電力系統(tǒng)的MATLAB-SIMULINK仿真與應(yīng)用4.ppt

1、第4章 電力系統(tǒng)主要元件等效模型,4.1 同步發(fā)電機(jī)模型 4.2 電力變壓器模型 4.3 輸電線路模型 4.4 負(fù)荷模型 習(xí)題,4.1 同步發(fā)電機(jī)模型4.1.1 同步發(fā)電機(jī)等效電路SimPowerSystems中同步發(fā)電機(jī)模型考慮了定子、勵(lì)磁和阻尼繞組的動(dòng)態(tài)行為，經(jīng)過(guò)Park變換后的等值電路如圖4-1所示。,圖4-1 同步發(fā)電機(jī)等效電路圖 (a) d軸等效電路；(b) q軸等效電路,該等值電路中，所有參數(shù)均歸算到定子側(cè)，各變量下標(biāo)的含義如表4-1所示。,表4-1 同步發(fā)電機(jī)各變量下標(biāo)的含義,4.1.2 簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊忽略電樞反應(yīng)電感、勵(lì)磁和阻尼繞組的漏感，僅由理想電壓源串聯(lián)R

2、L線路構(gòu)成，其中R值和L值為電機(jī)的內(nèi)部阻抗。SimPowerSystems庫(kù)中提供了兩種簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊，其圖標(biāo)如圖4-2所示。圖4-2(a)為標(biāo)幺制單位(p.u.)下的簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊，圖4-2(b)為國(guó)際單位制(SI)下的簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊。簡(jiǎn)化同步電機(jī)的兩種模塊本質(zhì)上是一致的，唯一的不同在于參數(shù)所選用的單位。,圖4-2 簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊圖標(biāo) (a) 標(biāo)幺制；(b) 國(guó)際單位制,簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊有2個(gè)輸入端子，1個(gè)輸出端子和3個(gè)電氣連接端子。模塊的第1個(gè)輸入端子(Pm)輸入電機(jī)的機(jī)械功率，可以是常數(shù)，或者是水輪機(jī)和調(diào)節(jié)器模塊的輸出。模塊的第2個(gè)輸入端子(E)為電機(jī)內(nèi)部電壓源的電壓，可以是常數(shù)

3、，也可以直接與電壓調(diào)節(jié)器的輸出相連。模塊的3個(gè)電氣連接端子(A，B，C)為定子輸出電壓。輸出端子(m)輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，共由12路信號(hào)組成，如表4-2所示。,表4-2 簡(jiǎn)化同步電機(jī)輸出信號(hào),通過(guò)電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器(Machines Measurement Demux)模塊可以將輸出端子m中的各路信號(hào)分離出來(lái)，典型接線如圖4-3所示。,圖4-3 簡(jiǎn)化同步電機(jī)輸出信號(hào)分離接線,雙擊簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-4所示。,圖4-4 簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框,在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “連接類型”(Connection type)下拉框：定義電機(jī)的連接類型，分為

4、3線Y型連接和4線Y型連接(即中線可見(jiàn))兩種。(2) “額定參數(shù)”(Nom. power, L-L volt.，and freq.)文本框：三相額定視在功率Pn(單位：VA)、額定線電壓有效值Vn(單位：V)、額定頻率fn(單位：Hz)。(3) “機(jī)械參數(shù)”(Inertia, damping factor and pairs of poles)文本框：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J (單位：kgm2)或慣性時(shí)間常數(shù)H (單位：s)、阻尼系數(shù)Kd (單位：轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值/轉(zhuǎn)速的標(biāo)幺值)和極對(duì)數(shù)p。,(4) “內(nèi)部阻抗”(Internal impedance)文本框：?jiǎn)蜗嚯娮鑂 (單位：或p.u.)和電感L(單位：H或

5、p.u.)。R和L為電機(jī)內(nèi)部阻抗，設(shè)置時(shí)允許R等于0，但L必須大于0。(5) “初始條件”(Init. cond.)文本框：初始角速度偏移(單位：)，轉(zhuǎn)子初始角位移e(單位：)，線電流幅值ia、ib、ic(單位：A或p.u.)，相角pha、phb、phc(單位：)。初始條件可以由Powergui模塊自動(dòng)獲取(見(jiàn)5.1節(jié))?！纠?.1】額定值為50 MVA、10.5 kV的兩對(duì)極隱極同步發(fā)電機(jī)與10.5 kV無(wú)窮大系統(tǒng)相連。隱極機(jī)的電阻R=0.005 p.u.，電感L=0.9 p.u.，發(fā)電機(jī)供給的電磁功率為0.8 p.u.。求穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率角和電磁功率。,解：(1) 理論分析。

6、由已知，得穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n為n=1500 r/min (4-1)其中，f為系統(tǒng)頻率，按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)取為50 Hz；p為隱極機(jī)的極對(duì)數(shù)，此處為2。電磁功率Pe=0.8 p.u.，功率角為 (4-2)其中，V為無(wú)窮大系統(tǒng)母線電壓；E為發(fā)電機(jī)電勢(shì)；X為隱極機(jī)電抗。(2) 按圖4-5搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱及提取路徑見(jiàn)表4-3。,圖4-5 例4.1的仿真電路圖,表4-3 例4.1仿真電路模塊的名稱及提取路徑,(3) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊，設(shè)置電機(jī)參數(shù)如圖4-6所示。,圖4-6 例4.1的同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置,在常數(shù)模塊Pm的對(duì)話框中輸入0.805，在常數(shù)模塊VLLrm

7、s的對(duì)話框中輸入1.04(由Powergui計(jì)算得到的初始參數(shù))。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分離第49、11、12路信號(hào)。選擇器模塊均選擇a相參數(shù)通過(guò)。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速為標(biāo)幺值，因此使用了一個(gè)增益模塊將標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為有單位r/min表示的轉(zhuǎn)速，增益系數(shù)為,(4-3),兩個(gè)Fourier分析模塊均提取50 Hz的基頻分量。交流電壓源Va、Vb和Vc為頻率是50 Hz、幅值是10.5 / kV、相角相差120的正序三相電壓。三相電壓電流測(cè)量模塊僅用作電路連接，因此內(nèi)部無(wú)需選擇任何變量。打開(kāi)菜單SimulationConfiguration Parameters，在圖4-7的“算法選擇”(So

