MATLAB在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用演示文稿

MATLAB在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一 4.1同步發(fā)電機(jī)模型

4.1.1同步發(fā)電機(jī)等效電路

SimPowerSystems中同步發(fā)電機(jī)模型考慮了定子、勵(lì)磁和阻尼繞組的動(dòng)態(tài)行為，經(jīng)過(guò)Park變換后的等值電路如圖4-1所示。圖4-1同步發(fā)電機(jī)等效電路圖(a)?d軸等效電路；(b)?q軸等效電路現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一該等值電路中，所有參數(shù)均歸算到定子側(cè)，各變量下標(biāo)的含義如表4-1所示。表4-1同步發(fā)電機(jī)各變量下標(biāo)的含義現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.1.2簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊

簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊忽略電樞反應(yīng)電感、勵(lì)磁和阻尼繞組的漏感，僅由理想電壓源串聯(lián)RL線路構(gòu)成，其中R值和L值為電機(jī)的內(nèi)部阻抗。

SimPowerSystems庫(kù)中提供了兩種簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊，其圖標(biāo)如圖4-2所示。圖4-2(a)為標(biāo)幺制單位(p.u.)下的簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊，圖4-2(b)為國(guó)際單位制(SI)下的簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊。簡(jiǎn)化同步電機(jī)的兩種模塊本質(zhì)上是一致的，唯一的不同在于參數(shù)所選用的單位?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-2簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊圖標(biāo)(a)標(biāo)幺制；(b)國(guó)際單位制現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊有2個(gè)輸入端子，1個(gè)輸出端子和3個(gè)電氣連接端子。

模塊的第1個(gè)輸入端子(Pm)輸入電機(jī)的機(jī)械功率，可以是常數(shù)，或者是水輪機(jī)和調(diào)節(jié)器模塊的輸出。

模塊的第2個(gè)輸入端子(E)為電機(jī)內(nèi)部電壓源的電壓，可以是常數(shù)，也可以直接與電壓調(diào)節(jié)器的輸出相連。

模塊的3個(gè)電氣連接端子(A，B，C)為定子輸出電壓。輸出端子(m)輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，共由12路信號(hào)組成，如表4-2所示?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-2簡(jiǎn)化同步電機(jī)輸出信號(hào)現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一通過(guò)電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器(MachinesMeasurementDemux)模塊可以將輸出端子m中的各路信號(hào)分離出來(lái)，典型接線如圖4-3所示?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-3簡(jiǎn)化同步電機(jī)輸出信號(hào)分離接線現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一雙擊簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-4所示。圖4-4簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：

(1)“連接類(lèi)型”(Connectiontype)下拉框：定義電機(jī)的連接類(lèi)型，分為3線Y型連接和4線Y型連接(即中線可見(jiàn))兩種。

(2)“額定參數(shù)”(Nom.power,L-Lvolt.，andfreq.)文本框：三相額定視在功率Pn(單位：VA)、額定線電壓有效值Vn(單位：V)、額定頻率fn(單位：Hz)。

(3)“機(jī)械參數(shù)”(Inertia,dampingfactorandpairsofpoles)文本框：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(單位：kg·m2)或慣性時(shí)間常數(shù)H(單位：s)、阻尼系數(shù)Kd

(單位：轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值/轉(zhuǎn)速的標(biāo)幺值)和極對(duì)數(shù)p?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(4)“內(nèi)部阻抗”(Internalimpedance)文本框：?jiǎn)蜗嚯娮鑂(單位：Ω或p.u.)和電感L(單位：H或p.u.)。R和L為電機(jī)內(nèi)部阻抗，設(shè)置時(shí)允許R等于0，但L必須大于0。

(5)“初始條件”(Init.cond.)文本框：初始角速度偏移Δω(單位：％)，轉(zhuǎn)子初始角位移θe(單位：°)，線電流幅值ia、ib、ic(單位：A或p.u.)，相角pha、phb、phc(單位：°)。初始條件可以由Powergui模塊自動(dòng)獲取(見(jiàn)5.1節(jié))。

【例4.1】額定值為50MVA、10.5kV的兩對(duì)極隱極同步發(fā)電機(jī)與10.5kV無(wú)窮大系統(tǒng)相連。隱極機(jī)的電阻R=0.005p.u.，電感L?=?0.9p.u.，發(fā)電機(jī)供給的電磁功率為0.8p.u.。求穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率角和電磁功率。現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一

解：(1)理論分析。由已知，得穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n為

n?=?=?1500r/min(4-1)

其中，f為系統(tǒng)頻率，按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)取為50Hz；p為隱極機(jī)的極對(duì)數(shù)，此處為2。

電磁功率Pe?=?0.8p.u.，功率角δ為

(4-2)

其中，V為無(wú)窮大系統(tǒng)母線電壓；E為發(fā)電機(jī)電勢(shì)；X為隱極機(jī)電抗。

(2)按圖4-5搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表4-3?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-5例4.1的仿真電路圖現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-3例4.1仿真電路模塊的名稱(chēng)及提取路徑現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(3)設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊簡(jiǎn)化同步電機(jī)模塊，設(shè)置電機(jī)參數(shù)如圖4-6所示。圖4-6例4.1的同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一在常數(shù)模塊Pm的對(duì)話框中輸入0.805，在常數(shù)模塊VLLrms的對(duì)話框中輸入1.04(由Powergui計(jì)算得到的初始參數(shù))。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分離第4～9、11、12路信號(hào)。選擇器模塊均選擇a相參數(shù)通過(guò)。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速為標(biāo)幺值，因此使用了一個(gè)增益模塊將標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為有單位r/min表示的轉(zhuǎn)速，增益系數(shù)為(4-3)現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一兩個(gè)Fourier分析模塊均提取50Hz的基頻分量。

交流電壓源Va、Vb和Vc為頻率是50Hz、幅值是10.5×?/kV、相角相差120°的正序三相電壓。三相電壓電流測(cè)量模塊僅用作電路連接，因此內(nèi)部無(wú)需選擇任何變量。打開(kāi)菜單[Simulation>ConfigurationParameters]，在圖4-7的“算法選擇”(Solveroptions)窗口中選擇“變步長(zhǎng)”(variable-step)和“剛性積分算法(ode15s)”?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-7例4.1的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(4)仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)子角，波形如圖4-8所示。

仿真開(kāi)始時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率由0逐步增大，機(jī)械功率大于電磁功率。發(fā)電機(jī)在加速性過(guò)剩功率的作用下，轉(zhuǎn)速迅速增大，隨著功角d?的增大，發(fā)電機(jī)的電磁功率也增大，使得過(guò)剩功率減小。當(dāng)t?=?0.18s時(shí)，在阻尼作用下，過(guò)剩功率成為減速性功率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，但轉(zhuǎn)速仍然大于1500r/min，因此功角d?繼續(xù)增大，直到轉(zhuǎn)速小于1500r/min后(t=0.5s)，功角開(kāi)始減小，電磁功率也減小。t=?1.5s后，在電機(jī)的阻尼作用下，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1500r/min，功率穩(wěn)定在0.8p.u.，功角為44°。仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致。現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-8例4.1的仿真波形圖現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.1.3同步電機(jī)模塊

SimPowerSystems庫(kù)中提供了三種同步電機(jī)模塊，用于對(duì)三相隱極和凸極同步電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，其圖標(biāo)如圖4-9所示。圖4-9(a)為標(biāo)幺制(p.u.)下的基本同步電機(jī)模塊，圖4-9(b)為標(biāo)幺制(p.u.)下的標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊，圖4-9(c)為國(guó)際單位制(SI)下的基本同步電機(jī)模塊?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-9同步電機(jī)模塊圖標(biāo)(a)?p.u.基本同步電機(jī)；(b)?p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)；(c)?SI基本同步電機(jī)

現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一同步電機(jī)模塊有2個(gè)輸入端子、1個(gè)輸出端子和3個(gè)電氣連接端子。

