1109

圖5-19為1109勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖，勵(lì)磁調(diào)節(jié)港中采用串聯(lián)校正（PID調(diào)

節(jié)）。勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)補(bǔ)償信號(hào)取自發(fā)電機(jī)磁場電壓Efd。

本模型主要用于模擬帶串聯(lián)校正的交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流淵（有刷）勵(lì)磁系統(tǒng)。

圖5-19中各參數(shù)物理意義如下：

Tr電壓測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)

Ti、

Td

TeI串聯(lián)校正回路時(shí)間常數(shù)，一般有Tb<Tc<Td<Ti

Tb?

Kv積分校正選擇因子，Kv=0時(shí)為純積分型校正，Kv二1時(shí)為比例積分型校正

KJ校正回路的直流增益

Ka功率放大單元的增益

Ta功率放大單元的時(shí)間常數(shù)

Te交流勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)磁場繞組時(shí)間常數(shù)

Kd交流勵(lì)磁機(jī)負(fù)載電流電樞反應(yīng)的去磁系數(shù)，是交流勵(lì)磁機(jī)電抗的函數(shù)

Kg用來調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)補(bǔ)償度的比例反饋系數(shù)

Kc與換相電抗相關(guān)的整流器負(fù)荷系數(shù)

Xc調(diào)差電抗

Ve整流換相電抗后勵(lì)磁機(jī)電壓

Eex整流器的負(fù)荷因子

Vrmax調(diào)節(jié)器最大輸出

Vrmin調(diào)節(jié)器最小輸出

1109勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-20所示。

圖5-191109勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-201109勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(10)模型1119

圖5-21為1119勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖，1119勵(lì)磁系統(tǒng)用來模擬沒有囿勵(lì)磁機(jī)

的交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器(有刷)勵(lì)磁系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器采用串聯(lián)校正。

圖5-21中各參數(shù)的物理意義除Vrmax、Vrmin外,與1109模型完全相同。Yrmax、

Vrniin分別是發(fā)電機(jī)電壓為額定值時(shí)調(diào)節(jié)器的最大輸出和最小輸出。

1119勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-22所示。

圖5-211119勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-221119勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(11)模型1110

圖5-23為1110勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖。與1108模型一樣，1110勵(lì)磁系統(tǒng)模

型用來模擬由副勵(lì)磁機(jī)向調(diào)節(jié)器供電的不可控整流交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，不同之處是,

并聯(lián)校正的信號(hào)、時(shí)間常數(shù)補(bǔ)償信號(hào)均取自調(diào)節(jié)器的輸出電流(即交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁

電流)。它主要應(yīng)用于無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。

圖5-23中各參數(shù)的物理意義1108模型完全相同。

1110勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-24所示。

圖5-231110勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-241110勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(12)模型1120

圖5-25為1120勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖。1120勵(lì)磁系統(tǒng)模型用來模擬沒有副勵(lì)

磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可挖整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，與1H0模型一樣，采用并聯(lián)校正，調(diào)節(jié)器

功率單元由機(jī)端變供電，并聯(lián)校正和時(shí)間常數(shù)補(bǔ)償信號(hào)均取自調(diào)節(jié)器的輸出電流而不

是發(fā)電機(jī)的磁場電壓，它主要也是應(yīng)用于無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。除Vnnax、Vrmin外，圖5-

25中各參數(shù)的物理意義，與1110模型完全相同。Vrmax、Vrmin分別是發(fā)電機(jī)電壓為

額定值時(shí)調(diào)節(jié)器的最大輸出和最小輸出。

1120勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-26所示。

圖5-251120勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-261120勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

（13）模型1111

圖5-27為1111勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖。這種勵(lì)磁系統(tǒng)，沒有副勵(lì)磁機(jī)，交流

勵(lì)磁機(jī)采用自勵(lì)恒壓系統(tǒng)，其輸出電壓能保持不變，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的調(diào)節(jié)是通過由交流

勵(lì)磁機(jī)供電的可控整流器導(dǎo)通角的控制而實(shí)現(xiàn)的，乂稱交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系

統(tǒng)（它勵(lì)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)）。調(diào)節(jié)器采用串聯(lián)校正（PID調(diào)節(jié)）。

圖5-27中各參數(shù)物理意義如下：

Tr電壓測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)