8、lver options)窗口中選擇“變步長(zhǎng)”(variable-step)和“剛性積分算法(ode15s)”。,圖4-7 例4.1的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置,(4) 仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)子角，波形如圖4-8所示。仿真開(kāi)始時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率由0逐步增大，機(jī)械功率大于電磁功率。發(fā)電機(jī)在加速性過(guò)剩功率的作用下，轉(zhuǎn)速迅速增大，隨著功角d的增大，發(fā)電機(jī)的電磁功率也增大，使得過(guò)剩功率減小。當(dāng)t=0.18 s時(shí)，在阻尼作用下，過(guò)剩功率成為減速性功率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，但轉(zhuǎn)速仍然大于1500 r/min，因此功角d繼續(xù)增大，直到轉(zhuǎn)速小于1500 r/min后(t=0.5 s)，功角開(kāi)

9、始減小，電磁功率也減小。t=1.5 s后，在電機(jī)的阻尼作用下，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1500 r/min，功率穩(wěn)定在0.8 p.u.，功角為44。仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致。,圖4-8 例4.1的仿真波形圖,4.1.3 同步電機(jī)模塊SimPowerSystems庫(kù)中提供了三種同步電機(jī)模塊，用于對(duì)三相隱極和凸極同步電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，其圖標(biāo)如圖4-9所示。圖4-9(a)為標(biāo)幺制(p.u.)下的基本同步電機(jī)模塊，圖4-9(b)為標(biāo)幺制(p.u.)下的標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊，圖4-9(c)為國(guó)際單位制(SI)下的基本同步電機(jī)模塊。,圖4-9 同步電機(jī)模塊圖標(biāo) (a) p.u.基本同步電機(jī)；(b) p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)；(c

10、) SI基本同步電機(jī),同步電機(jī)模塊有2個(gè)輸入端子、1個(gè)輸出端子和3個(gè)電氣連接端子。模塊的第1個(gè)輸入端子(Pm)為電機(jī)的機(jī)械功率。當(dāng)機(jī)械功率為正時(shí)，表示同步電機(jī)運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī)模式；當(dāng)機(jī)械功率為負(fù)時(shí)，表示同步電機(jī)運(yùn)行方式為電動(dòng)機(jī)模式。在發(fā)電機(jī)模式下，輸入可以是一個(gè)正的常數(shù)，也可以是一個(gè)函數(shù)或者是原動(dòng)機(jī)模塊的輸出；在電動(dòng)機(jī)模式下，輸入通常是一個(gè)負(fù)的常數(shù)或者函數(shù)。模塊的第2個(gè)輸入端子(Vf)是勵(lì)磁電壓，在發(fā)電機(jī)模式下可以由勵(lì)磁模塊提供，在電動(dòng)機(jī)模式下為一常數(shù)。,模塊的3個(gè)電氣連接端子(A,B,C)為定子電壓輸出。輸出端子(m)輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，共由22路信號(hào)組成，如表4-4所示。,表4-4

11、同步電機(jī)輸出信號(hào),通過(guò)“電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器”(Machines Measurement Demux)模塊可以將輸出端子m中的各路信號(hào)分離出來(lái)，典型接線如圖4-10所示。,圖4-10 同步電機(jī)輸出信號(hào)分離接線,同步電機(jī)輸入和輸出參數(shù)的單位與選用的同步電機(jī)模塊有關(guān)。如果選用SI制下的同步電機(jī)模塊，則輸入和輸出為國(guó)際單位制下的有名值(除了轉(zhuǎn)子角速度偏移量以標(biāo)幺值、轉(zhuǎn)子角位移以弧度表示外)。如果選用p.u.制下的同步電機(jī)模塊，輸入和輸出為標(biāo)幺值。雙擊同步電機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，下面將對(duì)其一一進(jìn)行說(shuō)明。1. SI基本同步電機(jī)模塊SI基本同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-11所示。,圖4-11

12、SI基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框,在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “預(yù)設(shè)模型”(Preset model)下拉框：選擇系統(tǒng)設(shè)置的內(nèi)部模型后，同步電機(jī)自動(dòng)獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如果不想使用系統(tǒng)給定的參數(shù)，請(qǐng)選擇“No”。(2) “顯示詳細(xì)參數(shù)”(Show detailed parameters)復(fù)選框：點(diǎn)擊該復(fù)選框，可以瀏覽并修改電機(jī)參數(shù)。(3) “繞組類型”(Rotor type)下拉框：定義電機(jī)的類型，分為隱極式(round)和凸極式(salient-pole )兩種。(4) “額定參數(shù)”(Nom. power, volt., freq. and field cur.)文本框：三相額定視在功率Pn(

13、單位：VA)、額定線電壓有效值Vn(單位：V)、額定頻率fn(單位：Hz)和額定勵(lì)磁電流ifn(單位：A)。,(5) “定子參數(shù)”(Stator)文本框：定子電阻Rs(單位：W)，漏感Ll(單位：H)，d軸電樞反應(yīng)電感Lmd (單位：H)和q軸電樞反應(yīng)電感Lmq (單位：H)。(6) “勵(lì)磁參數(shù)”(Field)文本框：勵(lì)磁電阻(單位：W)和勵(lì)磁漏感(單位：H)。(7) “阻尼繞組參數(shù)”(Dampers)文本框：d軸阻尼電阻Rkd(單位：W)，d軸漏感(單位：H)，q軸阻尼電阻(單位：W)和q軸漏感(單位：H)，對(duì)于實(shí)心轉(zhuǎn)子，還需要輸入反映大電機(jī)深處轉(zhuǎn)子棒渦流損耗的阻尼電阻(單位：W)和漏感(單

14、位：H)。,(8) “機(jī)械參數(shù)”(Inertia, friction factor and pole pairs)文本框：轉(zhuǎn)矩J (單位：kgm2)、衰減系數(shù)F (單位：Nms/rad)和極對(duì)數(shù)p。(9) “初始條件”(Init. cond.)文本框：初始角速度偏移(單位：)，轉(zhuǎn)子初始角位移th(單位：)，線電流幅值ia、ib、ic(單位：A)，相角pha、phb、phc(單位：)和初始勵(lì)磁電壓Vf(單位：V)。(10) “飽和仿真”(Simulate saturation)復(fù)選框：設(shè)置定子和轉(zhuǎn)子鐵芯是否飽和。若需要考慮定子和轉(zhuǎn)子的飽和情況，則選中該復(fù)選框，在該復(fù)選框下將出現(xiàn)圖4-12所示的文

15、本框。,圖4-12 SI基本同步電機(jī)模塊飽和仿真復(fù)選框窗口,要求在該文本框中輸入代表空載飽和特性的矩陣。先輸入飽和后的勵(lì)磁電流值，再輸入飽和后的定子輸出電壓值，相鄰兩個(gè)電流/電壓值之間用空格或“，”分隔，電流和電壓值之間用“；”分隔。例如，輸入矩陣695.64, 774.7, 917.5, 1001.6, 1082.2, 1175.9, 1293.6, 1430.2, 1583.7 ；9660, 10623, 12243, 13063, 13757, 14437, 15180, 15890, 16567，將得到如圖4-13所示的飽和特性曲線，曲線上的“*”點(diǎn)對(duì)應(yīng)輸入框中的一對(duì)ifd, Vt。,