模塊的第1個(gè)輸入端子(Pm)為電機(jī)的機(jī)械功率。當(dāng)機(jī)械功率為正時(shí)，表示同步電機(jī)運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī)模式；當(dāng)機(jī)械功率為負(fù)時(shí)，表示同步電機(jī)運(yùn)行方式為電動(dòng)機(jī)模式。在發(fā)電機(jī)模式下，輸入可以是一個(gè)正的常數(shù)，也可以是一個(gè)函數(shù)或者是原動(dòng)機(jī)模塊的輸出；在電動(dòng)機(jī)模式下，輸入通常是一個(gè)負(fù)的常數(shù)或者函數(shù)。

模塊的第2個(gè)輸入端子(Vf)是勵(lì)磁電壓，在發(fā)電機(jī)模式下可以由勵(lì)磁模塊提供，在電動(dòng)機(jī)模式下為一常數(shù)?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一模塊的3個(gè)電氣連接端子(A,B,C)為定子電壓輸出。輸出端子(m)輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，共由22路信號(hào)組成，如表4-4所示?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-4同步電機(jī)輸出信號(hào)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一通過(guò)“電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器”(MachinesMeasurementDemux)模塊可以將輸出端子m中的各路信號(hào)分離出來(lái)，典型接線如圖4-10所示?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-10同步電機(jī)輸出信號(hào)分離接線現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一同步電機(jī)輸入和輸出參數(shù)的單位與選用的同步電機(jī)模塊有關(guān)。如果選用SI制下的同步電機(jī)模塊，則輸入和輸出為國(guó)際單位制下的有名值(除了轉(zhuǎn)子角速度偏移量Δω以標(biāo)幺值、轉(zhuǎn)子角位移θ以弧度表示外)。如果選用p.u.?制下的同步電機(jī)模塊，輸入和輸出為標(biāo)幺值。

雙擊同步電機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，下面將對(duì)其一一進(jìn)行說(shuō)明。

1.?SI基本同步電機(jī)模塊

SI基本同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-11所示?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-11SI基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：

(1)“預(yù)設(shè)模型”(Presetmodel)下拉框：選擇系統(tǒng)設(shè)置的內(nèi)部模型后，同步電機(jī)自動(dòng)獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如果不想使用系統(tǒng)給定的參數(shù)，請(qǐng)選擇“No”。

(2)“顯示詳細(xì)參數(shù)”(Showdetailedparameters)復(fù)選框：點(diǎn)擊該復(fù)選框，可以瀏覽并修改電機(jī)參數(shù)。

(3)“繞組類(lèi)型”(Rotortype)下拉框：定義電機(jī)的類(lèi)型，分為隱極式(round)和凸極式(salient-pole)兩種。

(4)“額定參數(shù)”(Nom.power,volt.,freq.andfieldcur.)文本框：三相額定視在功率Pn(單位：VA)、額定線電壓有效值Vn(單位：V)、額定頻率fn(單位：Hz)和額定勵(lì)磁電流ifn(單位：A)?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(5)“定子參數(shù)”(Stator)文本框：定子電阻Rs(單位：W)，漏感Ll(單位：H)，d軸電樞反應(yīng)電感Lmd(單位：H)和q軸電樞反應(yīng)電感Lmq(單位：H)。

(6)“勵(lì)磁參數(shù)”(Field)文本框：勵(lì)磁電阻(單位：W)和勵(lì)磁漏感(單位：H)。

(7)“阻尼繞組參數(shù)”(Dampers)文本框：d軸阻尼電阻R'kd(單位：W)，d軸漏感(單位：H)，q軸阻尼電阻(單位：W)和q軸漏感(單位：H)，對(duì)于實(shí)心轉(zhuǎn)子，還需要輸入反映大電機(jī)深處轉(zhuǎn)子棒渦流損耗的阻尼電阻(單位：W)和漏感(單位：H)。現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(8)“機(jī)械參數(shù)”(Inertia,frictionfactorandpolepairs)文本框：轉(zhuǎn)矩J(單位：kgm2)、衰減系數(shù)F(單位：N·m·s/rad)和極對(duì)數(shù)p。

(9)“初始條件”(Init.cond.)文本框：初始角速度偏移Δω(單位：％)，轉(zhuǎn)子初始角位移th(單位：°)，線電流幅值ia、ib、ic(單位：A)，相角pha、phb、phc(單位：°)和初始勵(lì)磁電壓Vf(單位：V)。

(10)“飽和仿真”(Simulatesaturation)復(fù)選框：設(shè)置定子和轉(zhuǎn)子鐵芯是否飽和。若需要考慮定子和轉(zhuǎn)子的飽和情況，則選中該復(fù)選框，在該復(fù)選框下將出現(xiàn)圖4-12所示的文本框?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-12SI基本同步電機(jī)模塊飽和仿真復(fù)選框窗口現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一要求在該文本框中輸入代表空載飽和特性的矩陣。先輸入飽和后的勵(lì)磁電流值，再輸入飽和后的定子輸出電壓值，相鄰兩個(gè)電流/電壓值之間用空格或“，”分隔，電流和電壓值之間用“；”分隔。

例如，輸入矩陣[695.64,774.7,917.5,1001.6,1082.2,1175.9,1293.6,1430.2,1583.7；9660,10623,12243,13063,13757,14437,15180,15890,16567]，將得到如圖4-13所示的飽和特性曲線，曲線上的“*”點(diǎn)對(duì)應(yīng)輸入框中的一對(duì)[ifd,Vt]。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-13飽和特性曲線現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一2.?p.u.?基本同步電機(jī)模塊

p.u.?基本同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-14所示。圖4-14p.u.?基本同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一該對(duì)話框結(jié)構(gòu)與SI基本同步電機(jī)模塊的對(duì)話框結(jié)構(gòu)相似，不同之處有：

(1)“額定參數(shù)”(Nom.power,L-Lvolt.,andfreq.)文本框：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)內(nèi)容中不含勵(lì)磁電流。

(2)“定子參數(shù)”(Stator)文本框：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。

(3)“勵(lì)磁參數(shù)”(Field)：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值。

(4)“阻尼繞組參數(shù)”(Dampers)文本框：與SI基本同步電機(jī)模塊相比，該項(xiàng)參數(shù)為歸算到定子側(cè)的標(biāo)幺值?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(5)“機(jī)械參數(shù)”(Coeff.ofinertia,frictionfactorandpolepairs)文本框：慣性時(shí)間常數(shù)H(單位：s)、衰減系數(shù)F(單位：p.u.)和極對(duì)數(shù)p。

(6)“飽和仿真”(Simulatesaturation)復(fù)選框：與SI基本同步電機(jī)模塊類(lèi)似，其中的勵(lì)磁電流和定子輸出電壓均為標(biāo)幺值；電壓的基準(zhǔn)值為額定線電壓有效值；電流的基準(zhǔn)值為額定勵(lì)磁電流?，F(xiàn)在是40頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一3.?p.u.?標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊

p.u.?標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話框如圖4-15所示。圖4-15p.u.?標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一在該對(duì)話框中，“預(yù)設(shè)模型”(Presetmodel)下拉框、“顯示詳細(xì)參數(shù)”(Showdetailedparameters)復(fù)選框、“繞組類(lèi)型”(Rotortype)下拉框、“額定參數(shù)”(Nom.power,L-Lvolt.,andfreq.)文本框、“機(jī)械參數(shù)”(Coeff.ofinertia,frictionfactorandpolepairs)文本框、“初始條件”(Init.cond.)文本框、“飽和仿真”(Simulatesaturation)復(fù)選框中的參數(shù)與p.u.?基本同步電機(jī)相同(圖4-15中虛線部分)。

