动态电力系统分析 第一章 模型

1、North China Electric Power UniversityDepartment of Electrical EngineeringBaoding2009.2-4 目目 录录 一电力系统数学模型及参数一电力系统数学模型及参数二二电力系统小干扰稳定性分析电力系统小干扰稳定性分析五五直接法在暂态稳定分析中的应用直接法在暂态稳定分析中的应用 三电力系统次同步谐振分析三电力系统次同步谐振分析四四电力系统暂态稳定性分析电力系统暂态稳定性分析六六电力系统电压稳定性分析电力系统电压稳定性分析 七七线性最优控制系统线性最优控制系统八八非线性控制系统非线性控制系统九九电力系统电力系统广域广域控制控

2、制第一章第一章 电力系统数学模型及参数目录电力系统数学模型及参数目录 一概述一概述二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机五五负荷负荷三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器四四原动机及调速器原动机及调速器六六HVDCHVDC系统系统模型模型七七电力网络模型电力网络模型八八电力系统模型的一般形式电力系统模型的一般形式一概述一概述一概述一概述一概述一概述二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机 定子绕组方程定子绕组方程式式为：为：二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机qqddad

3、ddqqaqIxEIruIxEIru(1-1)二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机dtdEEIxxETdtdEIxxETdtdEdtdEEIxxETdtdEEIxxETdtdEddqqqdqdqqqdqdqqdddqdqqdddqedq00001111(1-2)二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机1110DMMTdtddtdemJ(1-3)二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机(1-4)qddqqqddeIIxxIEIEM二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机qduu ,qdEE,qdEEqdII ,arqdxx ,qdxx,qdxx二二同步发电机与

4、同步调相机同步发电机与同步调相机00,qdTT00,qdTTqeE0JTDmMeM二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机JTf20sradMrad2sradf21MP二同步发电机与同步调相机二同步发电机与同步调相机qqdxxxqqdxxx0 . 35 . 1dqxx 0021dqqddqTxxxxT05. 0,03. 000qdTT06. 0,04. 000qdTT二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机,qqddTTTT0000,qqddTTTT0000,qqqqqqqqddddddddxxTTxxTTxxTTxxTTS二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机Sqq

5、xx 000111qqedddqdqqqdddqddqqqdqdEExxIEdtTdEdEExxIEdtTdtdExxIEdtT(1-5)（1-5）式与（）式与（1-1）,（1-3）式组成发电机五阶模型。）式组成发电机五阶模型。二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机 QD,Sqqqddxxxxx,qqddadddqqaqIxEIruIxEIru(1-6)二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机(1-7) 由（由（1-6）式，（）式，（1-7）式和转子运动方程式（）式和转子运动方程式（1-3）式组成模型）式组成模型。模型。模型为三阶（转子运动方程两为三阶（转子运动方程两阶，励磁

6、回路一阶），其电流，电压相量关系如图阶，励磁回路一阶），其电流，电压相量关系如图1-2。qqedqdddqedqEETEIxxETdtdE0011二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机qEqqqddxxxxx,二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机dxEqqqdddxxxxxxdx二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机(1-8).EIjxrUda 模型模型为二阶，由转子运动方程式（为二阶，由转子运动方程式（1-3）式）式和和定子绕组定子绕组方程式（方程式（1-8）式组成，其电流，）式组成，其电流，电压相量关系如图电压相量关系如图1-3。二二同步发电机与同步调相机同

7、步发电机与同步调相机 0mP0cos,nnQSnnQS ,二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机 二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机 iJiTixiiiD1, iiK1, iiD二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机1-9655665566666665565445655654455555554454334544543344444444334322343343223333333322321123223211222222221122112111111kDDTdtdTkkDDDTdtdTkkDDDTdtdTkkDDDTdtdTkkDDDTdtdTkDDTdtdTex

8、JeJmJmJmJmJ二二同步发电机与同步调相机同步发电机与同步调相机1-106, 2, 1,1idtdii三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器 励磁系统种类很多。励磁系统种类很多。IEEE励磁系统励磁系统计算机模拟研究小组专门提出报告，列计算机模拟研究小组专门提出报告，列举国外常用的励磁系统及自动调节器的举国外常用的励磁系统及自动调节器的模型。模型。 我国电机工程学会励磁系统数学模我国电机工程学会励磁系统数学模型研究小组也专门组织专家组提出了我型研究小组也专门组织专家组提出了我国通用的励磁系统及自动调节器模型。国通用的励磁系统及自动调节器模型。三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器直流励磁机和