16、圖4-13 飽和特性曲線,2. p.u.基本同步電機(jī)模塊p.u.基本同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-14所示。,圖4-14 p.u.基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框,該對(duì)話框結(jié)構(gòu)與SI基本同步電機(jī)模塊的對(duì)話框結(jié)構(gòu)相似，不同之處有：(1) “額定參數(shù)”(Nom. power, L-L volt., and freq.)文本框：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)內(nèi)容中不含勵(lì)磁電流。(2) “定子參數(shù)”(Stator)文本框：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。(3) “勵(lì)磁參數(shù)”(Field)：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。(4) “阻尼繞組參數(shù)”(D

17、ampers)文本框：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。,(5) “機(jī)械參數(shù)”(Coeff. of inertia, friction factor and pole pairs)文本框：慣性時(shí)間常數(shù)H (單位：s)、衰減系數(shù)F (單位：p.u.)和極對(duì)數(shù)p。 (6) “飽和仿真”(Simulate saturation)復(fù)選框：與SI基本同步電機(jī)模塊類似，其中的勵(lì)磁電流和定子輸出電壓均為標(biāo)幺值；電壓的基準(zhǔn)值為額定線電壓有效值；電流的基準(zhǔn)值為額定勵(lì)磁電流。,3. p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-15所示。,圖4-15 p.u.標(biāo)準(zhǔn)同

18、步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框,在該對(duì)話框中，“預(yù)設(shè)模型”(Preset model)下拉框、“顯示詳細(xì)參數(shù)”(Show detailed parameters)復(fù)選框、“繞組類型”(Rotor type)下拉框、“額定參數(shù)”(Nom. power, L-L volt., and freq.)文本框、“機(jī)械參數(shù)”(Coeff. of inertia, friction factor and pole pairs)文本框、“初始條件”(Init. cond.)文本框、“飽和仿真”(Simulate saturation)復(fù)選框中的參數(shù)與p.u.基本同步電機(jī)相同(圖4-15中虛線部分)。除此之外，還含有如下

19、參數(shù)：,【例4.2】額定值為50 MVA、10.5 kV的有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)與10.5 kV無(wú)窮大系統(tǒng)相連。發(fā)電機(jī)定子側(cè)參數(shù)為Rs=0.003，Ll=0.19837，Lmd=0.91763，Lmq=0.21763；轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)為Rf=0.00064，Llfd=0.16537；阻尼繞組參數(shù)為Rkd=0.00465，Llkd=0.0392，Rkq1=0.00684，Llkq1=0.01454。各參數(shù)均為標(biāo)幺值，極對(duì)數(shù)p=32。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)供給的電磁功率由0.8 p.u.變?yōu)?.6 p.u.，求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率角和電磁功率的變化。解：(1) 理論分析。由已知，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為,利用凸極

20、式發(fā)電機(jī)的功率特性方程做近似估算。其中凸極式發(fā)電機(jī)電勢(shì)Eq=1.233，無(wú)窮大母線電壓V=1，系統(tǒng)縱軸總電抗xd=Ll+Lmd=1.116，系統(tǒng)橫軸總電抗xq=Ll+Lmq=0.416。,(4-5),(4-4),電磁功率為Pe=0.8p.u.時(shí)，通過(guò)功率特性方程計(jì)算得到功率角為 (4-6)當(dāng)電磁功率變?yōu)?.6p.u.并重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，計(jì)算得到功率角為 (4-7)(2) 按圖4-16搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱及提取路徑見(jiàn)表4-5。,圖4-16 例4.2的仿真電路圖,表4-5 例4.2仿真電路模塊的名稱及提取路徑,(3) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊同步電機(jī)模塊，設(shè)置電機(jī)參數(shù)如圖4-17。

21、圖中，初始條件是通過(guò)Powergui模塊自動(dòng)設(shè)置的，讀者不妨直接將這些參數(shù)輸入。關(guān)于Powergui的詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)5.1節(jié)。,圖4-17 例4.2的同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置,在常數(shù)模塊VLLrms的對(duì)話框中輸入1.23304(由Powergui計(jì)算得到的初始參數(shù))。將階躍函數(shù)模塊的初始值設(shè)為0.8，然后在0.6 s時(shí)刻變?yōu)?.6。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分離第4、5、15、16、20路信號(hào)。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速為標(biāo)幺值，因此使用了一個(gè)增益模塊將標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為有名單位r/min表示的轉(zhuǎn)速，增益系數(shù)為,交流電壓源Va、Vb和Vc為頻率是50 Hz、幅值是10.5 kV、相角相差120的正序三相電壓。三

22、相電壓電流測(cè)量表模塊僅用作電路連接，因此內(nèi)部無(wú)需選擇任何變量。打開(kāi)菜單SimulationConfiguration Parameters，在圖4-18的“算法選擇”(Solver options)窗口中選擇“變步長(zhǎng)”(Variable-step)和“剛性積分算法(ode15s)”。,圖4-18 例4.2的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置,(4) 仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)子角，波形如圖4-19所示。,圖4-19 例4.2的仿真波形圖,仿真開(kāi)始時(shí)，發(fā)電機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)，轉(zhuǎn)速為93.75 r/min，功率為0.8 p.u.，功角為18.35。t=0.6 s時(shí)，發(fā)電機(jī)上的機(jī)械功率忽然降到0.6

23、p.u.，使得電磁功率瞬時(shí)大于機(jī)械功率，轉(zhuǎn)速迅速降低，于是功角d減小，發(fā)電機(jī)的電磁功率減小。t=0.72 s后，電磁功率小于0.6 p.u.，產(chǎn)生加速性的過(guò)剩功率，轉(zhuǎn)速開(kāi)始增大，功角d在轉(zhuǎn)子的慣性作用下繼續(xù)減小，直到轉(zhuǎn)速大于93.75 r/min后，功角才開(kāi)始增大，電磁功率也增大。最終在電機(jī)的阻尼作用下，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在93.75 r/min，功率穩(wěn)定在0.6 p.u.，功角穩(wěn)定在13.46。仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致。,4.2 電力變壓器模型4.2.1 三相變壓器等效電路三相雙繞組變壓器和三繞組變壓器的單相等效電路如圖4-20所示。,圖4-20 三相變壓器單相等效電路圖 (a) 雙繞組；(b) 三繞組