除此之外，還含有如下參數(shù)：現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一

【例4.2】額定值為50MVA、10.5kV的有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)與10.5kV無(wú)窮大系統(tǒng)相連。發(fā)電機(jī)定子側(cè)參數(shù)為Rs=0.003，Ll?=?0.19837，Lmd?=?0.91763，Lmq?=?0.21763；轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)為Rf=0.00064，Llfd?=?0.16537；阻尼繞組參數(shù)為Rkd=0.00465，Llkd=0.0392，Rkq1?=?0.00684，Llkq1?=?0.01454。各參數(shù)均為標(biāo)幺值，極對(duì)數(shù)p?=?32。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)供給的電磁功率由0.8p.u.?變?yōu)?.6p.u.，求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率角和電磁功率的變化。

解：(1)理論分析。由已知，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一

利用凸極式發(fā)電機(jī)的功率特性方程

做近似估算。其中凸極式發(fā)電機(jī)電勢(shì)Eq=1.233，無(wú)窮大母線電壓V?=?1，系統(tǒng)縱軸總電抗xdΣ

=?Ll?+?Lmd

=?1.116，系統(tǒng)橫軸總電抗xqΣ

=?Ll?+?Lmq

=?0.416。(4-5)(4-4)現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一電磁功率為Pe?=?0.8p.u.?時(shí)，通過(guò)功率特性方程計(jì)算得到功率角δ為

(4-6)

當(dāng)電磁功率變?yōu)?.6p.u.?并重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，計(jì)算得到功率角δ為

(4-7)

(2)按圖4-16搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表4-5?，F(xiàn)在是48頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-16例4.2的仿真電路圖現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-5例4.2仿真電路模塊的名稱(chēng)及提取路徑現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(3)設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊同步電機(jī)模塊，設(shè)置電機(jī)參數(shù)如圖4-17。圖中，初始條件是通過(guò)Powergui模塊自動(dòng)設(shè)置的，讀者不妨直接將這些參數(shù)輸入。關(guān)于Powergui的詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)5.1節(jié)。現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-17例4.2的同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一在常數(shù)模塊VLLrms的對(duì)話框中輸入1.23304(由Powergui計(jì)算得到的初始參數(shù))。將階躍函數(shù)模塊的初始值設(shè)為0.8，然后在0.6s時(shí)刻變?yōu)?.6。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分離第4、5、15、16、20路信號(hào)。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速為標(biāo)幺值，因此使用了一個(gè)增益模塊將標(biāo)幺值表示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為有名單位r/min表示的轉(zhuǎn)速，增益系數(shù)為現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一交流電壓源Va、Vb和Vc為頻率是50Hz、幅值是10.5×kV、相角相差120°的正序三相電壓。三相電壓電流測(cè)量表模塊僅用作電路連接，因此內(nèi)部無(wú)需選擇任何變量。

打開(kāi)菜單[Simulation>ConfigurationParameters]，在圖4-18的“算法選擇”(Solveroptions)窗口中選擇“變步長(zhǎng)”(Variable-step)和“剛性積分算法(ode15s)”。現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-18例4.2的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(4)仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)子角，波形如圖4-19所示。圖4-19例4.2的仿真波形圖現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一仿真開(kāi)始時(shí)，發(fā)電機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)，轉(zhuǎn)速為93.75r/min，功率為0.8p.u.，功角為18.35°。t?=?0.6s時(shí)，發(fā)電機(jī)上的機(jī)械功率忽然降到0.6p.u.，使得電磁功率瞬時(shí)大于機(jī)械功率，轉(zhuǎn)速迅速降低，于是功角d?減小，發(fā)電機(jī)的電磁功率減小。t?=?0.72s后，電磁功率小于0.6p.u.，產(chǎn)生加速性的過(guò)剩功率，轉(zhuǎn)速開(kāi)始增大，功角d?在轉(zhuǎn)子的慣性作用下繼續(xù)減小，直到轉(zhuǎn)速大于93.75r/min后，功角才開(kāi)始增大，電磁功率也增大。最終在電機(jī)的阻尼作用下，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在93.75r/min，功率穩(wěn)定在0.6p.u.，功角穩(wěn)定在13.46°。仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致?，F(xiàn)在是57頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一 4.2電力變壓器模型

4.2.1三相變壓器等效電路

三相雙繞組變壓器和三繞組變壓器的單相等效電路如圖4-20所示。圖4-20三相變壓器單相等效電路圖(a)雙繞組；(b)三繞組現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一該等效電路中，各繞組通過(guò)互感耦合線圈繞在同一個(gè)鐵芯上。其中，R1、R2和R3為各繞組電阻，L1、L2和L3為各繞組漏感，Rm和Lm為勵(lì)磁支路的電阻和電感。若為飽和變壓器，則Lm不再為恒定值，隨電流變化而變化。

4.2.2雙繞組三相變壓器模塊

SimPowerSystems庫(kù)中提供的雙繞組三相變壓器模塊可以對(duì)線性和鐵芯變壓器進(jìn)行仿真，圖標(biāo)如圖4-21所示?，F(xiàn)在是59頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-21雙繞組三相變壓器模塊圖標(biāo)現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一變壓器一次、二次繞組的連接方法有以下五種：

(1)?Y型連接：3個(gè)電氣連接端口(A、B、C或a、b、c)；

(2)?Yn型連接：4個(gè)電氣連接端口(A、B、C、N或a、b、c、n)，繞組中線可見(jiàn)；

(3)?Yg型連接：3個(gè)電氣連接端口(A、B、C或a、b、c)，模塊內(nèi)部繞組接地；

(4)?△(D11)型連接：3個(gè)電氣連接端口(A、B、C或a、b、c)，△繞組超前Y繞組30°；

(5)?△(D1)型連接：3個(gè)電氣連接端口(A、B、C或a、b、c)，△繞組滯后Y繞組30°?，F(xiàn)在是61頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一不同的連接方式對(duì)應(yīng)不同的圖標(biāo)。圖4-22為四種典型連接方式的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)，分別為△-△、△-Yg、Yg-Yn和Yn-△型連接。圖4-22四種典型接線方式下的雙繞組三相變壓器圖標(biāo)現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一若對(duì)變壓器的飽和特性進(jìn)行仿真，模塊的圖標(biāo)上出現(xiàn)飽和標(biāo)記，如圖4-23所示。圖4-23飽和雙繞組三相變壓器圖標(biāo)現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一該模塊的電氣端子分別為變壓器一次繞組(ABC)和二次繞組(abc)。

雙擊雙繞組三相變壓器模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-24所示?，F(xiàn)在是64頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-24雙繞組三相變壓器模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：

(1)“額定功率和頻率”(Nominalpowerandfrequency)文本框：額定功率Pn(單位：VA)和額定頻率fn(單位：Hz)。

(2)“一次繞組連接方式”(Winding1(ABC)connection)下拉框：一次繞組的連接方式。

(3)“一次繞組參數(shù)”(Windingparameters)文本框：額定線電壓有效值(單位：V)、電阻(單位：p.u.)和漏感(單位：p.u.)。

(4)“二次繞組連接方式”(Winding2(abc)connection)下拉框：二次繞組的連接方式?，F(xiàn)在是66頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(5)“二次繞組參數(shù)”(Windingparameters)文本框：額定線電壓有效值(單位：V)、電阻(單位：p.u.)和漏感(單位：p.u.)。

(6)“飽和鐵芯”(Saturablecore)復(fù)選框：對(duì)三相變壓器的飽和特性進(jìn)行仿真。

(7)“磁阻”(MagnetizationresistanceRm)文本框：反映變壓器鐵芯的損耗，單位為p.u.，在鐵芯損耗取0.2%時(shí)，Rm=500。

