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　　電力系統(tǒng)暫態(tài)大致包括以下三個(gè)過(guò)程：電磁暫態(tài)、機(jī)一網(wǎng)相互作用和機(jī)電暫態(tài)。這三個(gè)階段既是相互區(qū)別，又是相互聯(lián)系相互影響的。由于電力系統(tǒng)各元件以及元件各部分的時(shí)間常數(shù)與作用域各不相同，因此傳統(tǒng)上根據(jù)仿真的不同目的和元件的動(dòng)態(tài)特性，選擇適合某一階段的仿真模型和算法，只針對(duì)其中的部分過(guò)程進(jìn)行仿真。在一定研究范圍內(nèi)，采用這種方法的仿真結(jié)果是簡(jiǎn)單、可信的，因而長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛采用。但是，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，規(guī)模日益擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，仿真的任務(wù)也由單一簡(jiǎn)單的問(wèn)題向復(fù)雜、多元化發(fā)展。單純考慮系統(tǒng)部分暫態(tài)特性的算法己越來(lái)越難以滿足仿真研究的要求，只采用單一、固定的模型對(duì)暫態(tài)過(guò)程的某一階段進(jìn)行計(jì)算是不夠精確可靠的，因此需要對(duì)暫態(tài)全過(guò)程仿真研究。

　　建立同步發(fā)電機(jī)的自適應(yīng)模型是暫態(tài)全過(guò)程仿真的重要部分之一。由于發(fā)電機(jī)是同步旋轉(zhuǎn)元件，所以其自適應(yīng)模型較電力系統(tǒng)其他靜止元件復(fù)雜得多。對(duì)于發(fā)電機(jī)的暫態(tài)全過(guò)程仿真國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。通過(guò)分別建立發(fā)電機(jī)與準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)模型的接口，解決系統(tǒng)暫態(tài)全過(guò)程仿真的問(wèn)題，這是很有創(chuàng)意的。但仍存在以下問(wèn)題：仍然將暫態(tài)過(guò)程割裂為不同階段，發(fā)電機(jī)模型只是各階段的組成部分。實(shí)際上僅把電磁暫態(tài)、機(jī)一網(wǎng)相互作用和機(jī)電暫態(tài)的仿真方法聯(lián)接，并未對(duì)元件形成統(tǒng)一的算法。而且模型與算法的變換多依靠經(jīng)驗(yàn)決定，缺乏科學(xué)、精確的判據(jù)，這樣的仿真結(jié)果不夠準(zhǔn)確、可靠。

　　這些仿真仍然是面向過(guò)程的仿真而不是面向?qū)ο蟮姆抡�。面向過(guò)程仿真的模型轉(zhuǎn)換是針對(duì)系統(tǒng)過(guò)程而不是元件對(duì)象的，這樣就無(wú)法根據(jù)元件的狀態(tài)自適應(yīng)地變換模型，同時(shí)存在可讀性、模塊性、擴(kuò)充性差等缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的統(tǒng)一仿真。用這種智能化的仿真模型可以在確保精度的同時(shí)，大大提高仿真的速度。同時(shí)，由于機(jī)械部分的時(shí)間常數(shù)較大，可在系統(tǒng)頻率變化不大時(shí)預(yù)測(cè)校正考慮，系統(tǒng)處于振蕩、失步等頻率變化較快時(shí)聯(lián)立同步求解。從上述思想出發(fā)，應(yīng)用面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù)可形成適合暫態(tài)全過(guò)程仿真的發(fā)電機(jī)自適應(yīng)模型。

　　3面向?qū)ο蟮陌l(fā)電機(jī)自適應(yīng)模型本文針對(duì)以上問(wèn)題提出了基于發(fā)電機(jī)狀態(tài)變量變化特點(diǎn)的自適應(yīng)變換判據(jù)，應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)將適用不同階段的各類發(fā)電機(jī)模型相結(jié)合，形成了同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)自適應(yīng)仿真模型。

　　2發(fā)電機(jī)自適應(yīng)暫態(tài)模型的思想bookmark4為建立發(fā)電機(jī)暫態(tài)全過(guò)程的仿真模型，就需要計(jì)算包括電磁暫態(tài)、機(jī)-網(wǎng)相互作用和機(jī)電暫態(tài)在內(nèi)的暫態(tài)全過(guò)程。在仿真過(guò)程中根據(jù)系統(tǒng)所處狀態(tài)和電量的變化特點(diǎn)，自適應(yīng)地變換元件模型及計(jì)算步長(zhǎng)，以保證精度的同時(shí)合理簡(jiǎn)化計(jì)算。

