1、电力系统仿真电力系统仿真电力系统数字仿真原理电力系统数字仿真原理电力系统数字仿真原理l电力系统数学模型描述各个元件和全系统物理量的变化规律，是电力系统数字仿真的基础。l数学模型和接口l元件和系统的初值l以及坐标变换电力系统数字仿真原理电力系统数字仿真原理l1、综合向量的坐标变换l2、同步发电机数学模型l3、励磁调节系统数学模型l4、原动机及调速系统数学模型l5、负荷数学模型l6、变压器数学模型l7、输电线路数学模型l8、常微分方程数值解法综合向量和坐标变换综合向量和坐标变换三相电磁量的综合向量三相电磁量的综合向量2221cos2cos()32cos()32()3cos(/)abcabcaiIi
2、IiIiiiiii综合向量和坐标变换综合向量和坐标变换坐标变换坐标变换)sin()cos(IiIiqd综合向量和坐标变换综合向量和坐标变换坐标变换坐标变换coscos(23)cos(23)abciIiIiI)sin()cos(IiIiqd02 3 coscos(120)cos(120)2 3 sinsin(120)sin(120)1 3()dabcqabcabciiiiiiiiiiii 平衡的三相系统，满足：平衡的三相系统，满足：ia+ib+ic=0不平衡的三相系统，三相电流是三个独立的变量，仅不平衡的三相系统，三相电流是三个独立的变量，仅用两个新变量用两个新变量(d(d轴分量和轴分量和q q
3、轴分量轴分量)不足以代表原来的不足以代表原来的三个变量。增选第三个新变量三个变量。增选第三个新变量i0 ，其值为：，其值为：01()3abciiii定子电流的零轴分量定子电流的零轴分量:零序电流零序电流 0coscos(120)cos(120)2sinsin(120)sin(120)3111222daqbciiiiii 0dqabciPi同步发电机数学模型同步发电机数学模型l经过Park变换后l定子侧看到的励磁电压l发电机空载电动势ffadfuEXrqad fEX i同步发电机二阶模型同步发电机二阶模型l模型简单，机网接口方便，在大规模电力系统分析中广泛使用。()aduErjXi&(1)1jm
4、edTTTDdtddt()(1)1jmq qd ddTTE iE iDdtddt*Re()(1)1jmdTTEIDdtddt&同步发电机五阶模型同步发电机五阶模型l当对电力系统暂态稳定分析精度要求高时，采用五阶模型。l五阶模型考虑了发电机在发生暂态过程时，次暂态电势不变的特点。l因此将暂态电势和次暂态电势引入微分方程中。同步发电机五阶模型同步发电机五阶模型定子电压方程：dqa ddq qa dqda qqd da qur iEX ir iur iEX ir i 转子f绕组电压方程：0()qdddddeqqqdddddEXXXXTEEEEdtXXXX同步发电机五阶模型同步发电机五阶模型转子D绕组
5、电压方程：1001()qqdddqqdddddEdEXXTTEEXXidtXXdt转子Q绕组电压方程：0()dqdqqqdETEXXidt 同步发电机五阶模型同步发电机五阶模型转子运动方程：(1)()(1)1jmemq qd ddqd qdTTTDdtTE iE iXXi iDddt发电机各模型使用范围发电机各模型使用范围l在参数不可靠的情况下，采用二阶模型较为稳妥l当要计及励磁系统动态时，最简单的模型就是三阶模型l四阶实用模型和三阶实用模型常用于可忽略转子绕组次暂态过程但又要考虑定子次暂态过程的物理问题l五阶模型更适用于水轮机，六阶模型更适用于实心转子汽轮机励磁调节系统数学模型励磁调节系统数
6、学模型l励磁系统向发电机提供励磁电流和励磁功率，起着调价电压、保持发电机机端电压或枢纽站电压恒定的作用，可控制并列运行发电机的无功功率分配。l可帮助提高电力系统的稳定极限。l特别是电力电子技术的发展，极大地改善了电力系统的暂态稳定性。l电力系统稳定器（PSS），可增强系统的电气阻尼。励磁调节系统数学模型励磁调节系统数学模型l励磁系统分类l直流励磁系统，通过直流励磁机提供励磁功率。l交流励磁系统，通过交流励磁机及半导体可控或不可控整流提供励磁功率。l静止励磁系统，从机端或电网取得交流功率，经可控整流提供励磁功率，通常为自并励，自复励。励磁调节系统数学模型励磁调节系统数学模型l典型的可控硅励磁调节
