1、第3章电力系统元件模型及模型库介绍,3.1同步发电机的数学模型3.2变压器数学模型及基于电气原理图的变压器数学模型3.3输电线路模型3.4负荷模型3.5电力图形用户分析界面(Powergui)模块,3.1同步发电机的数学模型,3.1.1同步电机电气部分模型3.1.2同步发电机机械部分的数学模型3.1.3基于电气原理图的同步电机数学模型,3.1.1同步电机电气部分模型,图 3-1同步发电机等效电路a)d轴等效电路b)q轴等效电路,3.1.3基于电气原理图的同步电机数学模型,1.简化的同步电机模型2.同步电机模块3.各类模块的应用比较,1.简化的同步电机模型,图 3-2简化同步电机模块示意图a)标
2、幺制下的简化同步电机模块b)国际单位制下的简化同步电机模块,表3-1简化同步电机模型输出信号,图 3-3简化同步电机模块参数对话框a)标幺制下的对话框b)国际单位制下的对话框,2.同步电机模块,(1)p.u.基本同步电机模块(2)SI(3)p.u.标准同步电机模块,图 3-4同步发电机模块示意图a)标幺制下的基本模型b)国际单位制下的基本模型c)标幺制下的标准模型,表3-2同步电机模型输出信号,表3-2同步电机模型输出信号,图3-5p.u.基本同步电机模块参数对话框,图3-6p.u.基本同步电机模块饱和仿真复选框,图3-7SI基本同步电机模块参数对话框,图3-8p.u.标准同步电机模块的参数对
3、话框,3.2变压器数学模型及基于电气原理图的变压器数学模型,3.2.1变压器数学模型3.2.2基于电气原理图的变压器数学模型,图3-9变压器的单相等值电路a)双绕组变压器b)三绕组变压器,图3-10变压器模块示意图a)三相双绕组变压器b)三相三绕组变压器,图3-114种典型连接方式下的双绕组三相变压器图标,图3-12变压器模块的参数对话框,图3-13饱和变压器的图标,3.3输电线路模型,3.3.1输电线路的等效电路3.3.2基于电气原理图的输电线路数学模型,图3-14输电线路的单相“”形等值电路,图3-15长线的多个“”形等值电路,3.3.2基于电气原理图的输电线路数学模型,1.“”形等值模块
4、2.分布参数等值模块,图3-16输电线路 “”形线路模块示意图a)单相等值电路模块b)三相等值电路模块,图3-17输电线路 “”形线路属性参数对话框a)单相等值电路模块参数对话框b)三相等值电路模块参数对话框,图3-18三相分布参数线路模块图标,图3-19分布参数线路模块参数对话框,图3-20单相和多相分布参数线路模块图标a)单相分布参数线路模块图标b)多相分布参数线路模块图标,3.4负荷模型,3.4.1负荷的数学模型3.4.2基于电气原理图的负荷模型,3.4.1负荷的数学模型,1.负荷的静态模型2.负荷的动态模型3.异步电动机模型,图3-21异步电动机等效电路,3.4.2基于电气原理图的负荷
5、模型,1.静态负荷模型模块2.动态负荷模型模块3.异步电动机模型模块,图3-22静态负荷模型模块图标,图3-23三相RLC串联负荷模块参数对话框,图3-24三相动态负荷模块,图3-25三相动态负荷模型参数对话框,3.异步电动机模型模块, Park变换(Rotor (Park transformation)。把电动机参考轴变换到以旋转的转子为参考轴。 固定参考轴(Stationary):通过Clarke或变换把电动机参考轴变换到固定的静止的坐标轴。 同步旋转坐标轴(Synchronous):把电动机参考轴变换到以同步转速旋转的参考轴。,图3-26异步电动机模型模块a)标幺制下的异步电动机模型模块
6、b)有名制下的异步电动机模型模块,表3-3异步电动机输出信号,表3-3异步电动机输出信号,图3-27标幺值情况下异步电动机模型参数对话框,3.5.1Powergui模块主窗口介绍,1.仿真类型2.分析工具,图3-28Powergui模块图标和主窗口a)模块图标b)主窗口,1.仿真类型,(1)相量法仿真(Phasor(2)离散化电气模型(Discretize(3)连续系统仿真(Continuous)(4)显示分析信息(Show,3.5.2稳态电压电流分析窗口,1)稳态值(Steady state values):显示模型文件中指定的电压、电流稳态值。2)单位(Units):选择将显示的电压、电流
7、值是“峰值(Peak values)”还是“有效值(RMS)”。3)频率(Frequency):选择显示的电压、电流向量的频率。4)状态(States):显示电路中电容电压和电感电流向量的稳态值。5)测量(Measurements):显示电路中测量模块测量到的电压、电流向量的稳态值。6)电源(Sources):显示电路中电源的电压、电流向量的稳态值。,7)非线性元件(Nonlinear elements):显示电路中非线性元件的电压、电流向量的稳态值。8)格式(Format):选择要观测的电压和电流的格式;“浮点格式(Floating Point)”是以科学计数法显示5位有效数字;“最优格式(
8、Best of)”是显示4位有效数字,并且在数值大于9999时以科学计数法表示;最后一个格式是直接显示数值的大小,小数点后保留两位有效数字。9)更新稳态值(Update Steady State Values):重新计算并显示稳态电压、电流值。,图3-29Powergui模块的稳态电压电流分析窗口界面,3.5.3初始状态设置窗口,1)初始电气状态值(Initial electrical state values for simulation):显示模型文件中状态变量的名称和初始值。2)设置到指定状态(Set selected electrical state):对初始状态列表中选中的状态变量进
