单机无穷大算例系统说明1214.doc

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1、附录一算例系统Ⅰ1.算例系统的数学模型算例系统采用的是文献[1]第12章所使用的单机无穷大系统，图fl-1为其系统单线图。系统基准频率是60Hz。下面分别介绍潮流计算和发电机初始状态计算，全部计算基于标幺值。图fl-1单机无穷大系统单线图1.1.潮流计算已知发电机机端电压幅值为Et=1.0，无穷大母线电压EB=0.995∠0°，发电机有功出力Pt=0.9，无功出力Qt=0.3。设δ0为发电机机端电压相角，X∑为发电机端口到无穷大母线之间的电抗之和，则根据下列公式：Pt=EtEBX∑sinδ0可得到δ0=sin-1（PtX∑EtEB）=sin-1（0.9×0.651×0.995

2、）=36〫。1.2.发电机初始状态计算：发电机参数如下表所示：表f-1发电机参数表参数（不计饱和效应）数值直轴同步电抗Xd1.81直轴暂态电抗Xd'0.3直轴次暂态电抗Xd"0.23交轴同步电抗Xq1.76交轴暂态电抗Xq'0.65交轴次暂态电抗Xq"0.25直轴开路暂态时间常数Td0'8.0直轴开路次暂态时间常数Td0"0.03交轴开路暂态时间常数Tq0'1.0交轴开路次暂态时间常数Tq0"0.07惯性时间常数H3.5s电枢电阻Ra0.003漏抗Xl0.16极对数p2由潮流结果可知，发电机定子电流It=(P+jQ)*Et*计算得It=0.9-j0.31∠-36〫=0.949

3、∠17.57°设δq为发电机q轴相对于无穷大母线电压的角度，机端电压、电流与发电机内电势的关系，如图fl-2所示。图fl-2同步电机的向量图EQ是发电机等值电路中一个虚拟的计算用的电势EQ=Et+Ra+jXqIt计算得EQ=1∠36〫+0.003+j1.76×0.949∠17.57〫=2.204∠81.94°。也就是说δq=81.94°机端电压Et的直轴分量和交轴分量：ed=Etsin（δq-δe）=1×sin81.94°-36°=0.718eq=Etcos（δq-δe）=1×cos（81.94°-36°）=0.696定子绕组出口电流It直轴分量和交轴分量id=Itsinδq

4、-δe+∅=0.949sin81.94°-36°+18.49°=0.856iq=Itcosδq-δe+∅=0.949cos81.94°-36°+18.49°=0.411暂态电势的计算公式为E'=Et+Ra+jXd'It得E'=1∠36〫+0.003+j0.3×0.949∠17.57〫=1.125∠49.84°不计发电机的饱和效应，空载电势Eq的计算Eq=EQ+IdXd-Xq得Eq=2.204+0.856×（1.81-1.76）=2.24681.1.发电机动态模型发电机转子运动方程dΔωdt=1M(TM-Te-KDΔω)dδdt=ω-1ω0其中TM标幺机械转矩Te

5、标幺电气转矩KD机械阻尼转矩系数ω转子角速度PM原动机功率Pe电磁功率δ转子相对于同步旋转参考轴的角位移，单位为电气弧度。ω0同步转速，ω0=2πf0=100π/秒发电机经典模型忽略暂态凸极效应，也就是Xd'=Xq'。在暂态过程中，q轴阻尼绕组与励磁绕组磁链保持不变，于是E'保持不变。定子电压方程Et=Ed'-I(Ra+jXd)发电机三绕组模型忽略定子的电磁暂态，而考虑发电机转子阻尼绕组作用的三绕组发电机模型，也就是考虑到了f绕组、D绕组、Q绕组的电磁暂态和转子运动的机电暂态的发电机模型。发电机定子

6、电压方程[2]ud=Xqiq-Raiduq=Eq-Xdid-Raiq转子f,D,Q绕组电势方程分别如下：Td0'dEq'dt=Efq-[Eq'+Id(Xd-Xd')]Td0”dEq”dt=-Eq”-IdXd'-Xd”+Eq'+Td0”dEq'dtTq0”dEd"dt=-Ed"+Iq(Xq-Xq")其中Eq'暂态电势Efq由励磁电压Vf所决定的假想空载电势Ed"直轴次暂态电势Eq"交轴次暂态电势1.算例系统的Matlab仿真模型在Matlab环境中，从Simulink和SimPowerSystems中，选取所需元件模块，分别建立上

7、述E'恒定的系统模型，其仿真模型如图f-1中所示。主要可以分为以下几部分模块。l同步发电机模块l三相输电线路模块l无穷大节点的电压源模块l负荷模块l故障模块l测量模块为了计算方便，取模型系统的额定功率SN=1MVA，额定线电压（有效值）VN=3*1000V。这与文献[1]的第12章中单机无穷大系统的参数（额定功率SN=2220MVA,额定电压VN=24kV）不同，但是两个系统的标幺值是一致的，故能够保证分析结果的一致性。2.1同步发电机模块从SimPowerSystems的“SimPowerSystem