第4章电力系统主要元件等效模型
4.1同步发电机模型
4.2电力变压器模型
4.3输电线路模型
4.4负荷模型
习题
4.1同步发电机模型
4.1.1同步发电机等效电路
SimPowerSystems中同步发电机模型考虑了定子、励磁
和阻尼绕组的动态行为，经过Park变换后的等值电路如图4-
1所示。
图4-1同步发电机等效电路图
(a)?d轴等效电路；(b)?q轴等效电路
该等值电路中，所有参数均归算到定子侧，各变量下标
的含义如表4-1所示。
表4-1同步发电机各变量下标的含义
因此，图4-1中，Rs、Ll为定子绕组的电阻和漏感，Rf?d、
为励磁绕组的电阻和漏感，、为轴阻尼绕组
Ll?fdRk?dLl?kdd
的电阻和漏感，?、?为轴阻尼绕组的电阻和漏感，
Rkq1Llkq1q
、为考虑转子棒和大电机深处转子棒的涡流或者
Rk?q2Ll?kq2
小电机中双鼠笼转子时q轴阻尼绕组的电阻和漏感，Lmd和
Lmq为d轴和q轴励磁电感，ωRφq和ωRφd为d轴和q轴的发
电机电势。
4.1.2简化同步电机模块
简化同步电机模块忽略电枢反应电感、励磁和阻尼绕组
的漏感，仅由理想电压源串联RL线路构成，其中R值和L值
为电机的内部阻抗。
SimPowerSystems库中提供了两种简化同步电机模块，
其图标如图4-2所示。图4-2(a)为标幺制单位(p.u.)下的简化同
步电机模块，图4-2(b)为国际单位制(SI)下的简化同步电机
模块。简化同步电机的两种模块本质上是一致的，唯一的不
同在于参数所选用的单位。
图4-2简化同步电机模块图标
(a)标幺制；(b)国际单位制
简化同步电机模块有2个输入端子，1个输出端子和3个
电气连接端子。
模块的第1个输入端子(Pm)输入电机的机械功率，可以
是常数，或者是水轮机和调节器模块的输出。
模块的第2个输入端子(E)为电机内部电压源的电压，可
以是常数，也可以直接与电压调节器的输出相连。
模块的3个电气连接端子(A，B，C)为定子输出电压。
输出端子(m)输出一系列电机的内部信号，共由12路信号组
成，如表4-2所示。
表4-2简化同步电机输出信号
通过电机测量信号分离器(MachinesMeasurement
Demux)模块可以将输出端子m中的各路信号分离出来，典
型接线如图4-3所示。
图4-3简化同步电机输出信号分离接线
双击简化同步电机模块，将弹出该模块的参数对话框，
如图4-4所示。
图4-4简化同步电机模块参数对话框
在该对话框中含有如下参数：
(1)“连接类型”(Connectiontype)下拉框：定义电机的
连接类型，分为3线Y型连接和4线Y型连接(即中线可见)两
种。
(2)“额定参数”(Nom.power,L-Lvolt.，andfreq.)文本
框：三相额定视在功率Pn(单位：VA)、额定线电压有效值
Vn(单位：V)、额定频率fn(单位：Hz)。
(3)“机械参数”(Inertia,dampingfactorandpairsofpoles)
文本框：转动惯量J(单位：kg·m2)或惯性时间常数H(单位：
s)、阻尼系数Kd(单位：转矩的标幺值/转速的标幺值)和极对
数p。
(4)“内部阻抗”(Internalimpedance)文本框：单相电阻R
(单位：Ω或p.u.)和电感L(单位：H或p.u.)。R和L为电机内部
阻抗，设置时允许R等于0，但L必须大于0。
(5)“初始条件”(Init.cond.)文本框：初始角速度偏移
Δω(单位：％)，转子初始角位移θe(单位：°)，线电流幅值
ia、ib、ic(单位：A或p.u.)，相角pha、phb、phc(单位：°)。
初始条件可以由Powergui模块自动获取(见5.1节)。
【例4.1】额定值为50MVA、10.5kV的两对极隐极同步
发电机与10.5kV无穷大系统相连。隐极机的电阻R=0.005
p.u.，电感L?=?0.9p.u.，发电机供给的电磁功