(8)“勵(lì)磁電感”(MagnetizationresistanceLm)文本框：該文本框只在未選中“飽和鐵芯”復(fù)選框時(shí)出現(xiàn)，單位為p.u.?，F(xiàn)在是67頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一選中“飽和鐵芯”復(fù)選框后，“勵(lì)磁電感”文本框消失，被圖4-25所示文本框取代。圖4-25飽和鐵芯復(fù)選框窗口現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(9)“飽和特性”(Saturationcharacteristic)文本框：從坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)開(kāi)始指定電流—磁通特性曲線。

變壓器的飽和特性用分段線性化的磁化曲線表示。

若不考慮鐵芯剩磁作用，則磁化曲線如圖4-26(a)所示；若考慮鐵芯剩磁作用，則相應(yīng)的磁化曲線如圖4-26(b)所示。圖中縱坐標(biāo)是磁通j，橫坐標(biāo)為磁化電流i?，F(xiàn)在是69頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-26磁化曲線(a)無(wú)剩磁；(b)有剩磁現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一參數(shù)對(duì)話框中，在每一個(gè)拐點(diǎn)處輸入對(duì)應(yīng)的電流和磁通值，電流和磁通用空格或“，”分割，兩組電流和磁通值之間用“；”分隔。

磁化電流和磁通都使用標(biāo)幺值，基準(zhǔn)值為

其中，V1為一次側(cè)額定相電壓有效值。(4-8)(4-9)現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(10)“磁滯”(Simulatehysteresis)復(fù)選框：實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器磁滯現(xiàn)象的仿真，選中后，出現(xiàn)新文本框如圖4-27所示。

圖4-27中文本框內(nèi)的文本指向含磁滯數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件hysteresis.mat。打開(kāi)Powergui模塊中的“磁滯設(shè)計(jì)”(HysteresisDesign)工具，可以對(duì)默認(rèn)數(shù)據(jù)文件hysteresis.mat中的磁滯數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、保存或創(chuàng)建新文件。圖4-27變壓器磁滯復(fù)選框窗口現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(11)“磁通初始化”(Specifyinitialfluxes)復(fù)選框：選中后，出現(xiàn)新文本框如圖4-28所示，其中變壓器各相的初始磁通均為標(biāo)幺值。圖4-28磁通初始化復(fù)選框窗口現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(12)“測(cè)量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對(duì)以下變量進(jìn)行測(cè)量：

①“繞組電壓”(Windingvoltages)：測(cè)量三相變壓器端電壓；

②“繞組電流”(Windingcurrents)：測(cè)量流經(jīng)三相變壓器的電流；

③“磁通和磁化電流”(Fluxesandmagnetizationcurrents)：測(cè)量磁通(單位：V·s)和變壓器飽和時(shí)的勵(lì)磁電流；

④“所有變量”(Allmeasurement)：測(cè)量三相變壓器繞組端電壓、電流、勵(lì)磁電流和磁通?，F(xiàn)在是74頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一從SimPowerSystems庫(kù)的“測(cè)量子庫(kù)”中復(fù)制“萬(wàn)用表模塊”(Multimeter)到相應(yīng)的模型文件中，可以在仿真過(guò)程中對(duì)選中的測(cè)量變量進(jìn)行觀察。選用萬(wàn)用表模塊相當(dāng)于在對(duì)應(yīng)的測(cè)量元件內(nèi)部并聯(lián)電壓表或者串聯(lián)電流表模塊。

SimPowerSystems庫(kù)提供的三相三繞組變壓器模塊圖標(biāo)如圖4-29所示。

三相三繞組變壓器模塊實(shí)際上是由三個(gè)單相變壓器模塊根據(jù)不同的聯(lián)接組別聯(lián)接而成的，因此三相變壓器的參數(shù)設(shè)置與三相雙繞組變壓器的參數(shù)設(shè)置類(lèi)似，這里不再贅述?，F(xiàn)在是75頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-29三相三繞組變壓器模塊圖標(biāo)現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一

【例4.3】一臺(tái)Y-D11連接的三相變壓器，Pn=180kVA，V1n/V2n?=?10000V/525V。已知R1=0.4Ω，R2?=?0.035Ω，X1?=?0.22Ω，X2?=?0.055Ω，Rm?=?30Ω，Xm?=?310Ω，鐵芯飽和特性曲線如圖4-30所示。試分析變壓器空載運(yùn)行時(shí)一次側(cè)的相電壓、主磁通和空載電流的波形。改變變壓器的接線方式，分析結(jié)果?，F(xiàn)在是77頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-30例4.3的鐵芯飽和特性曲線現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一

解：(1)理論分析?？蛰d時(shí)，由于變壓器鐵芯飽和，因此當(dāng)相電壓和主磁通是正弦時(shí)空載電流為尖頂波，其中將含有較大的三次諧波和一系列高次諧波。但是，因?yàn)槿嘧儔浩鞑捎肶-△連接，一次側(cè)空載電流中三次諧波無(wú)法流通，又因?yàn)槲宕我陨系闹C波電流很小可忽略不計(jì)，所以Y側(cè)空載電流接近正弦波。由一次側(cè)空載電流產(chǎn)生的主磁通波形為平頂波，其中含有的三次諧波磁通分量在二次繞組的閉合三角形回路中產(chǎn)生三次諧波環(huán)流，此環(huán)流將削弱主磁通中的三次諧波分量，因此空載電流、主磁通及其感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)均接近于正弦。

(2)按圖4-31搭建仿真電路圖，選用的各模塊名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表4-6。現(xiàn)在是79頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-31例4.3的仿真電路圖現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-6例4.3仿真電路模塊名稱(chēng)及提取路徑現(xiàn)在是81頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(3)設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊變壓器模塊，按圖4-32設(shè)置參數(shù)。圖4-32例4.3的變壓器參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是82頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是83頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是84頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-33例4.3的萬(wàn)用表參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是85頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一打開(kāi)菜單[Simulation>ConfigurationParameters]，在圖4-34的“算法選擇”(Solveroptions)窗口中選擇“變步長(zhǎng)”(Variable-step)和“剛性積分算法(ode15s)”。圖4-34例4.3的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是86頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(4)仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真，仿真波形如圖4-35所示。圖中波形從上至下分別為一次側(cè)相電壓、空載電流和主磁通。為了進(jìn)行比較，在仿真得到的各個(gè)波形上疊加了理想正弦波?？梢?jiàn)，空載相電流為正弦波，主磁通發(fā)生了很小的畸變但仍近似為正弦波。由于磁滯損耗的存在，主磁通滯后空載相電流一個(gè)鐵耗角，由主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)滯后主磁通90°且波形發(fā)生畸變。此時(shí)，盡管電壓源電壓波形為理想正弦波，但變壓器一次側(cè)空載相電壓并不是理想正弦波，而只是近似正弦波?？梢?jiàn)仿真結(jié)果與理論分析一致?，F(xiàn)在是87頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-35例4.3Y/△型接線仿真波形圖現(xiàn)在是88頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(5)改變變壓器接線方式。將變壓器接線方式改變?yōu)閅-Y型，此時(shí)，由于二次繞組中也無(wú)法流通三次諧波電流，因此主磁通中三次諧波分量未減弱，該磁通將使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)畸變?yōu)榧忭敳?。再次仿真，觀察相電壓、空載電流和主磁通波形，如圖4-36所示。

由圖可見(jiàn)，一次側(cè)相電流仍然為正弦波，主磁通偏離理想正弦波而發(fā)生畸變(讀者把圖形放大后可以很清楚地看到畸變)，這個(gè)畸變被感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形放大，在電壓幅值處(t?=?0.005s)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形明顯偏離理想正弦波形，呈現(xiàn)一個(gè)小尖頂?，F(xiàn)在是89頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一將圖4-36得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形與圖4-35中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形進(jìn)行比較可知，Y-Y型接線的變壓器的主磁通和感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)畸變更大一些，和理論一致?，F(xiàn)在是90頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-36例4.3Y-Y型接線仿真波形圖現(xiàn)在是91頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.2.3互感線圈

