电力系统动态模拟基础&同步电机的模拟及参数测试马天顺 电力系统研究方法•电力系统的研究方法可以概括为理论研究和科学实验研究两种途径理论分析是非常重要的，它阐明电力系统的基本原理并探索新的理论和方法但是，由于电力系统的复杂性，很多问题仅靠理论分析是不够的，只有把理论分析和科学实验结合起来，才能得到正确的结论•电力系统的实验研究可在实际的电力系统（一般称原型）上进行，也可在模拟的电力系统（一般称模型）上进行在原型上进行实验研究，往往受电力系统的安全、经济运行的限制如短路实验等一般不能在原型系统进行；对于发展规划中的一些问题，有时更难以在现有的电力系统上进行在模拟系统上进行实验研究，显然没有这些限制，因此模拟实验在电力系统研究工作中占有重要地位 电力系统模拟方法•数字模拟•物理模拟•数学模拟是建立在数学方程式的基础上的一种模拟研究方法首先建立原型的数学模型，然后通过求解方程从而得出结论随着计算机的快速发展，利用计算机仿真研究电力系统的数学模拟方法有着广阔的前景只要能建立相应的数学模型，就可以方便的利用数字计算机进行研究这种方法投资小，方案、参数调整方便，且速度快但建立数学模型受到诸多因素的影响，其准确与否受到主观限制。
比如某些简化是否合理，某些因素忽略是否正确等，直接影响到建模的正确性和得出的结论•电力系统的物理模拟是根据相似理论，用和原型系统具有相同物理性质的相似元件建立起来的电力系统动态模拟是建立与原型相似的物理模型，通过模拟实验得出结论的方法电力系统动态模拟主要由模拟发电机、模拟励磁系统、模拟变压器、模拟输电线路、模拟负荷和有关调节、控制、测量、保护等模拟装置组成动态模拟实验物理概念清晰，直观，且能真实反映实际系统的特征但建立动态模型投资大，且实验方案、参数调整复杂 物理模拟和数字仿真对比•由于数学模拟和动态模拟各具优缺点，互相补充验证，也是目前研究电力系统的重要方法 模拟理论的基本概念•根据相似理论，模型和原型的物理现象相似，意味着在模型和原型中，用以描述现象过程的相应参数和变量在整个研究过程中，保持一个不变的、无量纲的比例系数满足这个相似判据的模拟系统，其参数和变量以标么值表示的数值在整个过程中与原型的相等在动态模拟中，希望模型和原型的物理现象有相同的时间标尺，即模型和原型各元件的时间常数•电力系统动态模拟又可描述为：将实际电力系统参数按一定比例缩小，并保留其物理特性不变，建立一个模型，通过在模型上进行实验得出结论的方法。
•大家知道，描述电力系统一般是微分方程按上述理论，描述原型的微分方程和描述模型的微分方程对应参数的标么值一样，过渡过程一样，则从数学角度看，两个方程完全一样这样，模型的解也就是原型的解因此，模型的实验结论也就是原型的实验结论 模拟比•如果现象的参数之间存在着一定的比例关系，而•且具有同样的物理性质，就称为物理相似如果•现象参数之间，虽存在一定比例关系，但却有不•同的物理性质，则称为数学相似 确定相似判据的三种途径•描述电力系统一般是微分方程，根据分析微分方程式以确定相似判据有三种不同的途径：•1·比例系数分析法•它是根据相似的基本定义，使一个系统的变量和参数乘上一个固定不变的比例尺m，让其等于另一个系统相应的变量和参数，然后代入方程式中，经过适当的组合，就能得到用比例系数所组成的相似判据这个方法比较直观，物理意义比较清楚•2·积分类似法•此方法是用方程的任一项除以整个方程而使方程成为无因次的形式，同时把方程式中的积分和微分符号全部去掉，则这个被变换了的方程式中每一项都是相似判据（数学证明略）•3·标幺值方程式等效法•在电力系统的分析和研究中往往把系统的方程式写成标幺值的形式，这种形式的方程不仅便于计算，而且对模拟也带来了很大方便，只要模型系统的变量和参数的标幺值与原型系统相应的变量和参数的标幺值相等，则两者就实现了相似。
数学证明略） 各种基本电路的相似判据一 集中参数RL电路的相似判据 （比例系数分析法）二 集中参数RLC电路的相似判据 （积分类似法）三 有互感电路的相似判据 （积分类似法）四 具有分布参数电路的相似判据 （积分类似法）五 转子运动的相似判据 （积分类似法） 集中参数RL电路的相似判据 集中参数RLC电路的相似判据 同步电机模拟及参数调整方法• 同步电机物理模拟的条件同步电机物理模拟的条件•同步电机包括同步发电机，同步电动机和调相机，它在电力系统中是及其重要的元件之一在电力系统动态模拟中，不同电机是根据物理相似原理来模拟的，它有着和原型相同的物理性质，产生相似的变化过程为了做到这一点，必须满足一些相似条件• 同步电机的机电过渡过程方程式是在一系列假定条件下建立起来的，而电机的实际特性远比这些方程所描述的更为复杂，因为电机参数受许多因素的影响，一般是非线性的有些影响不大的因素则可以不考虑，而只考虑一些对过渡过程影响较大的非线性因素例如电机的空载特性，相应的附加损耗，电机的频率特性以及电压的波形等 模拟同步电机设计方面的主要特点•由电机设计原理可知，把大型同步电机的几何尺寸按比例缩小，并不能保证小型电机的参数与原型相似。
由于普通小型同步电机的特性和参数与大型同步电机差别较大，不能很好地反应原型的暂态过程例如以标幺值表示的小型电机的电阻和短路损耗交大的大型电机大许多倍，带符合的发电机端部发生突然短路时，大型电机的转子立即加速，而普通小型电机则首先制动，然后加速，这就严重歪曲了电机的过渡过程• 模拟同步电机需要专门设计制造好的模拟电机，其参数的有名值是确定的一般来说，一个模拟电机的定子可以配用不同的转子，以便取得不同的一组参数和特性 模拟发电机的容量及改变容量对发电机参数的影响• 普通发电机的容量是不能随便改变的，不容许超过额定负载长时间运行，同时其最小负载也受到一定条件的限制，但模拟发电机却不同，它的容量可以在很大的范围内加以变化，这是因为模拟发电机的参数和特性是根据与大型发电机相似的要求进行设计的，电磁负载都取得比较低，因此铭牌上的额定容量与普通发电机不同，它不决定于容许发热条件，实际上它只是表明该机组的参数所取的基准值而已，所以从容许发热的角度考虑模型发电机的容量乐意在很大的范围内变化，例如5kVA模型发电机的工作容量可以提高到10kVA左右运行 模拟比与标幺值的关系 例题 模拟发电机组参数的调整方法• 同步发电机的同步电抗在过渡过程中，是一个很复杂的时间函数，要对它进行全面准确的模拟是及其困难的。
因此，一般是对同步电抗，暂态电抗，次暂态电抗几个特征值进行模拟，只要这三个参数模拟准了，一般是满足要求的• 参数调整的目的就是要使模拟机组的参数与原型等值机的参数成一定比例，或者使两者参数的标幺值相等，以满足相似的要求当参数不能满足要求时，可以采取以下的措施•1.改变功率模拟比•2.改变电压模拟比•3.外串电抗或加大升压变压器的漏抗 例题 同步电机三相短路 同步电机三相短路实验仿真 A相短路 感谢您的关注！ 。