　　以有阻尼發(fā)電機(jī)空載三相短路故障暫態(tài)為例進(jìn)行的分析，可以求得定子a相電流的解析解其中包含有強(qiáng)制分量和自由分量。強(qiáng)制分量發(fā)電機(jī)自適應(yīng)模型的研究是從精確反映電磁暫態(tài)而認(rèn)為轉(zhuǎn)速t不突變的轉(zhuǎn)子四階（三階）模型出發(fā)的，這種模型適合于無(wú)系統(tǒng)振蕩（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速t變化不大）的故障初瞬態(tài)仿真研究。通過(guò)對(duì)衰減分量的分析，逐步簡(jiǎn)化仿真模型，直至形成適合機(jī)電暫態(tài)研究的只計(jì)轉(zhuǎn)子繞組動(dòng)態(tài)和定子繞組準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的仿真模型。在此過(guò)程中，如系統(tǒng)再次發(fā)生擾動(dòng)（再次故障或開關(guān)操作），需重新切換為轉(zhuǎn)子四階（三階）模型或考慮轉(zhuǎn)速t突變的系統(tǒng)振蕩模型。

　　為真正實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)整個(gè)暫態(tài)過(guò)程的自適應(yīng)仿真必須使每個(gè)元件根據(jù)各自的狀態(tài)智能地變換模型。這樣傳統(tǒng)的面向過(guò)程的仿真方法就很難勝任，因此本文對(duì)元件（同步發(fā)電機(jī)）采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)建模。同時(shí)，面向?qū)ο蟮哪Ｐ瓦�有可讀性、模塊性、可擴(kuò)充性的優(yōu)點(diǎn)。

　　同步發(fā)電機(jī)自適應(yīng)模型的基類CGeneratoi提供了統(tǒng)一的對(duì)外接口和公用函數(shù)，無(wú)具體實(shí)例。由基類CGenerator派生出的子類主要有以下幾種CGeneratoi子類1考慮定子暫態(tài)和阻尼繞組的發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)模型。包括適用于汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子四階模型（子類1.1）和適用于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)子三階模型（子類1.2）。以轉(zhuǎn)子三階模型為例是不會(huì)發(fā)生衰減的，而自由分量則隨時(shí)間而衰減，且衰減的時(shí)間常數(shù)很小。

　　其他類型的發(fā)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程具有類似的特點(diǎn)，因此我們可在故障發(fā)生的初瞬間詳細(xì)考慮定子繞組的電磁過(guò)程，待自由分量衰減到足夠小時(shí)，將模型電勢(shì)、磁鏈方程和米用Park坐標(biāo)變換將上定子部分dq0坐標(biāo)方程變換為abc系統(tǒng)描述采用坐標(biāo)變換將發(fā)電機(jī)定子部分方程變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)xy中，以便與發(fā)電機(jī)出口的網(wǎng)絡(luò)方程連接。

　　轉(zhuǎn)子方程功率及力矩方程根據(jù)以上方程應(yīng)用綜合友模法，可得到發(fā)電機(jī)故障初瞬態(tài)模型，該模型精確考慮了電磁暫態(tài)過(guò)程。

　　阻尼繞組的暫態(tài)模型。由于同步發(fā)電機(jī)的定子暫態(tài)分量和阻尼繞組分量的時(shí)間常數(shù)很小，是快速衰減的。當(dāng)某分量衰減到足夠小的時(shí)候，相關(guān)部分就可以忽略不計(jì)。由子類1逐步消去相應(yīng)部分形成的子類21、子類2.2……，最終可以得到不包含定子暫態(tài)和阻尼繞組作用的轉(zhuǎn)子一階模型，其電勢(shì)、磁鏈方程描述如下為仿真不對(duì)稱系統(tǒng)以及多重不對(duì)稱操作，網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型仍采用abc坐標(biāo)系統(tǒng)，設(shè)發(fā)電機(jī)出口的網(wǎng)絡(luò)方程為稱）連接的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)模型。當(dāng)系統(tǒng)過(guò)渡到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)后，非工頻分量衰減到很小，網(wǎng)絡(luò)中的電量己基本為基波分量。這時(shí)就可以忽略網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)過(guò)程，采用復(fù)數(shù)導(dǎo)納陣的代數(shù)方程對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行描述。這時(shí)只計(jì)及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)，對(duì)發(fā)電機(jī)采用微分方程描述，這樣機(jī)-網(wǎng)接口就要作相應(yīng)變化。

　　發(fā)電機(jī)定子暫態(tài)是由代數(shù)方程描述的，其他部分（如轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程等）由微分方程描述。將發(fā)電機(jī)方程用前面的方法差分化并使定、轉(zhuǎn)子方程分開再將發(fā)生故障的初瞬間接口方程。通常情況下轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程時(shí)間常數(shù)較大，系統(tǒng)頻率變化不大時(shí)可采用預(yù)測(cè)-校正算法。但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生復(fù)雜故障的情況下，頻率變化較快時(shí)（如系統(tǒng)振蕩）發(fā)生故障，忽略頻率變化會(huì)帶來(lái)很大誤差。因此本文對(duì)這種情況采用了將轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程聯(lián)立求解的發(fā)電機(jī)同步模型。