9、行初始值设置。3)设置初始状态(Force initial electrical states):选择从“稳态(To Steady State)”、“零初始状态(To Zero)”或“模块的设置(To Block Settings)”开始仿真。4)加载状态(Reload states):选择从 “指定文件(From File .)” 中加在初始状态或者以“当前值(From Diagram)”作为初始状态开始仿真。5)格式(Format):选择要观测的电压和电流的格式。,图3-30Powergui模块的初始状态设置窗口界面,3.5.4潮流计算和电机初始化窗口,1)电机潮流分布(Machine l
10、oad flow):显示电机列表中选中电机的潮流分布。2)电机(Machines):显示简化同步电机、同步电机、非同步电机和三相动态负荷模块的名称。3)节点类型(Bus type):选择节点类型。4)终端电压UAB(Terminal voltage UAB):对选中电机的输出线电压进行设置。5)有功功率(Active power):设置选中电机或负荷的有功功率。6)预估有功功率(Active power guess):如果电机的节点类型为平衡节点则显示该项,用来设置迭代开始时电机的有功功率。,7)无功功率(Reactive power):设置选中电机或负荷的无功功率。8)电压UAN的相角(Ph
11、ase of UAN voltage):当电机的节点类型设置为平衡节点时,该文本框被激活,指定选中电机a相相电压的相角。9)负荷潮流初始状态(Load flow initial condition):常常选择默认设置“自动(Auto)”,使得迭代前系统自动调节负荷潮流初始状态。,图3-31Powergui模块的潮流计算和电机初始化窗口界面,3.5.5LTI视窗,1)系统输入(System inputs):列出电路状态空间模型中的输入变量,选择需要用到LTI视窗的输入变量。2)系统输出(System outputs):列出电路状态空间模型中的输出变量,选择需要用到LTI视窗的输处变量。3)打开新
12、的LTI视窗(Open New LTI Viewer):产生状态空间模型并打开选中的输入和输出变量的LTI视窗。4)打开当前LTI视窗(Open in current LTI Viewer):产生状态空间模型并打开选中的输入和输出变量叠加到当前LTI视窗。,图3-32Powergui模块的LTI视窗界面,3.5.6阻抗依频特性测量视窗,1)图表:窗口左上侧的坐标系表示阻抗-频率特性,左下侧的坐标系表示相角-频率特性。2)测量(Measurement):列出模型文件中的阻抗测量模块,选择需要显示依频特性的阻抗模块。3)范围(Range):指定频率范围。4)对数阻抗(Logarithmic Imp
13、edance):坐标系纵坐标的阻抗以对数形式表示。5)线性阻抗(Linear Impedance):坐标系纵坐标的阻抗以线性形式表示。6)对数频率(Logarithmic Frequency):坐标系横坐标的频率以对数值形式表示。,7)线性频率(Linear Frequency):坐标系横坐标的频率以线性形式表示。8)网络(Grid):选中该复选框,阻抗-频率特性图和相角-频率特性图上将出现网格。9)更新后保存数据(Save data when updated):选中该复选框后,该复选框下面的“工作间变量名(Workspace Variable name)”文本框被激活,数据以该文本框中显示的
14、变量名被保存在工作间中。10)显示/保存(Display/Save):开始阻抗依频特性测量并显示结果,如果选择了“更新后保存数据”复选框,数据将保存到指定位置。,图3-33Powergui模块的阻抗依频特性测量视窗,3.5.7FFT分析窗口,1)图标:窗口左上侧的图形表示被分析信号的波形,窗口左下侧的图形表示该信号的FFT分析结果。2)结构(Structure):列出工作间中的时间结构变量的名称。3)输入变量(Input):列出被选中的结构变量中包含的输入变量名称,选择需要分析的输入变量。4)信号路数(Signal Number):列出被选中的输入变量中包含的各路信号的名称。5)开始时间(St
15、art time):指定FFT分析的起始时间。6)周期个数(Number of cycles):指定需要进行FFT分析的波形的周期数。,7)显示FFT窗/显示完整信号(Display FFT window/Display entire signal):选择“显示完整信号”,将在左上侧插图中显示完整的波形;选择“显示FFT窗”将在左上侧插图中显示指定时间段内的波形。8)基频(Fundamental frequency):指定FFT分析的基频。9)最大频率(Max frequency):指定FFT分析的最大频率。10)频率轴(Frequency axis):在下拉框中选择“赫兹(Hertz)”使频