9、交流励磁机一般可用一阶惯性环节直流励磁机和交流励磁机一般可用一阶惯性环节模拟，见图模拟，见图1-4（a）和）和(b)。晶闸管整流系统的时间。晶闸管整流系统的时间常数很小，可以忽略。电力整流器（常数很小，可以忽略。电力整流器（PR）模型见图）模型见图1-4（c）。）。直流直流励磁机励磁机;(b)交交流流励磁机励磁机;(c)电力整流器电力整流器三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器 图图1-4中：中： 励磁机空载时间常励磁机空载时间常数；数； 电枢反应去磁系数；电枢反应去磁系数； 自励系自励系数；数； 发电机励磁电流；发电机励磁电流； 饱和系饱和系数；数； 换相电抗器后电压；换相电抗器后电压； 励磁

10、调励磁调节器输出电压；节器输出电压； 与与整流器有关的系整流器有关的系数；数； 励磁输出电压。励磁输出电压。 ETDKEKFIESEURUCKqeFEE三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器自动励磁调节器的一些基本环节，如电压自动励磁调节器的一些基本环节，如电压测量和调差单元，放大单元，串联校正单元，测量和调差单元，放大单元，串联校正单元，并联校正单元和限幅单元等，其数学模型如图并联校正单元和限幅单元等，其数学模型如图1-5。三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器;(b)放大单元放大单元;(c)串联校正放大单元串联校正放大单元; (d)并联校正放大单元并联校正放大单元;(e)限幅单元限幅单元;(f

11、)限幅单元限幅单元三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器 图图1-5中：中： 测量单元输入电压，电测量单元输入电压，电流；流； 励磁调节器输出电压；励磁调节器输出电压； 电压偏差电压偏差信号；信号； 放大倍数；放大倍数； 基准电压；基准电压； 时间常数。时间常数。 我国常用的励磁系统和自动调节器的结构我国常用的励磁系统和自动调节器的结构及数学模型见图及数学模型见图1-6。 RUTTIU ,ERRUFAKK ,REFUTTTTTFCBA,三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器励磁系统和自动调节器的结构及数学模型励磁系统和自动调节器的结构及数学模型(a)三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器励磁系统和自

12、动调节器的结构及数学模型励磁系统和自动调节器的结构及数学模型(b)三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器励磁系统和自动调节器的结构及数学模型励磁系统和自动调节器的结构及数学模型(c)三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器3-3励磁系统的简化实用模型励磁系统的简化实用模型 在电力系统的实际分析计算中，除了某些在电力系统的实际分析计算中，除了某些特殊情况，例如专门研究励磁系统及其调节特殊情况，例如专门研究励磁系统及其调节器的特性，需要详细模拟其各个环节及特性器的特性，需要详细模拟其各个环节及特性外，一般情况下外，一般情况下，为了减少计算系统的阶数，为了减少计算系统的阶数，对对励磁系统及其调节器采用简化

13、的实用模型。励磁系统及其调节器采用简化的实用模型。图图1-7是简化模型的一部分。其中励磁机和调是简化模型的一部分。其中励磁机和调节器分别用一阶惯性环节模拟。节器分别用一阶惯性环节模拟。三励磁系统及调节器三励磁系统及调节器自动励磁调节单元数学模型自动励磁调节单元数学模型（a）它励系统及调节器；（）它励系统及调节器；（b）自励系统及调节器）自励系统及调节器 四四原动机及调速器原动机及调速器四四原动机及调速器原动机及调速器 水轮机调速系统框图水轮机调速系统框图四四原动机及调速器原动机及调速器 水轮机调速系统典型参数水轮机调速系统典型参数四四原动机及调速器原动机及调速器 汽轮机调速系统框图汽轮机调速系

14、统框图四四原动机及调速器原动机及调速器 汽轮机调速系统典型参数汽轮机调速系统典型参数四四原动机及调速器原动机及调速器 水轮机模型水轮机模型WTCVPmP四四原动机及调速器原动机及调速器RHCHTT,COTLPAIPHPFFF,LPBF四四原动机及调速器原动机及调速器 串联复式一次再热汽轮机模型串联复式一次再热汽轮机模型(a)功能框图功能框图(b)传递函数图传递函数图五五负荷负荷六六 HVDC系统模型系统模型七电力网络模型七电力网络模型YUUEI,YijijjiijiiiiiijBGYYjBGY,I七电力网络模型七电力网络模型qd YXqdffffsincoscossinqdYXffffsincoscossin(1-22)(1-23)七电力网络模型七电力网络模型 xy-dq坐标变换图坐标变换图八电力系统模型的一般形式八电力系统模型的一般形式yxfx,.yxg,0 (1-24)