✓ 水轮机数学模型
• 对于水轮机，当导水叶开度关小时，水轮机输 出功率并不立即减小，反而短时间增大，然后 逐渐减小；反之亦然。这种现象称为水锤效应。
0.5Tw
dPT dt
PT
Tw
d
dt
• Tw为水锤时间常数。
电力系统机电暂态过程
▪ 调速系统数学模型
✓ 水轮机离心飞摆式调速系统
电力系统机电暂态过程
s sEd
1 T0
Eq
X
X T0
id
dEd dt
s sEq
1 T0
Ed
dt
s
2H
(Te
Tm )
电力系统机电暂态过程
▪ 负荷模型
✓ 感应电动机的机电特性
Me
2M emax s scr
scr s
• Memax为最大转矩，
scr为临界转差率。
电力系统机电暂态过程
▪ 负荷模型
✓ 感应电动机的机电特性
电力系统机电暂态过程
▪ 负荷模型
✓ 动态负荷模型 • 由于负荷中70%左右都是感应电动机，负荷的动
态特性主要由感应电动机特性决定，因此动态负 荷模型常采用感应电动机模型。
• 感应电机等值电路
X Xs Xm
X
Xs
XmXr Xm Xr
电力系统机电暂态过程
▪ 负荷模型
✓ 三阶感应电动机模型
dEq dt
电力系统暂态分析
电力系统机电暂态过程
▪ 发电机励磁系统
✓ 发电机励磁系统均配有自动励磁调节器，在暂态 过程中调节发电机励磁绕组两端的励磁电压，因 而影响发电机的电动势，并对发电机的电磁功率 和系统的稳定性产生影响。
✓ 自动励磁调节系统包括主励磁系统和自动调节励 磁装置。主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁 绕组的主回路；自动励磁调节装置根据发电机运 行参数自动调节主励磁系统的参数。
✓ 晶闸管励磁调节器传递函数框图
电力系统机电暂态过程
▪ 自动调节励磁装置
✓ 晶闸管励磁调节器传递函数框图
U G
Ke 1 Te
p
u f
• 负号表示端电压下降时，励磁电压增加；由于
滤波、综合放大环节时间常数较小，Te≈Tff
xad rf
uf
Eqe
xad rf
u fB
EqeB
U G
Ke 1 Te
p
Eqe
电力系统机电暂态过程
▪ 原动机及调速系统数学模型
✓ 原动机机械功率与运行工况有关，水轮机机械功 率的大小与导叶开度的大小有关；汽轮机机械功 率的大小则与汽门开度大小有关。
✓ 如果发电机的负荷突然增加而使转子轴上的原动 机功率小于电磁功率，则转速下降，调速器测量 到转速下降，就会开大导叶或者汽门开度，增加 机械功率，以达到新的平衡。
电力系统机电暂态过程
▪ 主励磁系统
✓ 直流励磁机励磁系统
电力系统机电暂态过程
▪ 主励磁系统
✓ 交流励磁机励磁系统
电力系统机电暂态过程
▪ 主励磁系统
✓ 交流励磁机励磁系统
u ff
（1 SE )u f
i（f xd xd ) Tff
du f dt
u ff
i（f xd
xd ) （1 SE )u f
• 电动机端电压降低时转差率增大，如果端电压 下降很多导致电磁转矩最大值小于机械转矩时 电动机被迫停转。
电力系统机电暂态过程
▪ 负荷模型
✓ 综合负荷模型
电力系统机电暂态过程
▪ 负荷模型
✓ 频率相关静态负荷模型
P P0 (U /U0 )np [1.0 apf ( f f0 )] Q Q0 (U /U0 )nq [1.0 aqf ( f f0 )]
P P0[ap (U /U0 )2 bp (U /U0 ) cp ][1.0 apf ( f f0 )] Q Q0[aq (U /U0 )2 bq (U /U0 ) cq ][1.0 aqf ( f f0 )]
电力系统机电暂态过程
▪ 负荷模型
✓ 静态负荷模型
• 恒阻抗模型 • 幂函数模型
• 多项式模型
P U 2 / RL Q U2 / XL
P P0 (U / U 0 )np Q Q0 (U / U 0 )nq
P P0[ap (U /U0 )2 bp (U /U0 ) cp ] Q Q0[aq (U /U0 )2 bq (U /U0 ) cq ]
Tff
du f dt
u ff
if kD
（1 SE )u f
Tff
du f dt
• 与直流励磁机相比，交流
励磁机的去磁电枢反应使
电动势有所降低。
电力系统机电暂态过程
▪ 主励磁系统
✓ 静止励磁系统
电力系统机电暂态过程
▪ 自动调节励磁装置
✓ 晶闸管励磁调节器原理框图
电力系统机电暂态过程
▪ 自动调节励磁装置
电力系统机电暂态过程
▪ 原动机数学模型
✓ 汽轮机数学模型 • 由于汽容效应的影响，
汽门开大时机械功率 并不立即增加
（Tch p 1)PT
• Tch为汽轮机汽室时间常数，一般取0.1~0.4s； 大型汽轮机往往采用中间再热式汽轮机，再热 器时间常数大约4~11s。
电力系统机电暂态过程
▪ 原动机数学模型
▪ 调速系统数学模型
✓ 水轮机调速系统传递函数框图
电力系统机电暂态过程
▪ 负荷特性
✓ 定义：负荷功率随节点电压或频率变化而变化的 规律称为负荷特性。
✓ 分类：负荷电压特性与频率特性；负荷静态特性 与动态特性。
✓ 负荷静态特性：是指负荷随电压或频率缓慢变化 而变化的特性；
✓ 负荷动态特性：是指负荷随电压或频率快速变化 而变化的特性；