16、谱的频率轴单位为Hz,选择“谐波次数”使频谱的频率轴单位为基频的整数次倍数。,11)显示类型(Display style):频谱的显示可以是“以基频或直流分量为基准的柱状图(Bar (relative to Fund. or DC)”、“以基频或直流分量为基准的列表(List (relative to Fund. or DC)”、“指定基准值下的柱状图(Bar (relative to specified base)”和“指定基准值下的列表(List (relative to specified base)”4种类型。12)基准值(Base value):当显示类型下拉框中选择“指定基准值下的
17、柱状图”和“指定基准值下的列表”时,该文本框被激活,以输入谐波分析的基准值。,3.5.7FFT分析窗口,图3-34Powergui模块的阻抗依频特性测量视窗,3.5.8报表生成窗口,图3-35Powergui模块的报表生成窗口,3.5.9磁滞特性设计工具窗口,1)“磁滞曲线”(Hysteresis curve for file)图表:显示设计的磁滞曲线。2)“段数”(Segments):将磁滞曲线做分段线性化处理,并设置磁滞回路第一象限和第四象限内曲线的分段数目。3)“剩余磁通”(Remanent flux Fr):设置零电流对应的剩磁。4)“饱和磁通”(Saturation flux Fs)
18、:设置曲线的饱和磁通点。5)“饱和电流”(Saturation current Is):设置进入磁滞曲线饱和区的对应电流点。6)“矫顽电流”(Coercive current Ic):设置零磁通对应的电流。7)“矫顽电流处的斜率”(dF/dI at coercive current):指矫顽电流点的斜率。,8)“饱和区域电流”(Saturation region currents):设置饱和后磁化曲线上各点所对应的电流值,仅需设置第一象限值。9)“饱和区域磁通”(Saturation region fluxes):设置磁饱和后磁化曲线上各点所对应的磁通值,仅需设置第一象限值。10)“变压器额定
19、参数”(Transfo Nominal Parameters):指定额定功率(单位为VA)、一次绕组的额定电压值(单位为V)和额定频率(单位为Hz)。11)“参数单位”(Parameter units):将磁滞特性曲线中电流和磁通的单位由国际单位制(SI)转换到标幺制(p.u.),或者由标幺制转换到国际单位制。,图3-36Powergui模块的磁滞特性设计工具窗口,3.5.10计算RLC线路参数窗口,1.常用参数子窗口2.线路几何结构子窗口3.导线特性子窗口,1.常用参数子窗口,1)单位(Units):在下拉菜单中,选择以“米制(Metric)”为单位时,以cm作为导线直径、几何平均半径(GM
20、R)和分裂导线直径的单位,以米作为导线间距离的单位;选择以“英制(English)”为单位时,以英寸作为导线直径、几何平均半径(GMR)和分裂导线直径的单位,以英尺作为导线间距离的单位。2)频率(Frequency):指定RLC参数所用的频率。3)大地电阻(Ground Resistivity):指定大地电阻。4)注释(Comments):输入关于电压等级、导线类型和特性等的注释,该注释将与线路参数一起保存。,图3-37Powergui模块的计算RLC线路参数窗口,2.线路几何结构子窗口,1)导线相数(Number of phase conductors(bundles):设置线路的相数。2)
21、地线数目(Number of ground wires(bundles):设置大地导线的数目。3)导线结构参数表:输入导线的“相序(Phase number)”、“水平档距(X)”、“垂直档距(Y tower)”、“档距中央的高度(Y min)”和“导线的类型(Conductor type)”共5个参数。,3.导线特性子窗口,1)导线类型的个数(Number of conductor types or bundle types):设置需要用到导线类型(单导线或分裂导线)的数量。2)导线内电感计算方法(Conductor internal inductance evaluated from):选
22、择用“直径/厚度(T/D ratio)”、“几何平均半径(Geometric Mean Radius (GMR)”或者“1英寸间距的电抗(Reactance Xa at 1-foot spacing)”进行内电感计算。3)考虑导线集肤效应(Include conductor skin effect):选中该复选框后,在计算导线交流电阻和电感时将考虑集肤效应的影响。,4)导线特性参数表:输入导线“外径(Conductor outside diameter)”、“T/D”、“GMR”、“直流电阻(Conductor DC resistance)”、“相对磁导率(Conductor relative permeability)”、“分裂导线中的子导线数目(Number of conductors per bundle)”、“分裂导线的直径(Bundle diameter)”、“分裂导线中1号子导线与水平面的夹角(Angle of Conductor 1)”共8个参数。5)计算RLC参数(Compute RLC Line parameters):单击该按钮,将弹出RLC参数的计算结果窗口。6)保存(Save):单击该钮后,线路参数以及相关的GUI信息将以后缀为.mat的文件形式被保存。,