24、,該等效電路中，各繞組通過(guò)互感耦合線圈繞在同一個(gè)鐵芯上。其中，R1、R2和R3為各繞組電阻，L1、L2和L3為各繞組漏感，Rm和Lm為勵(lì)磁支路的電阻和電感。若為飽和變壓器，則Lm不再為恒定值，隨電流變化而變化。4.2.2 雙繞組三相變壓器模塊SimPowerSystems庫(kù)中提供的雙繞組三相變壓器模塊可以對(duì)線性和鐵芯變壓器進(jìn)行仿真，圖標(biāo)如圖4-21所示。,圖4-21 雙繞組三相變壓器模塊圖標(biāo),變壓器一次、二次繞組的連接方法有以下五種：(1) Y型連接：3個(gè)電氣連接端口(A、B、C或a、b、c)；(2) Yn型連接：4個(gè)電氣連接端口(A、B、C、N或a、b、c、n)，繞組中線可見(jiàn)；(3) Yg型

25、連接：3個(gè)電氣連接端口(A、B、C或a、b、c)，模塊內(nèi)部繞組接地；(4) (D11)型連接：3個(gè)電氣連接端口(A、B、C或a、b、c)，繞組超前Y繞組30；(5) (D1) 型連接：3個(gè)電氣連接端口(A、B、C或a、b、c)，繞組滯后Y繞組30。,不同的連接方式對(duì)應(yīng)不同的圖標(biāo)。圖4-22為四種典型連接方式的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)，分別為-、-Yg、Yg-Yn和Yn-型連接。,圖4-22 四種典型接線方式下的雙繞組三相變壓器圖標(biāo),若對(duì)變壓器的飽和特性進(jìn)行仿真，模塊的圖標(biāo)上出現(xiàn)飽和標(biāo)記，如圖4-23所示。,圖4-23 飽和雙繞組三相變壓器圖標(biāo),該模塊的電氣端子分別為變壓器一次繞組(ABC)和二次繞

26、組(abc)。雙擊雙繞組三相變壓器模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-24所示。,圖4-24 雙繞組三相變壓器模塊參數(shù)對(duì)話框,在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “額定功率和頻率”(Nominal power and frequency)文本框：額定功率Pn(單位：VA)和額定頻率fn(單位：Hz)。(2) “一次繞組連接方式”(Winding 1 (ABC) connection)下拉框：一次繞組的連接方式。(3) “一次繞組參數(shù)”(Winding parameters)文本框：額定線電壓有效值(單位：V)、電阻(單位：p.u.)和漏感(單位：p.u.)。 (4) “二次繞組連接方式”(W

27、inding 2 (abc) connection)下拉框：二次繞組的連接方式。,(5) “二次繞組參數(shù)”(Winding parameters)文本框：額定線電壓有效值(單位：V)、電阻(單位：p.u.)和漏感(單位：p.u.)。 (6) “飽和鐵芯”(Saturable core)復(fù)選框：對(duì)三相變壓器的飽和特性進(jìn)行仿真。(7) “磁阻”(Magnetization resistance Rm)文本框：反映變壓器鐵芯的損耗，單位為p.u.，在鐵芯損耗取0.2%時(shí)，Rm=500。(8) “勵(lì)磁電感”(Magnetization resistance Lm)文本框：該文本框只在未選中“飽和鐵芯”

28、復(fù)選框時(shí)出現(xiàn)，單位為p.u.。,選中“飽和鐵芯”復(fù)選框后，“勵(lì)磁電感”文本框消失，被圖4-25所示文本框取代。,圖4-25 飽和鐵芯復(fù)選框窗口,(9) “飽和特性”(Saturation characteristic)文本框：從坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)開(kāi)始指定電流磁通特性曲線。變壓器的飽和特性用分段線性化的磁化曲線表示。若不考慮鐵芯剩磁作用，則磁化曲線如圖4-26(a)所示；若考慮鐵芯剩磁作用，則相應(yīng)的磁化曲線如圖4-26(b)所示。圖中縱坐標(biāo)是磁通j，橫坐標(biāo)為磁化電流i。,圖4-26 磁化曲線 (a) 無(wú)剩磁；(b) 有剩磁,參數(shù)對(duì)話框中，在每一個(gè)拐點(diǎn)處輸入對(duì)應(yīng)的電流和磁通值，電流和磁通用空格或“

29、，”分割，兩組電流和磁通值之間用“；”分隔。磁化電流和磁通都使用標(biāo)幺值，基準(zhǔn)值為其中，V1為一次側(cè)額定相電壓有效值。,(4-8),(4-9),(10) “磁滯”(Simulate hysteresis)復(fù)選框：實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器磁滯現(xiàn)象的仿真，選中后，出現(xiàn)新文本框如圖4-27所示。圖4-27中文本框內(nèi)的文本指向含磁滯數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件hysteresis.mat。打開(kāi)Powergui模塊中的“磁滯設(shè)計(jì)”(Hysteresis Design)工具，可以對(duì)默認(rèn)數(shù)據(jù)文件hysteresis.mat中的磁滯數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、保存或創(chuàng)建新文件。,圖4-27 變壓器磁滯復(fù)選框窗口,(11) “磁通初始化”(Specif

30、y initial fluxes)復(fù)選框：選中后，出現(xiàn)新文本框如圖4-28所示，其中變壓器各相的初始磁通均為標(biāo)幺值。,圖4-28 磁通初始化復(fù)選框窗口,(12) “測(cè)量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對(duì)以下變量進(jìn)行測(cè)量： “繞組電壓”(Winding voltages)：測(cè)量三相變壓器端電壓； “繞組電流”(Winding currents)：測(cè)量流經(jīng)三相變壓器的電流； “磁通和磁化電流”(Fluxes and magnetization currents)：測(cè)量磁通(單位：Vs)和變壓器飽和時(shí)的勵(lì)磁電流； “所有變量”(All measurement)：測(cè)量三相變壓器繞組端電壓、電

31、流、勵(lì)磁電流和磁通。,從SimPowerSystems庫(kù)的“測(cè)量子庫(kù)”中復(fù)制“萬(wàn)用表模塊”(Multimeter)到相應(yīng)的模型文件中，可以在仿真過(guò)程中對(duì)選中的測(cè)量變量進(jìn)行觀察。選用萬(wàn)用表模塊相當(dāng)于在對(duì)應(yīng)的測(cè)量元件內(nèi)部并聯(lián)電壓表或者串聯(lián)電流表模塊。 SimPowerSystems庫(kù)提供的三相三繞組變壓器模塊圖標(biāo)如圖4-29所示。三相三繞組變壓器模塊實(shí)際上是由三個(gè)單相變壓器模塊根據(jù)不同的聯(lián)接組別聯(lián)接而成的，因此三相變壓器的參數(shù)設(shè)置與三相雙繞組變壓器的參數(shù)設(shè)置類似，這里不再贅述。,圖4-29 三相三繞組變壓器模塊圖標(biāo),【例4.3】一臺(tái)Y-D11連接的三相變壓器，Pn=180kVA，V1n/V2n=1