　　躍變量模型。本文采用的是隱式梯形法建模，該方法數(shù)值穩(wěn)定性好、計(jì)算簡(jiǎn)單且精度較高。但由于故障發(fā)生前后電感電流和電容電壓不發(fā)生突變，梯形法會(huì)造成數(shù)值振蕩，因而本文采用頻譜補(bǔ)償?shù)臍W拉法進(jìn)行躍變量計(jì)算：4.其中包括子類1相應(yīng)的躍變量模型（子類6.1）和子類5相應(yīng)的躍變量模型（子類6.2）。

　　實(shí)際仿真中，同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)自適應(yīng)模型的轉(zhuǎn)的歷史。值得到子類2的初值alEleetroniepublishg暫態(tài)全過(guò)程仿真|對(duì)發(fā)電機(jī)自適應(yīng)暫態(tài)模型進(jìn)4子類間變換的接口判據(jù)與初值為實(shí)現(xiàn)CGenerator類的自適應(yīng)變換，需要制定準(zhǔn)確、合理的接口判據(jù)。以往的變模型仿真研宄通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在固定的仿真時(shí)刻切換，這樣做是很不精確的。一方面，如果模型切換過(guò)早，相應(yīng)的暫態(tài)分量仍然較大時(shí)，會(huì)造成非原形的擾動(dòng)與振蕩；另一方面，為避免上述問(wèn)題而切換過(guò)晚，則會(huì)增加計(jì)算量。因此本文根據(jù)發(fā)電機(jī)狀態(tài)變量的變化規(guī)律，提出了自適應(yīng)變換的準(zhǔn)確判據(jù)。同時(shí)，由于各子類模型不同，變化時(shí)需要重新確定初值。

　　41子類6 1―子類1和子類62―子類5的變換上面兩類變換十分相似，都是由故障初瞬間的躍變量模型向精確計(jì)及電磁暫態(tài)過(guò)程的發(fā)電機(jī)模型過(guò)渡。不同的是前者不考慮轉(zhuǎn)速的變化，后者將反映轉(zhuǎn)速變化的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)方程同步求解。由于躍變量模型與精確計(jì)及電磁暫態(tài)過(guò)程的發(fā)電機(jī)模型等值電路相同，只有數(shù)值積分方法不同，具有相同的變量，因此只要簡(jiǎn)單的將歷史值作為仿真初值即可。

　　4.2子類1―子類2的變換這個(gè)變換過(guò)程是簡(jiǎn)化發(fā)電機(jī)模型的阻尼繞組和變壓器電勢(shì)的過(guò)程，變換的判據(jù)分別為阻尼繞組電流和磁鏈的變化率。由于子類2是子類1的簡(jiǎn)化，所有變量都是子類1的子集，因此仍然可由子類1 4.3子類2―子類3的變換由于和發(fā)電機(jī)模型子類3接口的網(wǎng)絡(luò)不計(jì)網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)，因此這個(gè)變換要求系統(tǒng)基本為基波分量。通過(guò)Fourier變換可得到基波的幅值與相位，若機(jī)網(wǎng)接口處三相電壓、電流在連續(xù)若干次相關(guān)分析中基波幅值與相位變化很小，則可忽略網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)，同時(shí)將該電壓、電流矢量作為定子繞組初值。對(duì)于轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)等部分，子類3與子類2相同，故可將子類2的歷史值繼承作為子類3的初值。

　　4.4子類3―子類4的變換子類3*子類4的變換是在系統(tǒng)發(fā)生對(duì)稱或不對(duì)稱故障切除的前提下進(jìn)行的，要求系統(tǒng)三相完全對(duì)稱。由于三相對(duì)稱，子類3中a相的向量就是子類4中的綜合向量，即=其他部分初值與子類3相同。

　　4.5子類2―子類6的變換當(dāng)發(fā)電機(jī)處于子類2階段時(shí)系統(tǒng)再次發(fā)生故障或開關(guān)操作，發(fā)電機(jī)需要采用躍變量模型（子類6）。子類2是逐步簡(jiǎn)化的，當(dāng)處于任一階段時(shí)發(fā)生換路，阻尼繞組和變壓器電勢(shì)尚未簡(jiǎn)化的部分歷史值就是子類6的初值，己簡(jiǎn)化部分的阻尼繞組電流和變壓器電勢(shì)初值為0.發(fā)電機(jī)的其他部分初值也可由歷史值繼承得到。