7n

T,

Tc|串聯(lián)校正回路的時(shí)間常數(shù)，一般有Ti>Td>Tc>Tb

ThJ

Kv積分校正選擇因子，Kv=0時(shí)為純積分型校正，Kv=l時(shí)為比例積分型校正。

KJ串聯(lián)校正環(huán)節(jié)增益

Kc與換弧電抗相關(guān)的整流器負(fù)荷系數(shù)

Xc調(diào)差電抗

Vrmax調(diào)節(jié)器最大輸出

Vrmin調(diào)節(jié)器最小輸出

1111勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-28所示。

圖5-271111勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-281111勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(14)模型1112

圖5-29為1112勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖。這種模型模擬的勵(lì)磁系統(tǒng)稱為電壓源

可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，又稱自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。與1111勵(lì)磁系統(tǒng)模型不同的是，可控整

流器是由發(fā)電機(jī)端的整流變壓器(又稱機(jī)端變)供電，沒有旋轉(zhuǎn)部件，是靜止勵(lì)磁系

統(tǒng)的一種。它的最大輸出電壓是發(fā)電機(jī)端電壓的函數(shù)，成正比例的關(guān)系。

圖5-29中，Vrmax.Vrmin分別為發(fā)電機(jī)電壓為額定值時(shí)調(diào)節(jié)器的最大輸出和最

小輸出。

Kc的意義與1111模型相同，由整流變壓器漏抗決定。由于整流變壓器的漏抗較

小，工作在調(diào)節(jié)特性的第1段，換相壓降用Ifd?Kc來模擬。其它各參數(shù)的物理意義,

與1111模型完全相同。

1112勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-30所示。

v

圖5-291112勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-301112勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

(15)模型1113

圖5-31為1113勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖。一種由發(fā)電機(jī)端電壓及定子電流供電

的可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)稱為復(fù)勵(lì)源可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，它也是靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的一種。

可控整流器的供電電壓由兩部分組成，一部分是與發(fā)電機(jī)端電壓成比例的分量

Vl=Ki.Vt,由并聯(lián)變壓器提供：另一部分為與發(fā)電機(jī)定子電流成比例的分量

V2=jKiTtXu,由串聯(lián)變壓器提供。向量相加后向整流器供電。由于串聯(lián)變壓器有較大

的漏抗，換弧壓降由整流器負(fù)荷因子Fex來模擬。

圖5-31中，

Fox整流器的負(fù)荷因子

Ve電壓分量和電流分量相加后的有效值

Xu串聯(lián)變壓器的互感抗

其它各參數(shù)的物理意義，與1111模型完全相同。

1113勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-32所示。

圖5-311113型勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-321113型勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

（16）模型1114

圖5-33為1114勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框圖。它與1113勵(lì)磁系統(tǒng)模型一樣，用來

模擬交流側(cè)串聯(lián)相加的復(fù)勵(lì)源可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)（自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)）。不同之處是

較好地模擬了可控整流器的特性，圖中Vcmax表示考慮換相壓降后整流可能輸出的最

大電壓（整流時(shí)控制角a=0°,逆變時(shí)a=180°）,只用作限幅用。圖5-33中各參數(shù)

的物理意義與1113模型完全相同。

1114勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖如圖5-34所示。

圖5-331114型勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖5-341114型勵(lì)磁系統(tǒng)自定義模型框圖

132低頻率、低電壓減負(fù)荷繼電器模型

(1)De_Loadbyf(編號(hào):6121)

功能：低頻率減負(fù)荷繼電器

模型原理圖:

模型圖:

(2)De_LoadbyV(編號(hào):6122)

功能：低電壓減負(fù)荷繼電器

模型原理圖：

10111213

133直流輸電控制器模型

HVDC_Mode13（編號(hào)：6203）

功能：模擬直流輸電線路動(dòng)態(tài)，兩側(cè)換流器準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)和控制器（整流側(cè)功率調(diào)節(jié)器,

逆變側(cè)熄弧角調(diào)節(jié)器）動(dòng)態(tài)的模型，適用于電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定分析和小干擾穩(wěn)定

分析。

模型示意圖:

VDIOIDOGOAOXCIXCJTNITNJ

(U(L)(L)(L)(L)(L)(L)(L)

VTIR(BI)

》1TR(B1)

VTH(BI)9

VTIR(B2)

直流線路及其控?rri(Ri)

VT1KB2)

制系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定

VT(Bl)>ITR(B2)

自定義模型

VT(B2)