32、0 000 V/525 V。已知R1=0.4 ，R2=0.035 ，X1=0.22 ，X2=0.055 ，Rm=30 ，Xm=310 ，鐵芯飽和特性曲線如圖4-30所示。試分析變壓器空載運(yùn)行時(shí)一次側(cè)的相電壓、主磁通和空載電流的波形。改變變壓器的接線方式，分析結(jié)果。,圖4-30 例4.3的鐵芯飽和特性曲線,解：(1) 理論分析。空載時(shí)，由于變壓器鐵芯飽和，因此當(dāng)相電壓和主磁通是正弦時(shí)空載電流為尖頂波，其中將含有較大的三次諧波和一系列高次諧波。但是，因?yàn)槿嘧儔浩鞑捎肶-連接，一次側(cè)空載電流中三次諧波無(wú)法流通，又因?yàn)槲宕我陨系闹C波電流很小可忽略不計(jì)，所以Y側(cè)空載電流接近正弦波。由一次側(cè)空載電流產(chǎn)生

33、的主磁通波形為平頂波，其中含有的三次諧波磁通分量在二次繞組的閉合三角形回路中產(chǎn)生三次諧波環(huán)流，此環(huán)流將削弱主磁通中的三次諧波分量，因此空載電流、主磁通及其感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)均接近于正弦。(2) 按圖4-31搭建仿真電路圖，選用的各模塊名稱及提取路徑見(jiàn)表4-6。,圖4-31 例4.3的仿真電路圖,表4-6 例4.3仿真電路模塊名稱及提取路徑,(3) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊變壓器模塊，按圖4-32設(shè)置參數(shù)。,圖4-32 例4.3的變壓器參數(shù)設(shè)置,圖4-33 例4.3的萬(wàn)用表參數(shù)設(shè)置,打開(kāi)菜單SimulationConfiguration Parameters，在圖4-34的“算法選擇”(Solve

34、r options)窗口中選擇“變步長(zhǎng)”(Variable -step)和“剛性積分算法(ode15s)”。,圖4-34 例4.3的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置,(4) 仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真，仿真波形如圖4-35所示。圖中波形從上至下分別為一次側(cè)相電壓、空載電流和主磁通。為了進(jìn)行比較，在仿真得到的各個(gè)波形上疊加了理想正弦波。可見(jiàn)，空載相電流為正弦波，主磁通發(fā)生了很小的畸變但仍近似為正弦波。由于磁滯損耗的存在，主磁通滯后空載相電流一個(gè)鐵耗角，由主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)滯后主磁通90且波形發(fā)生畸變。此時(shí)，盡管電壓源電壓波形為理想正弦波，但變壓器一次側(cè)空載相電壓并不是理想正弦波，而只是近似正弦波。可見(jiàn)仿真結(jié)果與理

35、論分析一致。,圖4-35 例4.3 Y/型接線仿真波形圖,(5) 改變變壓器接線方式。將變壓器接線方式改變?yōu)閅-Y型，此時(shí)，由于二次繞組中也無(wú)法流通三次諧波電流，因此主磁通中三次諧波分量未減弱，該磁通將使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)畸變?yōu)榧忭敳?。再次仿真，觀察相電壓、空載電流和主磁通波形，如圖4-36所示。由圖可見(jiàn)，一次側(cè)相電流仍然為正弦波，主磁通偏離理想正弦波而發(fā)生畸變(讀者把圖形放大后可以很清楚地看到畸變)，這個(gè)畸變被感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形放大，在電壓幅值處(t=0.005 s)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形明顯偏離理想正弦波形，呈現(xiàn)一個(gè)小尖頂。,將圖4-36得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形與圖4-35中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形進(jìn)行比較可知，Y-Y

36、型接線的變壓器的主磁通和感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)畸變更大一些，和理論一致。,圖4-36 例4.3 Y-Y型接線仿真波形圖,4.2.3 互感線圈互感線圈也是一種簡(jiǎn)單的變壓器模塊，它由兩個(gè)或三個(gè)有互感關(guān)系的耦合線圈組成，等效電路如圖4-37所示。其中，R1、R2和R3為各繞組電阻；L1、L2和L3為各繞組自感；Rm和Lm為耦合電阻和互感。,圖4-37 互感線圈模塊等效電路,SimPowerSystems庫(kù)中提供的互感線圈模塊圖標(biāo)如圖4-38(a)所示。如果不設(shè)第三個(gè)線圈的自感，則模塊成為兩個(gè)有互感的線圈，模塊圖標(biāo)變?yōu)閳D4-38(b)所示。,圖4-38 互感線圈模塊圖標(biāo) (a) 雙線圈；(b) 三線圈,雙擊互感

37、線圈模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-39所示。該對(duì)話框中含有以下參數(shù)：(1) “一次線圈自阻抗”(Winding 1 self impedance)文本框：電阻(單位：)和自感(單位：H)。(2) “二次線圈自阻抗”(Winding 2 self impedance)文本框：電阻(單位：)和自感(單位：H)。,圖4-39 互感線圈模塊參數(shù)對(duì)話框,(3) “三線圈耦合電感”(Three windings Mutual Inductance)復(fù)選框：選擇是雙線圈還是三線圈耦合電路，選擇后將出現(xiàn)三次線圈參數(shù)文本框。(4) “三次線圈自阻抗”(Winding 3 self impedance)

38、文本框：電阻(單位：)和自感(單位：H)。(5) “耦合阻抗”(Mutual impedance)文本框：耦合電阻(單位：)和互感(單位：H)。,(6) “測(cè)量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對(duì)以下變量進(jìn)行測(cè)量。 “線圈電壓”(Winding voltages)：測(cè)量線圈端口電壓； “線圈電流”(Winding currents)：測(cè)量流經(jīng)線圈的電流； “所有變量”(All measurement)：測(cè)量線圈端口電壓和線圈上的電流。選中的測(cè)量變量需要通過(guò)萬(wàn)用表模塊進(jìn)行觀察。,4.2.4 其它除了三相雙繞組和三繞組變壓器外，SimPowerSystems庫(kù)中還提供了其它一些變壓器模塊，