　　4.6子類3―子類6和子類4―子類6的變換由于發(fā)電機(jī)處于子類3階段時(shí)網(wǎng)絡(luò)不計(jì)暫態(tài)，基本上是基波分量。這樣就可以由機(jī)一網(wǎng)接口的矢量得到基波的瞬時(shí)值，并將其作為子類6的初值。

　　從前面的推導(dǎo)可知，a為a相超前x軸的角度，基波電壓矢量為U=ReU+j/mU則a相的瞬時(shí)值為ua +sinalmU同理，可得到發(fā)電機(jī)出口處三相電壓、電流的瞬時(shí)值作為子類6的初值。變壓器電勢(shì)和阻尼繞組電流的初值為0，其他部分可由歷史值繼承得到。子類4*子類6的變換可用類似方法得到綜合矢量表示電壓、電流。

　　5仿真為華中電網(wǎng)500kV簡(jiǎn)化系統(tǒng)圖。

　　設(shè)葛洲壩一鳳凰山371km500kV線路距葛洲壩約30%發(fā)生A相單相接地短路。葛洲壩側(cè)斷路器0.09s、鳳凰山側(cè)斷路器01s分別動(dòng)作切除故障線路。0.61s自動(dòng)重合閘，重合于永久性故障后上述暫態(tài)過(guò)程包括多次故障和開關(guān)操作，歷時(shí)1s左右，是跨越多個(gè)暫態(tài)階段的復(fù)雜過(guò)程。

　　為葛洲壩出口變壓器系統(tǒng)側(cè)A相電流波形和葛洲壩一岡市發(fā)電機(jī)功角波形。其中，（）為采用EMTP的發(fā)電機(jī)暫態(tài)模型的仿真結(jié)果13；（b）為采用文中自適應(yīng)模型的仿真結(jié)果（為便于比較，矢量結(jié)果均轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)值）（）為葛洲壩一岡市發(fā)500kV系統(tǒng)圖電機(jī)的功角差。比較（）和（b）可以看出，采用自適應(yīng)模型計(jì)算的電流波形反映了功角的變化，較EMTP的計(jì)算結(jié)果具有更高的精度。同時(shí)，計(jì)算的時(shí)間復(fù)雜度也較EMTP大大降低一以上算例仿真時(shí)間比為：0.47：1.該模型尤其適合系統(tǒng)振蕩下的電磁暫態(tài)仿真以及復(fù)雜故障考慮電磁暫態(tài)過(guò)程影響的暫態(tài)穩(wěn)定仿真。

　　也隨時(shí)間非正弦變化。電源電壓正弦供電時(shí)，若忽略定子漏阻抗壓降，定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)也為正弦，切割線圈邊A處的磁密也隨時(shí)間按正弦變化，根據(jù)磁滯回線可以畫出與磁密對(duì)應(yīng)的磁通勢(shì)波形如，波形出現(xiàn)畸變。由于磁場(chǎng)由超前一相向滯后那一相方向旋轉(zhuǎn)，故Fy滯后Fa60*由式（16）可計(jì)算得A相繞組隨時(shí)間變化的電流波形，如。所得的波形與試驗(yàn)和仿真波形相近，說(shuō)明空載電流在一個(gè)正或負(fù)半周期內(nèi)不對(duì)稱該半周期的中心線，是由磁滯引起的，本文的模型可以處理包括磁滯在內(nèi)非線性問(wèn)題。另外從中可見(jiàn)，空載電流滯后電勢(shì)較大，表明空載時(shí)功率因數(shù)低；而負(fù)載時(shí)，定子電流增加了有功分量，使電流波形接近正弦，且電流與反電勢(shì)的相位差也減小，功率因數(shù)提高。

　　線圈邊A、Y處的磁密及磁通勢(shì)和A相定子相電流波形6結(jié)論引入一個(gè)非線性磁鏈對(duì)線性磁鏈導(dǎo)數(shù)的因子，將非線性電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理。應(yīng)用電機(jī)空載試驗(yàn)及數(shù)值分析方法，給出了試驗(yàn)求取非線性磁鏈對(duì)線性磁鏈導(dǎo)數(shù)的因子的方法，在abc基本坐標(biāo)系上建立起能夠反映包括磁飽和、磁滯等在內(nèi)非線性動(dòng)態(tài)的、新型的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)此模型進(jìn)行仿真仿真結(jié)果與電機(jī)變化趨勢(shì)相符。電機(jī)為正弦電源供電時(shí)，由于磁滯的影響，使得電機(jī)空載電流波形在一個(gè)正或負(fù)半周期內(nèi)，波形不對(duì)稱于正或負(fù)半周期的中心線。仿真的空載電流波形與電機(jī)空載試驗(yàn)電流波形相近，且都具有這種不對(duì)稱的特點(diǎn)。