MATLAB在电力系统中的应用

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1、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

2、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

3、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通过电机测量信号分离器(MachinesMeasurementDemux)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双击简化同步电机模块，将弹出该模

4、块的参数对话框，如图4-4所示。图4-4简化同步电机模块参数对话框在该对话框中含有如下参数：(1)“连接类型”(Connectiontype)下拉框：定义电机的连接类型，分为3线Y型连接和4线Y型连接(即中线可见)两种。(2)“额定参数”(Nom.power,L-Lvolt.，andfreq.)文本框：三相额定视在功率Pn(单位：VA)、额定线电压有效值Vn(单位：V)、额定频率fn(单位：Hz)。(3)“机械参数”(Inertia,dampingfactorandpairsofpoles)文本框：转动惯量J(单位

5、：kg·m2)或惯性时间常数H(单位：s)、阻尼系数Kd(单位：转矩的标幺值/转速的标幺值)和极对数p。(4)“内部阻抗”(Internalimpedance)文本框：单相电阻R(单位：Ω或p.u.)和电感L(单位：H或p.u.)。R和L为电机内部阻抗，设置时允许R等于0，但L必须大于0。(5)“初始条件”(Init.cond.)文本框：初始角速度偏移Δω(单位：％)，转子初始角位移θe(单位：°)，线电流幅值ia、ib、ic(单位：A或p.u.)，相角pha、phb、phc(单位：°)。初始条件可以由Powerg

6、ui模块自动获取(见5.1节)。【例4.1】额定值为50MVA、10.5kV的两对极隐极同步发电机与10.5kV无穷大系统相连。隐极机的电阻R=0.005p.u.，电感L= 0.9p.u.，发电机供给的电磁功率为0.8p.u.。求稳态运行时的发电机的转速、功率角和电磁功率。解：(1)理论分析。由已知，得稳态运行时发电机的转速n为n== 1500r/min(4-1)其中，f为系统频率，按我国标准取为50Hz；p为隐极机的极对数，此处为2。　　电磁功率Pe= 0.8p.u.，功率角δ为(4-2)其中，V为无穷大系统母

7、线电压；E为发电机电势；X为隐极机电抗。(2)按图4-5搭建仿真电路图，选用的各模块的名称及提取路径见表4-3。图4-5例4.1的仿真电路图表4-3例4.1仿真电路模块的名称及提取路径(3)设置模块参数和仿真参数。双击简化同步电机模块，设置电机参数如图4-6所示。图4-6例4.1的同步电机参数设置在常数模块Pm的对话框中输入0.805，在常数模块VLLrms的对话框中输入1.04(由Powergui计算得到的初始参数)。电机测量信号分离器分离第4～9、11、12路信号。选择器模块均选择a相参数通过。由于电机模块输出

8、的转速为标幺值，因此使用了一个增益模块将标幺值表示的转速转换为有单位r/min表示的转速，增益系数为(4-3)两个Fourier分析模块均提取50Hz的基频分量。　　交流电压源Va、Vb和Vc为频率是50Hz、幅值是10.5× /kV、相角相差120°的正序三相电压。三相电压电流测量模块仅用作电路连接，因此内部无需选择任何变量。打开菜单[Simulatio