39、如圖4-40所示。這些模塊包括“單相線性變壓器”(Linear Transformer)、“單相飽和變壓器”(Saturable Transformer)、“三相6端口變壓器”(Three-Phase Transformer 12 Terminals)、“移相變壓器”(Zigzag Phase-Shifting Transformer)。其基本參數(shù)均與三相雙繞組變壓器相似，讀者可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。,圖4-40 其它變壓器模塊圖標(biāo) (a) 單相線性變壓器；(b) 單相飽和變壓器； (c) 三相6端口變壓器；(d) 移相變壓器,4.3 輸電線路模型輸電線路的參數(shù)指線路的電阻、電抗、電納和電

40、導(dǎo)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這些參數(shù)是均勻分布的，即使是極短的一段線路，都有相應(yīng)大小的電阻、電抗、電納和電導(dǎo)，因此精確的建模非常復(fù)雜。在輸電線路不長(zhǎng)且僅需分析線路端口狀況，即兩端電壓、電流、功率時(shí)，通常可不考慮線路的這種分布參數(shù)特性，只是在個(gè)別情況下才需要用雙曲函數(shù)研究具有均勻分布參數(shù)的線路。,4.3.1 輸電線路等效電路將參數(shù)均勻分布的輸電線路看成由無(wú)數(shù)個(gè)長(zhǎng)度為dx的小段組成，若每單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的電感及電阻分別為L(zhǎng)和R，每單位長(zhǎng)度導(dǎo)線對(duì)地電容及電導(dǎo)分別為C和G，則單相等值電路如圖4-41所示。,圖4-41 輸電線路等效電路,盡管實(shí)際中的輸電線路是分布參數(shù)線路，但在某些情況下，為了分析、計(jì)算的方便，也將輸電線

41、路等值為RLC串聯(lián)或PI型電路模塊。4.3.2 RLC串聯(lián)支路模塊在電力系統(tǒng)中，對(duì)于電壓等級(jí)不高的短線路(長(zhǎng)度不超過(guò)100 km的架空線路)，通常忽略線路電容的影響，用RLC串聯(lián)支路來(lái)等效。SimPowerSystems庫(kù)提供的RLC串聯(lián)支路如圖4-42所示。,圖4-42 RLC串聯(lián)支路圖標(biāo),雙擊RLC串聯(lián)支路模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-43所示。該對(duì)話框中含有以下參數(shù)：(1) “電阻”(Resistance R)文本框：電阻(單位：)。(2) “電感”(Inductance L)文本框：電感(單位：H)。(3) “電容”(Capacitance C)文本框：電容(單位：F)。(4

42、) “測(cè)量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對(duì)以下變量進(jìn)行測(cè)量。 “無(wú)”(None)：不測(cè)量任何參數(shù)； “支路電壓”(Branch voltages)：測(cè)量支路電壓； “支路電流”(Branch currents)：測(cè)量支路電流；,圖4-43 RLC串聯(lián)支路模塊參數(shù)對(duì)話框, “所有變量”(Branch voltages and currents)：測(cè)量支路電壓和電流。選中的測(cè)量變量需要通過(guò)萬(wàn)用表模塊進(jìn)行觀察。若需要考慮線路泄漏電流和電暈現(xiàn)象造成的功率損耗，就需要用到較為詳細(xì)的輸電線路模塊。,4.3.3 PI型等效電路模塊在電力系統(tǒng)中，對(duì)于長(zhǎng)度大于100 km的架空線路以及較長(zhǎng)的電纜線路

43、，電容的影響一般是不能忽略的。因此，潮流計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定分析等計(jì)算中常使用PI型電路等效模塊。SimPowerSystems庫(kù)中提供的PI型等效電路模塊的等效電路及單相和三相圖標(biāo)如圖4-44所示。,圖4-44 PI型等效電路及其圖標(biāo) (a) PI型等效電路；(b) PI型等效電路單相和三相圖標(biāo),雙擊PI型等效電路模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-45所示。該對(duì)話框中含有以下參數(shù)：(1) “基頻”(Frequency used for RLC specification)文本框：仿真系統(tǒng)的基頻用于計(jì)算RLC參數(shù)值。(2) “單位長(zhǎng)度電阻”(Positive- and zero-sequenc

44、e resistances)文本框：正序和零序電阻R1 R0(單位：ohms/km)。(3) “單位長(zhǎng)度電感”(Positive- and zero-sequence inductance)文本框：正序和零序電感L1 L0(單位：H/km)。(4) “單位長(zhǎng)度電容”(Positive- and zero-sequence capacitance)文本框：正序和零序電容C1 C0 (單位：F/km)。,圖4-45 PI型等效電路模塊參數(shù)對(duì)話框,(5) “線路長(zhǎng)度”(Line section length)文本框：線路長(zhǎng)度(單位：km)。長(zhǎng)度不超過(guò)300 km的線路可用一個(gè)PI型電路來(lái)代替，對(duì)于更

45、長(zhǎng)的線路，可用串級(jí)聯(lián)接的多個(gè)PI型電路來(lái)模擬。PI型電路限制了線路中電壓、電流的頻率變化范圍，對(duì)于研究基頻下的電力系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，PI型電路可達(dá)到足夠的精度，但是對(duì)于研究開(kāi)關(guān)開(kāi)合時(shí)的瞬變過(guò)程等含高頻暫態(tài)分量的問(wèn)題時(shí)，就不能不考慮分布參數(shù)的特性了，這時(shí)應(yīng)該使用分布參數(shù)線路模塊。,4.3.4 分布參數(shù)線路模塊當(dāng)分析線路的波過(guò)程以及進(jìn)行更精確的分析時(shí)，通常使用線路的分布參數(shù)模塊。SimPowerSystems庫(kù)中的分布參數(shù)線路模塊基于Bergeron波傳輸方法。三相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)如圖4-46所示。雙擊分布參數(shù)線路模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-47所示。該對(duì)話

46、框中含有以下參數(shù)：(1) “相數(shù)”(Number of phases N)文本框：改變分布參數(shù)線路的相數(shù)，可以動(dòng)態(tài)改變?cè)撃K的圖標(biāo)。圖4-48所示為單相和多相分布參數(shù)線路圖標(biāo)。,圖4-46 三相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo),圖4-47 分布參數(shù)線路模塊參數(shù)對(duì)話框,圖4-48 單相和多相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo) (a) 單相；(b) 多相,(2) “基頻”(Frequency used for RLC specification)文本框：基本頻率用于計(jì)算RLC的參數(shù)值。(3) “單位長(zhǎng)度電阻”(Resistance per unit length)文本框：用矩陣表示的單位長(zhǎng)度電阻(單位：/km)，對(duì)于兩相或