互感線圈也是一種簡(jiǎn)單的變壓器模塊，它由兩個(gè)或三個(gè)有互感關(guān)系的耦合線圈組成，等效電路如圖4-37所示。其中，R1、R2和R3為各繞組電阻；L1、L2和L3為各繞組自感；Rm和Lm為耦合電阻和互感。圖4-37互感線圈模塊等效電路現(xiàn)在是92頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一SimPowerSystems庫(kù)中提供的互感線圈模塊圖標(biāo)如圖4-38(a)所示。如果不設(shè)第三個(gè)線圈的自感，則模塊成為兩個(gè)有互感的線圈，模塊圖標(biāo)變?yōu)閳D4-38(b)所示。圖4-38互感線圈模塊圖標(biāo)(a)雙線圈；(b)三線圈現(xiàn)在是93頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一雙擊互感線圈模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-39所示。該對(duì)話框中含有以下參數(shù)：

(1)“一次線圈自阻抗”(Winding1selfimpedance)文本框：電阻(單位：Ω)和自感(單位：H)。

(2)“二次線圈自阻抗”(Winding2selfimpedance)文本框：電阻(單位：Ω)和自感(單位：H)?，F(xiàn)在是94頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-39互感線圈模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是95頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(3)“三線圈耦合電感”(ThreewindingsMutualInductance)復(fù)選框：選擇是雙線圈還是三線圈耦合電路，選擇后將出現(xiàn)三次線圈參數(shù)文本框。

(4)“三次線圈自阻抗”(Winding3selfimpedance)文本框：電阻(單位：Ω)和自感(單位：H)。

(5)“耦合阻抗”(Mutualimpedance)文本框：耦合電阻(單位：Ω)和互感(單位：H)?，F(xiàn)在是96頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(6)“測(cè)量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對(duì)以下變量進(jìn)行測(cè)量。

①“線圈電壓”(Windingvoltages)：測(cè)量線圈端口電壓；

②“線圈電流”(Windingcurrents)：測(cè)量流經(jīng)線圈的電流；

③“所有變量”(Allmeasurement)：測(cè)量線圈端口電壓和線圈上的電流。

選中的測(cè)量變量需要通過(guò)萬(wàn)用表模塊進(jìn)行觀察?，F(xiàn)在是97頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.2.4其它

除了三相雙繞組和三繞組變壓器外，SimPowerSystems庫(kù)中還提供了其它一些變壓器模塊，如圖4-40所示。這些模塊包括“單相線性變壓器”(LinearTransformer)、“單相飽和變壓器”(SaturableTransformer)、“三相6端口變壓器”(Three-PhaseTransformer12Terminals)、“移相變壓器”(ZigzagPhase-ShiftingTransformer)。其基本參數(shù)均與三相雙繞組變壓器相似，讀者可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。現(xiàn)在是98頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-40其它變壓器模塊圖標(biāo)(a)單相線性變壓器；(b)單相飽和變壓器；(c)三相6端口變壓器；(d)移相變壓器

現(xiàn)在是99頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一 4.3輸電線路模型

輸電線路的參數(shù)指線路的電阻、電抗、電納和電導(dǎo)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這些參數(shù)是均勻分布的，即使是極短的一段線路，都有相應(yīng)大小的電阻、電抗、電納和電導(dǎo)，因此精確的建模非常復(fù)雜。在輸電線路不長(zhǎng)且僅需分析線路端口狀況，即兩端電壓、電流、功率時(shí)，通?？刹豢紤]線路的這種分布參數(shù)特性，只是在個(gè)別情況下才需要用雙曲函數(shù)研究具有均勻分布參數(shù)的線路?，F(xiàn)在是100頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.3.1輸電線路等效電路

將參數(shù)均勻分布的輸電線路看成由無(wú)數(shù)個(gè)長(zhǎng)度為dx的小段組成，若每單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的電感及電阻分別為L(zhǎng)和R，每單位長(zhǎng)度導(dǎo)線對(duì)地電容及電導(dǎo)分別為C和G，則單相等值電路如圖4-41所示。圖4-41輸電線路等效電路現(xiàn)在是101頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一盡管實(shí)際中的輸電線路是分布參數(shù)線路，但在某些情況下，為了分析、計(jì)算的方便，也將輸電線路等值為RLC串聯(lián)或PI型電路模塊。

4.3.2RLC串聯(lián)支路模塊

在電力系統(tǒng)中，對(duì)于電壓等級(jí)不高的短線路(長(zhǎng)度不超過(guò)100km的架空線路)，通常忽略線路電容的影響，用RLC串聯(lián)支路來(lái)等效。SimPowerSystems庫(kù)提供的RLC串聯(lián)支路如圖4-42所示。圖4-42RLC串聯(lián)支路圖標(biāo)現(xiàn)在是102頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一雙擊RLC串聯(lián)支路模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-43所示。該對(duì)話框中含有以下參數(shù)：

(1)“電阻”(ResistanceR)文本框：電阻(單位：Ω)。

(2)“電感”(InductanceL)文本框：電感(單位：H)。

(3)“電容”(CapacitanceC)文本框：電容(單位：F)。

(4)“測(cè)量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對(duì)以下變量進(jìn)行測(cè)量。

①“無(wú)”(None)：不測(cè)量任何參數(shù)；

②“支路電壓”(Branchvoltages)：測(cè)量支路電壓；

③“支路電流”(Branchcurrents)：測(cè)量支路電流；現(xiàn)在是103頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-43RLC串聯(lián)支路模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是104頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一④“所有變量”(Branchvoltagesandcurrents)：測(cè)量支路電壓和電流。

選中的測(cè)量變量需要通過(guò)萬(wàn)用表模塊進(jìn)行觀察。

若需要考慮線路泄漏電流和電暈現(xiàn)象造成的功率損耗，就需要用到較為詳細(xì)的輸電線路模塊?，F(xiàn)在是105頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.3.3PI型等效電路模塊

在電力系統(tǒng)中，對(duì)于長(zhǎng)度大于100km的架空線路以及較長(zhǎng)的電纜線路，電容的影響一般是不能忽略的。因此，潮流計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定分析等計(jì)算中常使用PI型電路等效模塊。SimPowerSystems庫(kù)中提供的PI型等效電路模塊的等效電路及單相和三相圖標(biāo)如圖4-44所示。圖4-44PI型等效電路及其圖標(biāo)(a)?PI型等效電路；(b)?PI型等效電路單相和三相圖標(biāo)現(xiàn)在是106頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一雙擊PI型等效電路模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-45所示。該對(duì)話框中含有以下參數(shù)：

(1)“基頻”(FrequencyusedforRLCspecification)文本框：仿真系統(tǒng)的基頻用于計(jì)算RLC參數(shù)值。

(2)“單位長(zhǎng)度電阻”(Positive-andzero-sequenceresistances)文本框：正序和零序電阻[R1

R0](單位：ohms/km)。

(3)“單位長(zhǎng)度電感”(Positive-andzero-sequenceinductance)文本框：正序和零序電感[L1

L0](單位：H/km)。

(4)“單位長(zhǎng)度電容”(Positive-andzero-sequencecapacitance)文本框：正序和零序電容[C1

C0](單位：F/km)?，F(xiàn)在是107頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-45PI型等效電路模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是108頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(5)“線路長(zhǎng)度”(Linesectionlength)文本框：線路長(zhǎng)度(單位：km)。

長(zhǎng)度不超過(guò)300km的線路可用一個(gè)PI型電路來(lái)代替，對(duì)于更長(zhǎng)的線路，可用串級(jí)聯(lián)接的多個(gè)PI型電路來(lái)模擬。PI型電路限制了線路中電壓、電流的頻率變化范圍，對(duì)于研究基頻下的電力系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，PI型電路可達(dá)到足夠的精度，但是對(duì)于研究開(kāi)關(guān)開(kāi)合時(shí)的瞬變過(guò)程等含高頻暫態(tài)分量的問(wèn)題時(shí)，就不能不考慮分布參數(shù)的特性了，這時(shí)應(yīng)該使用分布參數(shù)線路模塊?，F(xiàn)在是109頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.3.4分布參數(shù)線路模塊