>ITKB2)

TM7(BI)

RCDLILsQCIQCJ

(D(L)(L)

圖中：L直流輸電線路

Bl直流線整流側(cè)交流母線

B2直流線逆變側(cè)交流母線

VDIO整流側(cè)直流電壓潮流穩(wěn)態(tài)值

ID0直流電流潮流穩(wěn)態(tài)值

G0逆變側(cè)熄弧角潮流穩(wěn)態(tài)值

A0整流側(cè)點(diǎn)燃角潮流穩(wěn)態(tài)值

QCI,QCJ兩側(cè)換流站無功補(bǔ)償容量

XCI,XCJ兩側(cè)換相電抗

TNLTNJ兩側(cè)變壓器變比

RCD直流線路電阻

LI,Ls直流線路和平波電抗器電感

VT1R,VT1I兩側(cè)交流母線電壓

1TR,ITI兩側(cè)母線注入電流

TM7外接系統(tǒng)穩(wěn)定信號(hào)的入口

［說明］

①可以加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的UD模型參與計(jì)算，ID模型號(hào)為6xxx,其輸出定

義為TM7(B1),Bl為整流側(cè)交流母線。

②模型參數(shù)

直流線數(shù)據(jù)

線路和換流站參數(shù)直接取直流線數(shù)據(jù)；

線路和換流站運(yùn)行參數(shù)由UD模型輸入信息得到。

調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)

調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)取公用參數(shù)庫直流線調(diào)節(jié)器參數(shù)：

整流側(cè)母線(B1)按整流側(cè)調(diào)節(jié)器參數(shù)組號(hào)取值；

逆變側(cè)母線(B2)按逆變側(cè)熄弧角調(diào)節(jié)器參數(shù)組號(hào)取值。

③該模型不具備暫態(tài)穩(wěn)定直流故障的能力及其他調(diào)節(jié)功能。

1.4暫態(tài)穩(wěn)定的計(jì)算方法

如上所述,暫態(tài)穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型可歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)方程和微分方程聯(lián)立求解,即：

X=F(X,Y)

［y=G(x,y)(5-3)

其具體的處理方法是:采用梯形穩(wěn)積分的迭代法,求解微分方程；采用直接三角分

解和迭代相結(jié)合的方法求解網(wǎng)絡(luò)方程；微分方程和網(wǎng)絡(luò)方程兩者交替迭代,直至收斂,

以完成一個(gè)時(shí)段t的求解。

(1)微分方程的梯形隱積分迭代法

微分方程

y=G(x,y)(5-4)

的求解方法原理，與下面的單變量微分方程式的求解方法是一致的。

設(shè)微分方程式

dt(5-5)

當(dāng)'〃處函數(shù)值Yn已知時(shí)，可按下式求出。+產(chǎn)/，，+A處的函數(shù)值Yn+1:

%=%+0'/()⑺力

(5-6)

上式中的定積分相當(dāng)于下圖中陰影部分的面積。

圖5-35梯形積分法的幾何解釋

當(dāng)步長At足夠小時(shí)，函數(shù)f(y,t)在tn到tn+1之間的曲線可以近似地用直線代

替，如圖中虛線所示。這樣,陰影部分的面積就可以用梯形ABCD的面積來代替，因此，

式(5-6)可以改寫為：

心=匕+白[/(匕乙)+/(匕”小)]停7、

乙in-/；

即是梯形積分法的差分方程。也就是把微分方程轉(zhuǎn)換成代數(shù)方程求解。由于式(5-

7)等號(hào)的右側(cè)也含有待求量YnH,這種隱式形式很難直接求解,通常采用如下的迭代

方法：

針)=%+等/50+/(燔4)

(5-8)

其中K為迭代次數(shù)，并設(shè)窗=兒這樣，按式(4-9),由比;求染，再力瞪求

葉之依此類推，直至

,屋+1)V{K}

|Zn+I-Z?+l

時(shí)，即求得n+1時(shí)段的值

Y一y(K+i)

/n+l—1n+l

式(5-8),即是梯形隱積分的迭代方程式,可以根據(jù)函數(shù)f具體表達(dá)式對(duì)式(5-8)

進(jìn)行整理,使之更有利于收斂。

為了簡化敘述,現(xiàn)設(shè)暫態(tài)穩(wěn)定的梯形隱積分方程如下：

yd'+D=G(x,yg)(5-