47、三相連續(xù)換位線路，可以輸入正序和零序電阻R1 R0；對(duì)于對(duì)稱的六相線路，可以輸入正序、零序和耦合電阻R1 R0 R0m；對(duì)于N相非對(duì)稱線路，必須輸入表示各線路和線路間相互關(guān)系的NN階電阻矩陣。,(4) “單位長(zhǎng)度電感”(Inductance per unit length)文本框：用矩陣表示的單位長(zhǎng)度電感(單位：H/km)，對(duì)于兩相或三相連續(xù)換位線路，可以輸入正序和零序電感L1 L0；對(duì)于對(duì)稱的六相線路，可以輸入正序電感、零序電感和互感L1 L0 L0m；對(duì)于N相非對(duì)稱線路，必須輸入表示各線路和線路間相互關(guān)系的NN階電感矩陣。(5) “單位長(zhǎng)度電容”(Capacitance per unit

48、length)文本框：用矩陣表示的單位長(zhǎng)度電容(單位：F/km)，對(duì)于兩相或三相連續(xù)換位線路，可以輸入正序和零序電容C1 C0；對(duì)于對(duì)稱的六相線路，可以輸入正序、零序和耦合電容C1 C0 C0m；對(duì)于N相非對(duì)稱線路，必須輸入表示各線路和線路間相互關(guān)系的NN階電容矩陣。,(6) “線路長(zhǎng)度”(Line length)文本框：線路長(zhǎng)度(單位：km)。(7) “測(cè)量參數(shù)”(Measurements)列表框：對(duì)線路送端和受端的相電壓進(jìn)行測(cè)量。選中的測(cè)量變量需要通過(guò)萬(wàn)用表模塊進(jìn)行觀察。實(shí)際上，由于導(dǎo)線和地之間的集膚效應(yīng)，R和L有極強(qiáng)的依頻特性，分布參數(shù)線路模塊也不能準(zhǔn)確地描述線路RLC參數(shù)的依頻特性，但

49、和PI型等效電路模塊相比，分布參數(shù)線路可以較好地描述波過(guò)程和波的反射現(xiàn)象。,【例4.4】一條300 kV、50 Hz、300 km的輸電線路，其z=(0.1+j0.5) /km，y=j3.2106 S/km。分析用集總參數(shù)、多段PI型等效參數(shù)和分布參數(shù)表示的線路阻抗的頻率特性。解：(1) 理論分析。由已知，L=0.0016 H，C=0.0102 F，可得該線路傳播速度為,(4-10),300公里線路的傳輸時(shí)間為振蕩頻率為按理論分析，第一次諧振發(fā)生在1/4 fosc，即頻率206 Hz處。之后，每206+n412 Hz(n=1，2，)，即618，1031，1444，處均發(fā)生諧振。(2) 按圖4-

50、49搭建仿真單相電路圖，選用的各模塊的名稱及提取路徑見(jiàn)表4-8。,(4-12),(4-11),圖4-49 例4.4的仿真電路圖,表4-8 例4.4仿真電路模塊,圖4-50 例4.4的PI型輸電線路參數(shù)設(shè)置,打開(kāi)菜單SimulationConfiguration Parameters，在圖4-51的“算法選擇”(Solver options)窗口中選擇“變步長(zhǎng)”(Variable -step)和“剛性積分算法”(ode15s)。(4) 仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真，雙擊Powergui模塊，出現(xiàn)圖4-52(a)所示窗口。在該窗口中單擊“阻抗依頻特性測(cè)量” (Impedance vs Frequency

51、Measurement)按鍵，出現(xiàn)新窗口如圖4-52(b)所示。該窗口中，只有一個(gè)默認(rèn)的阻抗測(cè)量模塊ZB，選擇頻率范圍為0:2:1500(從0 Hz到1500 Hz，步長(zhǎng)為2 Hz)，縱坐標(biāo)選為對(duì)數(shù)坐標(biāo)。按圖4-52(b)所示設(shè)置參數(shù)后，單擊“顯示/保留”(Display/Save)按鍵，出現(xiàn)阻抗的依頻特性如圖4-53所示。,圖4-51 例4.4的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置,圖4-52 例4.4的Powergui主窗口和阻抗依頻特性窗口 (a) Powergui主窗口；(b) 阻抗依頻特性窗口,圖4-53 例4.4的阻抗依頻特性(1段PI型線路),由于輸電線路僅由一段PI型電路組成，為集總參數(shù)，因此該阻

52、抗依頻特性僅反映了第一次諧振的頻率。打開(kāi)PI形電路對(duì)話框，將PI形電路的段數(shù)變?yōu)?0，用同樣的方法可以得到用10段PI形電路表示輸電線路時(shí)的阻抗依頻特性，如圖4-54所示。,圖4-54 例4.4的阻抗依頻特性(10段PI型線路),刪除PI型等效電路模塊，用分布參數(shù)線路模塊替代，設(shè)置參數(shù)如圖4-55所示。,圖4-55 例4.4的分布參數(shù)線路模塊參數(shù)設(shè)置,對(duì)分布參數(shù)線路模塊表示下的系統(tǒng)進(jìn)行仿真。圖4-56為用三種方法得到的阻抗頻率特性。由圖可見(jiàn)，單段PI型電路模塊只在較低的頻率范圍內(nèi)與分布參數(shù)模塊頻率特性一致，而用10段PI型電路構(gòu)成的線路模型可以在更寬的頻率范圍內(nèi)與分布參數(shù)模型頻率特性保持一致，

53、這說(shuō)明用多個(gè)PI型電路可以更精確地反映線路的實(shí)際情況。此外，實(shí)際中大地不是理想導(dǎo)體，導(dǎo)致了輸電線路的參數(shù)(RLC)不是常數(shù)，而是隨頻率的變化而變化，即線路參數(shù)是依頻的，這需要用依頻的線路參數(shù)模型對(duì)線路進(jìn)行等效。現(xiàn)有的MATLAB/ SIMULINK還不能很好地仿真線路參數(shù)的依頻特性。,圖4-56 例4.4的阻抗頻率特性比較,4.4 負(fù) 荷 模 型電力系統(tǒng)的負(fù)荷相當(dāng)復(fù)雜，不但數(shù)量大、分布廣、種類多，而且其工作狀態(tài)帶有很大的隨機(jī)性和時(shí)變性，連接各類用電設(shè)備的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生變化。因此，如何建立一個(gè)既準(zhǔn)確又實(shí)用的負(fù)荷模型，至今仍是一個(gè)尚未很好解決的問(wèn)題。通常負(fù)荷模型分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，其中靜