當(dāng)分析線路的波過(guò)程以及進(jìn)行更精確的分析時(shí)，通常使用線路的分布參數(shù)模塊。SimPowerSystems庫(kù)中的分布參數(shù)線路模塊基于Bergeron波傳輸方法。三相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)如圖4-46所示。

雙擊分布參數(shù)線路模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-47所示。該對(duì)話框中含有以下參數(shù)：

(1)“相數(shù)”(NumberofphasesN)文本框：改變分布參數(shù)線路的相數(shù)，可以動(dòng)態(tài)改變?cè)撃K的圖標(biāo)。圖4-48所示為單相和多相分布參數(shù)線路圖標(biāo)。現(xiàn)在是110頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-46三相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)現(xiàn)在是111頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-47分布參數(shù)線路模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是112頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-48單相和多相分布參數(shù)線路模塊圖標(biāo)(a)單相；(b)多相現(xiàn)在是113頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(2)“基頻”(FrequencyusedforRLCspecification)文本框：基本頻率用于計(jì)算RLC的參數(shù)值。

(3)“單位長(zhǎng)度電阻”(Resistanceperunitlength)文本框：用矩陣表示的單位長(zhǎng)度電阻(單位：Ω/km)，對(duì)于兩相或三相連續(xù)換位線路，可以輸入正序和零序電阻[R1

R0]；對(duì)于對(duì)稱(chēng)的六相線路，可以輸入正序、零序和耦合電阻[R1

R0

R0m]；對(duì)于N相非對(duì)稱(chēng)線路，必須輸入表示各線路和線路間相互關(guān)系的N?×?N階電阻矩陣?，F(xiàn)在是114頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(4)“單位長(zhǎng)度電感”(Inductanceperunitlength)文本框：用矩陣表示的單位長(zhǎng)度電感(單位：H/km)，對(duì)于兩相或三相連續(xù)換位線路，可以輸入正序和零序電感[L1

L0]；對(duì)于對(duì)稱(chēng)的六相線路，可以輸入正序電感、零序電感和互感[L1

L0

L0m]；對(duì)于N相非對(duì)稱(chēng)線路，必須輸入表示各線路和線路間相互關(guān)系的N?×?N階電感矩陣。

(5)“單位長(zhǎng)度電容”(Capacitanceperunitlength)文本框：用矩陣表示的單位長(zhǎng)度電容(單位：F/km)，對(duì)于兩相或三相連續(xù)換位線路，可以輸入正序和零序電容[C1

C0]；對(duì)于對(duì)稱(chēng)的六相線路，可以輸入正序、零序和耦合電容[C1

C0

C0m]；對(duì)于N相非對(duì)稱(chēng)線路，必須輸入表示各線路和線路間相互關(guān)系的N?×?N階電容矩陣?，F(xiàn)在是115頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(6)“線路長(zhǎng)度”(Linelength)文本框：線路長(zhǎng)度(單位：km)。

(7)“測(cè)量參數(shù)”(Measurements)列表框：對(duì)線路送端和受端的相電壓進(jìn)行測(cè)量。

選中的測(cè)量變量需要通過(guò)萬(wàn)用表模塊進(jìn)行觀察。

實(shí)際上，由于導(dǎo)線和地之間的集膚效應(yīng)，R和L有極強(qiáng)的依頻特性，分布參數(shù)線路模塊也不能準(zhǔn)確地描述線路RLC參數(shù)的依頻特性，但和PI型等效電路模塊相比，分布參數(shù)線路可以較好地描述波過(guò)程和波的反射現(xiàn)象?，F(xiàn)在是116頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一

【例4.4】一條300kV、50Hz、300km的輸電線路，其z=(0.1+j0.5)Ω/km，y=j3.2×10－6S/km。分析用集總參數(shù)、多段PI型等效參數(shù)和分布參數(shù)表示的線路阻抗的頻率特性。

解：(1)理論分析。由已知，L=0.0016H，C?=?0.0102μF，可得該線路傳播速度為(4-10)現(xiàn)在是117頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一300公里線路的傳輸時(shí)間為

振蕩頻率為

按理論分析，第一次諧振發(fā)生在1/4fosc，即頻率206Hz處。之后，每206?+?n?×?412Hz(n=1，2，…)，即618，1031，1444，…處均發(fā)生諧振。

(2)按圖4-49搭建仿真單相電路圖，選用的各模塊的名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表4-8。(4-12)(4-11)現(xiàn)在是118頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-49例4.4的仿真電路圖現(xiàn)在是119頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-8例4.4仿真電路模塊現(xiàn)在是120頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是121頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-50例4.4的PI型輸電線路參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是122頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一打開(kāi)菜單[Simulation>ConfigurationParameters]，在圖4-51的“算法選擇”(Solveroptions)窗口中選擇“變步長(zhǎng)”(Variable-step)和“剛性積分算法”(ode15s)。

(4)仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真，雙擊Powergui模塊，出現(xiàn)圖4-52(a)所示窗口。在該窗口中單擊“阻抗依頻特性測(cè)量”(ImpedancevsFrequencyMeasurement)按鍵，出現(xiàn)新窗口如圖4-52(b)所示。該窗口中，只有一個(gè)默認(rèn)的阻抗測(cè)量模塊ZB，選擇頻率范圍為[0:2:1500](從0Hz到1500Hz，步長(zhǎng)為2Hz)，縱坐標(biāo)選為對(duì)數(shù)坐標(biāo)。按圖4-52(b)所示設(shè)置參數(shù)后，單擊“顯示/保留”(Display/Save)按鍵，出現(xiàn)阻抗的依頻特性如圖4-53所示?，F(xiàn)在是123頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-51例4.4的系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是124頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-52例4.4的Powergui主窗口和阻抗依頻特性窗口(a)?Powergui主窗口；(b)阻抗依頻特性窗口現(xiàn)在是125頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-53例4.4的阻抗依頻特性(1段PI型線路)現(xiàn)在是126頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一由于輸電線路僅由一段PI型電路組成，為集總參數(shù)，因此該阻抗依頻特性?xún)H反映了第一次諧振的頻率。

打開(kāi)PI形電路對(duì)話框，將PI形電路的段數(shù)變?yōu)?0，用同樣的方法可以得到用10段PI形電路表示輸電線路時(shí)的阻抗依頻特性，如圖4-54所示。圖4-54例4.4的阻抗依頻特性(10段PI型線路)現(xiàn)在是127頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一刪除PI型等效電路模塊，用分布參數(shù)線路模塊替代，設(shè)置參數(shù)如圖4-55所示。圖4-55例4.4的分布參數(shù)線路模塊參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是128頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一對(duì)分布參數(shù)線路模塊表示下的系統(tǒng)進(jìn)行仿真。圖4-56為用三種方法得到的阻抗頻率特性。由圖可見(jiàn)，單段PI型電路模塊只在較低的頻率范圍內(nèi)與分布參數(shù)模塊頻率特性一致，而用10段PI型電路構(gòu)成的線路模型可以在更寬的頻率范圍內(nèi)與分布參數(shù)模型頻率特性保持一致，這說(shuō)明用多個(gè)PI型電路可以更精確地反映線路的實(shí)際情況。此外，實(shí)際中大地不是理想導(dǎo)體，導(dǎo)致了輸電線路的參數(shù)(RLC)不是常數(shù)，而是隨頻率的變化而變化，即線路參數(shù)是依頻的，這需要用依頻的線路參數(shù)模型對(duì)線路進(jìn)行等效?，F(xiàn)有的MATLAB/SIMULINK還不能很好地仿真線路參數(shù)的依頻特性。現(xiàn)在是129頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-56例4.4的阻抗頻率特性比較現(xiàn)在是130頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一 4.4負(fù)荷模型

