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发电机模型
经过Park变换后的磁链方程(标幺值形式)可用下式表示:
(1)
在d轴和q轴上的磁链方程可用式(2)和式(3)表示:
(2)
(3)
经过Park变换后的电压方程可用式(4)表达:
(4)
对于dq0坐标下同步发电机方程,如果单独考虑与定子d绕组、q绕组相互独立的零轴绕组,则在计及d,q,f,D,Q5个绕组的电磁过渡过程(以绕组励磁或电流为状态量)以及转子机械过渡过程(以和为状态量)时,发电机为七阶模型。
对于不同的实际问题及分析工具,发电机模型做不同程度的简化,因此同步发电机实用模型也有不同的形式。在七阶模型的基础上主要有以下三种实用模型,即
(1)忽略定子绕组暂态(定子电压方程中,),并忽略阻尼绕组的作用,只计及励磁绕组暂态和转子动态的三阶模型(,,为状态量);
(2)忽略定子绕组暂态(定子电压方程中,),但计及阻尼绕组D、Q以及励磁绕组暂态和转子动态的五阶模型(,,,及为状态量)
(3)二阶模型(以和为状态量,并设恒定或恒定)
以下将介绍各种模型的公式推导过程。
发电机7阶模型的推导
在推导7阶模型前,首先定义一组电势。
定子的励磁电势:(5)
电机q轴空载电动势:(6)
电机q轴暂态电动势:(7)
电机q轴次暂态电动势:(8)
电机d轴次暂态电动势:(9)
(1)定子回路的定子电压方程式
由式(4)可得:
(10)
(11)
(2)转子绕组电压方程式:
式(4)的转子电压愤怒工程,由式(5)、式(6)可得:
(12)
(3)D轴阻尼绕组回路电压表达式
将式(7)代入式(8),可得表达式:
(13)
同样将式(7)、式(8)代入式(2)即可得到d轴电流和D轴电流的关系表达式:
(14)
将式(13)、式(14)代入式(4)并另,同样可得出转子D绕组电压方程:
(15)
式(15)可简化为:
(16)
(4)Q轴阻尼绕组的电压方程
将式(3)的第二式两边同时乘以,可得:
(17)
由式(3)的第一式解出并代入式(17),并根据的定义,得:
(18)
将式(18)代入式(3)第一式,可得和的关系式:
(19)
同样由式(4)得到Q轴绕组的电压方程,并令,得:
(20)
(5)转子运动方程
(21)
(22)
这样由式(10~12)、式(16)和式(20~22)构成了发电机的7阶方程。
2、同步发电机的5阶模型
在实际计算分析中,同步发电机5阶模型在电力系统暂态过程中应用较多,该模型是忽略定子回路电磁暂态过程推导出来的,即认为,及。实际上即用,,取代磁链变量,,。
(1)定子电压方程
由式(2)的后两式求出,,并代入该式中的第一式,就建立了和、之间的表达式:
(23)
根据,及,将式(23)代入,对式(10)和式(11)进行化简,可得:
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