7、系统()()()ARRAreftsFLfLEfRFFFFRLEfLT pUUKUUUUT pUKSUUKT pUUUKSUT 原动机及调速系统数学模型原动机及调速系统数学模型l向发电机提供机械功率和机械能的装置，如水轮机、汽轮机。l为了控制原动机向发电机输出的机械功率，保持系统频率稳定；在并列运行的发电机间合理分配负荷调速器l通过改变调速器的参数及给定值，可得到发电机的功率-频率特性。原动机及调速系统数学模型原动机及调速系统数学模型调速系统 的工作原理离心飞摆错油门油动机调频器原动机及调速系统数学模型原动机及调速系统数学模型原动机数学模型原动机数学模型l蒸汽容积效应：当改变气门开度时，由于气门
8、和喷嘴见存在一定容积的蒸汽，此蒸汽的压力不会立即发生变化，因而输入汽轮机的功率也不会立即发生变化，有一个时滞。1mPpT原动机数学模型原动机数学模型l只记及高压蒸汽容积效应1mCHPpTl记及高压蒸汽和中间再热蒸汽容积效应1()11mCHRHPpTpTl记及高压、中间再热及低压蒸汽容积效应3121()111mCHRHCOfPffpTpTpT典型调速器数学模型典型调速器数学模型负荷数学模型负荷数学模型l电力系统综合负荷l动态负荷模型：综合负荷特性用微分方程形式表达，以反映电力系统频率和电压快速变化时的有功和无功特性。l静态负荷模型：负荷的有功和无功在系统频率和电压缓慢变化时的特性用代数方程形式表
9、达。负荷数学模型负荷数学模型l静态负荷模型在一定频率和电压变化范围内，综合负荷的静态模型000000()()()()pUpqUqUPPUUQQU负荷数学模型负荷数学模型l动态负荷模型电力系统动态负荷的主要成分为感应电动机，动态模型一般采用考虑感应电动机几点在台过程的三阶负荷模型负荷数学模型负荷数学模型01()(1)ddqrqddEEXXIEdtT 01()(1)qqdrdqdEEXXIEdtT 1()2rEMdTTdtH变压器数学模型变压器数学模型l变压器模型主要是建立其高、低压侧的电压和电流间的函数关系。l分为：l准稳态模型l电磁暂态模型变压器准稳态模型变压器准稳态模型iikkkkjjIUY
10、YYYUI&1kkkYRjX2/iikkjkkjIUYnYnUYnYI&,/ijiiII n UUn&变压器准稳态模型变压器准稳态模型l变压器准稳态模型使用于正序网络和负序网络l但对于变压器的不同接线方式，需要考虑其电压幅值和相位的变化l同时，对于零序，需要关注起绕组的接线方式和接地方式变压器电磁暂态模型变压器电磁暂态模型iijk ikdiuuR iXdt()ijkkiuuRpXi变压器电磁暂态模型变压器电磁暂态模型000000iajaiakkkkibibjbkkicicjcuuiRpXRpXiuuRpXiuu,/iiiiini unu1111/iikkjjkkinnuZZiuZZ输电线路数学
11、模型输电线路数学模型l输电线路的数学模型在不同坐标系下表达形式不同分为abc坐标系和120坐标系，还有xy同步旋转坐标系l从动态过程来看，可分为准稳态模型和电磁暂态模型输电线路准稳态模型输电线路准稳态模型labc坐标系准稳态aaaaaabacbbbabbbcbcacbcccccUIZZZUZZZIZZZUI&输电线路准稳态模型输电线路准稳态模型l120坐标系准稳态221111131Kaaaa12211111Kaaaa000111222000000UIZUZIZUI&输电线路准稳态模型输电线路准稳态模型l与变压器电磁暂态模型相似，abc坐标下的输电线路电磁暂态模型如下aaassmmmssmbbbmmssccciurpLpLpLpLrpLpLiupLpLrpLui 输电线路准稳态模型输电线路准稳态模型l如果采用Park变换，也能得到dq坐标系下的输电线路电磁暂态模型000ddqs dqqds qqsupriupriupri00 0dd dqq qX iX iX i常微分方程数值解法常微分方程数值解法