電力系統(tǒng)的負(fù)荷相當(dāng)復(fù)雜，不但數(shù)量大、分布廣、種類(lèi)多，而且其工作狀態(tài)帶有很大的隨機(jī)性和時(shí)變性，連接各類(lèi)用電設(shè)備的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生變化。因此，如何建立一個(gè)既準(zhǔn)確又實(shí)用的負(fù)荷模型，至今仍是一個(gè)尚未很好解決的問(wèn)題。

通常負(fù)荷模型分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，其中靜態(tài)模型表示穩(wěn)態(tài)下負(fù)荷功率與電壓和頻率的關(guān)系；動(dòng)態(tài)模型反映電壓和頻率急劇變化時(shí)負(fù)荷功率隨時(shí)間的變化。常用的負(fù)荷等效電路有含源等效阻抗支路、恒定阻抗支路和異步電動(dòng)機(jī)等效電路。現(xiàn)在是131頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一負(fù)荷模型的選擇對(duì)分析電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程和穩(wěn)定問(wèn)題都有很大的影響。在潮流計(jì)算中，負(fù)荷常用恒定功率表示，必要時(shí)也可以采用線性化的靜態(tài)特性。在短路計(jì)算中，負(fù)荷可表示為含源阻抗支路或恒定阻抗支路。穩(wěn)定計(jì)算中，綜合負(fù)荷可表示為恒定阻抗或不同比例的恒定阻抗和異步電動(dòng)機(jī)的組合。

4.4.1靜態(tài)負(fù)荷模塊

SimPowerSystems庫(kù)中提供了四種靜態(tài)負(fù)荷模塊，分別為“單相串聯(lián)RLC負(fù)荷”(SeriesRLCLoad)、“單相并聯(lián)RLC負(fù)荷”(ParallelRLCLoad)、“三相串聯(lián)RLC負(fù)荷”(Three-PhaseSeriesRLCLoad)和“三相并聯(lián)RLC負(fù)荷”(Three-PhaseParallelRLCLoad)，其圖標(biāo)如圖4-57所示?，F(xiàn)在是132頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-57靜態(tài)負(fù)荷模塊圖標(biāo)(a)單相串聯(lián)RLC負(fù)荷；(b)單相并聯(lián)RLC負(fù)荷；(c)三相串聯(lián)RLC負(fù)荷；(d)三相并聯(lián)RLC負(fù)荷現(xiàn)在是133頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一單相串聯(lián)和并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊分別對(duì)串聯(lián)和并聯(lián)的線性RLC負(fù)荷進(jìn)行模擬。在指定的頻率下，負(fù)荷阻抗為常數(shù)，負(fù)荷吸收的有功和無(wú)功功率與電壓的平方成正比。

三相串聯(lián)和并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊分別對(duì)串聯(lián)和并聯(lián)的三相平衡RLC負(fù)荷進(jìn)行模擬。在指定的頻率下，負(fù)荷阻抗為常數(shù)，負(fù)荷吸收的有功和無(wú)功功率與電壓的平方成正比。

靜態(tài)負(fù)荷模塊的參數(shù)對(duì)話框比較簡(jiǎn)單，這里不展開(kāi)說(shuō)明了。注意在三相串聯(lián)RLC負(fù)荷模塊中，有一個(gè)用于三相負(fù)荷結(jié)構(gòu)選擇的下拉框，說(shuō)明見(jiàn)表4-9?，F(xiàn)在是134頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-9三相串聯(lián)RLC負(fù)荷模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是135頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.4.2三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊

SimPowerSystems庫(kù)中提供的“三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷”(Three-PhaseDynamicLoad)模塊，其圖標(biāo)如圖4-58所示。

三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊是對(duì)三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷的建模，其中有功和無(wú)功功率可以表示為正序電壓的函數(shù)或者直接受外部信號(hào)的控制。由于不考慮負(fù)序和零序電流，因此即使在負(fù)荷電壓不平衡的條件下，三相負(fù)荷電流仍然是平衡的?，F(xiàn)在是136頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-58三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊圖標(biāo)現(xiàn)在是137頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一三相動(dòng)態(tài)負(fù)荷模塊有3個(gè)電氣連接端子，1個(gè)輸出端子。3個(gè)電氣連接端子(A,B,C)分別與外電路的三相相連。如果該模塊的功率受外部信號(hào)控制，該模塊上還將出現(xiàn)第4個(gè)輸入端子，用于外部控制有功和無(wú)功功率。輸出端子(m)輸出3個(gè)內(nèi)部信號(hào)，分別是正序電壓V(單位：p.u.)、有功功率P(單位：W)和無(wú)功功率Q(單位：Var)。

當(dāng)負(fù)荷電壓小于某一指定值Vmin時(shí)，負(fù)荷阻抗為常數(shù)。如果負(fù)荷電壓大于該指定值Vmin，有功和無(wú)功功率按以下公式計(jì)算：(4-13)現(xiàn)在是138頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一

其中，V0為初始正序電壓；P0、Q0是與V0對(duì)應(yīng)的有功和無(wú)功功率；V為正序電壓；np、nq為控制負(fù)荷特性的指數(shù)(通常為1～3)；Tp1、Tp2為控制有功功率的時(shí)間常數(shù)；Tq1、Tq2為控制無(wú)功功率的時(shí)間常數(shù)。

對(duì)于電流恒定的負(fù)荷，設(shè)置np?=?1，nq?=?1；對(duì)于阻抗恒定的負(fù)荷，設(shè)置np?=?2，nq?=?2。初始值V0、P0和Q0可以通過(guò)Powergui模塊計(jì)算得到。(4-14)現(xiàn)在是139頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.4.3異步電動(dòng)機(jī)模塊

1.異步電動(dòng)機(jī)等效電路

SimPowerSystems中異步電動(dòng)機(jī)模塊用四階狀態(tài)方程描述電動(dòng)機(jī)的電氣部分，其等效電路如圖4-59所示。圖4-59異步電動(dòng)機(jī)等效電路(a)?d軸等效電路；(b)?q軸等效電路現(xiàn)在是140頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(4-15)現(xiàn)在是141頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一其中，Tm為加在電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械力矩；Te為電磁力矩；θm為轉(zhuǎn)子機(jī)械角位移；ωm為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；H為機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)；F為考慮d、q繞組在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的阻尼作用以及轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械阻尼后的定常阻尼系數(shù)。

2.異步電動(dòng)機(jī)模塊

如圖4-60所示，異步電動(dòng)機(jī)模塊分為標(biāo)幺制(p.u.)下和國(guó)際單位制(SI)下的兩種模塊。現(xiàn)在是142頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-60異步電動(dòng)機(jī)模塊的圖標(biāo)(a)標(biāo)幺制；(b)國(guó)標(biāo)單位制現(xiàn)在是143頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一異步電動(dòng)機(jī)模塊有1個(gè)輸入端子、1個(gè)輸出端子和6個(gè)電氣連接端子。

輸入端子(Tm)為轉(zhuǎn)子軸上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，可直接連接SIMULINK信號(hào)。機(jī)械轉(zhuǎn)矩為正，表示異步電機(jī)運(yùn)行方式為電動(dòng)機(jī)模式；機(jī)械轉(zhuǎn)矩為負(fù)，表示異步電機(jī)運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī)模式。

輸出端子(m)輸出一系列電機(jī)的內(nèi)部信號(hào)，由21路信號(hào)組成，其構(gòu)成如表4-10所示?，F(xiàn)在是144頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-10異步電動(dòng)機(jī)輸出信號(hào)現(xiàn)在是145頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一電氣連接端子(A、B、C)為電機(jī)的定子電壓輸入，可直接連接三相電壓；電氣連接端子(a、b、c)為轉(zhuǎn)子電壓輸出，一般短接在一起或者連接到其它附加電路中。