54、態(tài)模型表示穩(wěn)態(tài)下負(fù)荷功率與電壓和頻率的關(guān)系；動(dòng)態(tài)模型反映電壓和頻率急劇變化時(shí)負(fù)荷功率隨時(shí)間的變化。常用的負(fù)荷等效電路有含源等效阻抗支路、恒定阻抗支路和異步電動(dòng)機(jī)等效電路。,負(fù)荷模型的選擇對(duì)分析電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程和穩(wěn)定問(wèn)題都有很大的影響。在潮流計(jì)算中，負(fù)荷常用恒定功率表示，必要時(shí)也可以采用線性化的靜態(tài)特性。在短路計(jì)算中，負(fù)荷可表示為含源阻抗支路或恒定阻抗支路。穩(wěn)定計(jì)算中，綜合負(fù)荷可表示為恒定阻抗或不同比例的恒定阻抗和異步電動(dòng)機(jī)的組合。4.4.1 靜態(tài)負(fù)荷模塊SimPowerSystems庫(kù)中提供了四種靜態(tài)負(fù)荷模塊，分別為“單相串聯(lián)RLC負(fù)荷”(Series RLC Load)、“單相并聯(lián)RLC負(fù)荷

55、”(Parallel RLC Load)、“三相串聯(lián)RLC負(fù)荷”(Three-Phase Series RLC Load)和“三相并聯(lián)RLC負(fù)荷”(Three-Phase Parallel RLC Load)，其圖標(biāo)如圖4-57所示。,圖4-57 靜態(tài)負(fù)荷模塊圖標(biāo) (a) 單相串聯(lián)RLC負(fù)荷；(b) 單相并聯(lián)RLC負(fù)荷； (c) 三相串聯(lián)RLC負(fù)荷；(d) 三相并聯(lián)RLC負(fù)荷,單相串聯(lián)和并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊分別對(duì)串聯(lián)和并聯(lián)的線性RLC負(fù)荷進(jìn)行模擬。在指定的頻率下，負(fù)荷阻抗為常數(shù)，負(fù)荷吸收的有功和無(wú)功功率與電壓的平方成正比。三相串聯(lián)和并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊分別對(duì)串聯(lián)和并聯(lián)的三相平衡RLC負(fù)荷進(jìn)行模擬。

56、在指定的頻率下，負(fù)荷阻抗為常數(shù)，負(fù)荷吸收的有功和無(wú)功功率與電壓的平方成正比。靜態(tài)負(fù)荷模塊的參數(shù)對(duì)話框比較簡(jiǎn)單，這里不展開(kāi)說(shuō)明了。注意在三相串聯(lián)RLC負(fù)荷模塊中，有一個(gè)用于三相負(fù)荷結(jié)構(gòu)選擇的下拉框，說(shuō)明見(jiàn)表4-9。,表4-9 三相串聯(lián)RLC負(fù)荷模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu),4.4.2 三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊SimPowerSystems庫(kù)中提供的“三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷”(Three-Phase Dynamic Load)模塊，其圖標(biāo)如圖4-58所示。三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊是對(duì)三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷的建模，其中有功和無(wú)功功率可以表示為正序電壓的函數(shù)或者直接受外部信號(hào)的控制。由于不考慮負(fù)序和零序電流，因此即使在負(fù)荷電壓不平衡的條件下，三相負(fù)荷電

57、流仍然是平衡的。,圖4-58 三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊圖標(biāo),三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊有3個(gè)電氣連接端子，1個(gè)輸出端子。3個(gè)電氣連接端子(A, B, C)分別與外電路的三相相連。如果該模塊的功率受外部信號(hào)控制，該模塊上還將出現(xiàn)第4個(gè)輸入端子，用于外部控制有功和無(wú)功功率。輸出端子(m)輸出3個(gè)內(nèi)部信號(hào)，分別是正序電壓V(單位：p.u.)、有功功率P(單位：W)和無(wú)功功率Q(單位：Var)。當(dāng)負(fù)荷電壓小于某一指定值Vmin時(shí)，負(fù)荷阻抗為常數(shù)。如果負(fù)荷電壓大于該指定值Vmin，有功和無(wú)功功率按以下公式計(jì)算：,(4-13),其中，V0為初始正序電壓；P0、Q0是與V0對(duì)應(yīng)的有功和無(wú)功功率；V為正序電壓；np、nq為控制

58、負(fù)荷特性的指數(shù)(通常為13)；Tp1、Tp2為控制有功功率的時(shí)間常數(shù)；Tq1、Tq2為控制無(wú)功功率的時(shí)間常數(shù)。對(duì)于電流恒定的負(fù)荷，設(shè)置np=1，nq=1；對(duì)于阻抗恒定的負(fù)荷，設(shè)置np=2，nq=2。初始值V0、P0和Q0可以通過(guò)Powergui模塊計(jì)算得到。,(4-14),4.4.3 異步電動(dòng)機(jī)模塊1. 異步電動(dòng)機(jī)等效電路SimPowerSystems中異步電動(dòng)機(jī)模塊用四階狀態(tài)方程描述電動(dòng)機(jī)的電氣部分，其等效電路如圖4-59所示。,圖4-59 異步電動(dòng)機(jī)等效電路 (a) d軸等效電路；(b) q軸等效電路,(4-15),其中，Tm為加在電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械力矩；Te為電磁力矩；m為轉(zhuǎn)子機(jī)械角位移；

59、m為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；H為機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)；F為考慮d、q繞組在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的阻尼作用以及轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械阻尼后的定常阻尼系數(shù)。2. 異步電動(dòng)機(jī)模塊如圖4-60所示，異步電動(dòng)機(jī)模塊分為標(biāo)幺制(p.u.)下和國(guó)際單位制(SI)下的兩種模塊。,圖4-60 異步電動(dòng)機(jī)模塊的圖標(biāo) (a) 標(biāo)幺制；(b) 國(guó)標(biāo)單位制,異步電動(dòng)機(jī)模塊有1個(gè)輸入端子、1個(gè)輸出端子和6個(gè)電氣連接端子。輸入端子(Tm)為轉(zhuǎn)子軸上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，可直接連接SIMULINK信號(hào)。機(jī)械轉(zhuǎn)矩為正，表示異步電機(jī)運(yùn)行方式為電動(dòng)機(jī)模式；機(jī)械轉(zhuǎn)矩為負(fù)，表示異步電機(jī)運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī)模式。輸出端子(m)輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，由21路信號(hào)組成，其構(gòu)成如表4-10所示。,表4-10 異步電動(dòng)機(jī)輸出信號(hào),電氣連接端子(A、B、C)為電機(jī)的定子電壓輸入，可直接連接三相電壓；電氣連接端子(a、b、c)為轉(zhuǎn)子電壓輸出，一般短接在一起或者連接到其它附加電路中。通過(guò)“電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器”(Machines Measureme