通過(guò)“電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器”(MachinesMeasurementDemux)模塊可以將輸出端子中的各路信號(hào)分離出來(lái)，典型接線如圖4-61所示。現(xiàn)在是146頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-61異步電動(dòng)機(jī)輸出信號(hào)分離接線現(xiàn)在是147頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一雙擊異步電動(dòng)機(jī)模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖4-63所示。圖4-63異步電動(dòng)機(jī)模塊參數(shù)對(duì)話框現(xiàn)在是148頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：

(1)“預(yù)設(shè)模型”(Presetmodel)下拉框：選擇系統(tǒng)設(shè)置的內(nèi)部模型，同步電機(jī)將自動(dòng)獲取各項(xiàng)參數(shù)，如果不想使用系統(tǒng)給定的參數(shù)，請(qǐng)選擇“No”。

(2)“顯示詳細(xì)參數(shù)”(Showdetailsparameters)復(fù)選框：點(diǎn)擊該復(fù)選框，可以瀏覽并修改電機(jī)參數(shù)。

(3)“繞組類(lèi)型”(Rotortype)下拉框：定義轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，分為“繞線式”(Wound)和“鼠籠式”(Squirrel-cage)兩種。后者的輸出端a、b、c由于直接在模塊內(nèi)部短接，因此圖標(biāo)上不可見(jiàn)?，F(xiàn)在是149頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(4)“參考軸”(Referenceframe)下拉框：定義該模塊的參考軸，決定將輸入電壓從abc系統(tǒng)變換到指定參考軸下，將輸出電流從指定參考軸下變換到abc系統(tǒng)?？梢赃x擇以下三種變換方式：

①“轉(zhuǎn)子參考軸”(Rotor)：Park變換；

②“固定參考軸”(Stationary)：Clarke變換或αβ變換；

③“同步旋轉(zhuǎn)軸”(Synchronous)：同步旋轉(zhuǎn)。

(5)“額定參數(shù)”(Nominalpower，voltage(line-line)，andfrequency)文本框：額定視在功率Pn(單位：VA)、線電壓有效值Vn(單位：V)、頻率fn(單位：Hz)。現(xiàn)在是150頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(6)“定子參數(shù)”(Statorresistanceandinductance)文本框：定子電阻Rs(單位：Ω或p.u.)和漏感Lls(單位：H或p.u.)。

(7)“轉(zhuǎn)子參數(shù)”(Rotorresistanceandinductance)文本框：轉(zhuǎn)子電阻(單位：Ω或p.u.)和漏感(單位：H或p.u.)。

(8)“互感”(Mutualinductance)文本框：Lm(單位：H或p.u.)。

(9)“機(jī)械參數(shù)”(Inertiaconstant,frictionfactorandpairsofpoles)文本框：對(duì)于SI異步電動(dòng)機(jī)模塊，該項(xiàng)參數(shù)包括轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(單位：kg·m2)、阻尼系數(shù)F(單位：Nms)和極對(duì)數(shù)p三個(gè)參數(shù)；對(duì)于p.u.?異步電動(dòng)機(jī)模塊，該項(xiàng)參數(shù)包括慣性時(shí)間常數(shù)H(單位：s)、阻尼系數(shù)F(單位：p.u.)和極對(duì)數(shù)p三個(gè)參數(shù)?，F(xiàn)在是151頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(10)初始條件(Initialconditions)：初始轉(zhuǎn)差率s，轉(zhuǎn)子初始角位移th(單位：°)，定子電流幅值ias、ibs、ics(單位：A或p.u.)和相角phaseas、phasebs、phasecs(單位：°)。

【例4.5】一臺(tái)三相四極鼠籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，額定功率Pn=10kW，額定電壓V1n=380V，額定轉(zhuǎn)速nn?=?1455r/min，額定頻率fn=50Hz。已知定子每相電阻Rs=0.458Ω，漏抗X1s=0.81Ω，轉(zhuǎn)子每相電阻=0.349Ω，漏抗=1.467Ω，勵(lì)磁電抗Xm?=?27.53Ω。求額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的定子電流、轉(zhuǎn)速和電磁力矩。當(dāng)t?=?0.2s時(shí)，負(fù)載力矩增大到

100N·m，求變化后的定子電流、轉(zhuǎn)速和電磁力矩。現(xiàn)在是152頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一

解：(1)理論分析。采用異步電動(dòng)機(jī)的T形等效電路進(jìn)行計(jì)算，等效電路如圖4-64。圖中，Rs?+?X1s為定子繞組的漏阻抗；Xm為勵(lì)磁電抗；+為折算后轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗；s為轉(zhuǎn)差率。圖4-64異步電動(dòng)機(jī)T形等效電路現(xiàn)在是153頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一由題意，得轉(zhuǎn)差率s為

式中，同步轉(zhuǎn)速n1?=?60fn/p?=?1500r/min。

定子額定相電流為(4-16)(4-17)現(xiàn)在是154頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一此時(shí)的額定輸入功率為

定子銅耗為

對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為(4-20)(4-19)(4-18)現(xiàn)在是155頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一當(dāng)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩增大到100N·m時(shí)，定子側(cè)電流增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降以滿(mǎn)足電磁轉(zhuǎn)矩增加到100N·m。簡(jiǎn)化計(jì)算可得變化后的定子側(cè)相電流

(2)按圖4-65搭建仿真電路圖，選用的各模塊的名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表4-11。(4-21)現(xiàn)在是156頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-65例4.5的仿真電路圖現(xiàn)在是157頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一表4-11例4.5仿真電路模塊的名稱(chēng)及提取路徑現(xiàn)在是158頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一(3)設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊三相電壓源模塊，設(shè)置參數(shù)如圖4-66所示。雙擊雙繞組變壓器模塊，設(shè)置參數(shù)如圖4-67所示。現(xiàn)在是159頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-66例4.5的三相電壓源參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是160頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-67例4.5的雙繞組變壓器參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是161頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一雙擊異步電動(dòng)機(jī)模塊，設(shè)置參數(shù)如圖4-68所示。其中初始條件需要由Powergui模塊計(jì)算得到。在學(xué)習(xí)如何使用Powergui設(shè)置初始值之前，建議讀者將上述初始條件直接輸入?，F(xiàn)在是162頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-68例4.5的異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是163頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一將階躍函數(shù)模塊的初始值設(shè)為67.7642，0.2s時(shí)變?yōu)?00。電機(jī)測(cè)量信號(hào)分離器分離第10～12路、第19路和第20路信號(hào)。選擇器模塊選擇a相電流。由于電機(jī)模塊輸出的轉(zhuǎn)速單位為rad/s，因此使用了一個(gè)增益模塊將有名單位rad/s轉(zhuǎn)換為習(xí)慣的有名單位r/min，增益系數(shù)為K=60/(2p)。

三相電壓電流測(cè)量模塊僅僅用作電路連接，因此內(nèi)部無(wú)需選擇任何變量?，F(xiàn)在是164頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)在是165頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一圖4-69例4.5的仿真波形圖現(xiàn)在是166頁(yè)\一共有185頁(yè)\編輯于星期一4.4.4直流電機(jī)模塊

SimPowerSystems庫(kù)中直流電機(jī)模塊的圖標(biāo)如圖4-70。

直流電機(jī)模塊有1個(gè)輸入端子、1個(gè)輸出端子和4個(gè)電氣連接端子。電氣連接端子F+?和F-?與直流電機(jī)勵(lì)磁繞組相連。A+?和A-?與電機(jī)電樞繞組相連。輸入端子(TL)是電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的輸入端。輸出端子(m)輸出一系列的電機(jī)內(nèi)部信號(hào)，由4路信號(hào)組成，如表4-12所示。通過(guò)“信號(hào)數(shù)據(jù)流模塊庫(kù)”(SignalRouting)中的“信號(hào)分離”(Demux