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第一章 电力系统动态模拟基础1

第一节 电力系统的研究方法1

一、电力系统的数字仿真1

二、电力系统的物理模拟3

三、物理模拟与数字仿真的关系4

第二节 模拟理论的基本概念5

第三节 相似定理6

一、相似第一定理6

二、相似第二定理7

三、相似第三定理12

第四节 确立相似判据的方法12

第五节 各种基本电路的相似判据15

一、集中参数RL电路的相似判据15

二、集中参数RLC电路的相似判据17

三、有互感电路的相似判据18

四、具有分布参数电路的相似判据19

五、转子运动的相似判据19

六、非线性电路的相似判据20

第六节 物理模拟的相关问题21

一、电机的频率特性模拟问题21

二、电机附加损耗的模拟21

三、模型电机机组的选择问题22

四、电机内部过程（电磁场、热力场等）的模拟22

五、负荷的模拟问题23

六、原动机及其调速系统的模拟23

七、进一步提高动态模型的精确度23

第二章 同步电机模拟及参数测试25

第一节 同步电机模拟及参数调整方法25

一、同步电机物理模拟的条件25

二、模拟同步电机设计方面的主要特点26

三、模拟发电机的容量及改变容量对发电机参数的影响27

四、模拟比与标么值的关系28

五、模拟发电机组参数的调整方法29

六、模型电机结构上的某些特点30

第二节 同步发电机实验33

一、引言33

二、同步发电机空载、短路特性实验35

三、同步发电机零功率因数负荷特性实验36

四、同步发电机参数测定实验37

五、同步发电机V形曲线测定实验40

六、励磁绕组时间常数TdO的测量42

第三节 国内常用模拟发电机参数42

一、15kV·A模拟发电机参数42

二、5kV·A模拟发电机参数45

三、30kV·A模拟发电机参数47

四、75kV·A模拟发电机参数49

第四节 三峡多分支模拟发电机组49

一、发电机参数49

二、升压变压器参数51

三、发电机定子绕组引出接头检测52

第三章 同步发电机励磁及负阻器模拟53

第一节 励磁系统模拟的条件53

第二节 并励励磁系统的等值时间常数54

第三节 励磁系统模型接线图和基本方程式56

一、直流励磁机数学模型57

二、交流励磁机数学模型61

三、典型励磁系统数学模型62

第四节 励磁调节器的基本组成及其工作原理65

一、对励磁调节器的要求65

二、微机励磁调节器的硬件构成65

三、微机励磁调节器的单元构成67

第五节 微机励磁控制系统69

一、同步发电机励磁控制系统的任务70

二、励磁对静态稳定的影响71

三、励磁对暂态稳定的影响72

第六节 负阻器的工作原理及测试方法73

一、负阻器的电路构成及其工作原理74

二、负电阻值及TdO计算方法举例75

三、模拟同步发电机组励磁绕组的直流电阻和时间常数测定76

四、工作电流、工作绕组温度对时间常数的影响76

五、负阻器静态特性与动态特性测试76

第七节 微机励磁控制系统的特性调试与实验77

一、不同触发延迟角α对应的励磁电压波形观测实验78

二、同步发电机起励实验78

三、控制方式及其相互切换80

四、负荷调节83

五、逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验83

六、伏赫限制实验84

七、同步发电机强励实验84

八、欠励限制实验85

九、调差实验86

十、过励磁限制实验87

十一、PSS实验87

第四章 原动机及调速系统模拟89

第一节 原动机的转矩特性89

一、水轮机的转矩特性90

二、汽轮机的转矩特性91

三、柴油机的转矩特性92

第二节 直流拖动系统的基本特性93

第三节 改变自均衡系数的几种方案95

一、在电枢回路串联电阻95

二、按电枢电流负反馈的方案96

三、利用差复励方式的原动机模拟方案97

第四节 调速系统的特性及传递函数97

一、离心飞摆式调速器98

二、电气液压调速器103

第五节 微机型模拟原动机及调速系统106

一、原动机及调速系统仿真器的构成106

二、汽轮机的数学模型106

三、水轮机的数学模型107

四、柴油机的数学模型107

五、原动机特性模拟及实验方法108

六、汽轮机调速系统的数学模型109

七、水轮机调速系统的数学模型109

八、柴油机调速系统的数学模型110

第五章 变压器模拟及参数测试112

第一节 模型变压器的要求和特点112

一、模型变压器的要求112

二、变压器模拟的某些特点112

第二节 阻抗电压的计算114

第三节 双绕组模型变压器实例116

一、交叠绕组式模型变压器117

二、磁分路式模型变压器118

三、环形铁心式模型变压器118

四、模型变压器电压比及uk%的调整实例119

第四节 三绕组变压器及自耦变压器的阻抗计算与模拟120

一、三绕组变压器的参数计算120

二、自耦变压器的参数计算及模拟122

第五节 模型变压器的连接与测试124

一、变压器的极性测量124

二、变压器的联结组126

三、电力变压器空载、短路特性实验128

四、电力变压器负荷特性实验131

第六章 输电线路模拟134

第一节 等效链形电路134

第二节 模型线路参数的确定136

第三节 电感线圈的设计方法138

一、空心电抗器设计139

二、带铁心的电抗器设计140

第四节 六边形铁心的双回路输电线模拟141

第五节 新型同杆并架线路模型142

一、基于共最小互阻抗的同杆并架双回线路模型143

二、基于空间磁场式同杆并架双回线路模型144

第六节 用链形网络来模拟分布参数线路所产生的误差145

第七章 电力系统负荷模拟148

第一节 负荷模拟的基本条件148

一、负荷模拟的特点148

二、负荷模拟的条件149

第二节 电力系统负荷的特性150

一、照明负荷的特性150

二、异步电动机负荷的电压特性150

三、异步电动机负荷的频率特性153

四、负荷的机械特性154

五、负荷机组的惯性时间常数155

第三节 电力系统负荷的模拟156

一、异步电动机负荷的模拟156

二、同步电动机负荷的模拟157

三、机械阻力特性的模拟158

四、HDRL—A型交流旋转负荷模拟控制装置简介164

第八章 动模实验的测量与控制167

第一节 动模实验测量控制系统167

一、动模测量操作控制实验台167

二、动模高压测控屏168

三、动模微机监控系统169

四、动模五遥系统170

五、基于IEC61850通信标准的数字化测控系统171

第二节 动模实验室的测量172

一、测量设备的要求172

二、电磁型互感器173

三、电子式互感器174

第三节 模拟互感器的测试与特殊实验方法176

一、电流互感器测试176

二、电压互感器测试181

三、特殊实验方法183

第四节 故障模拟系统与合闸角度的精确控制185

一、故障模拟系统185

二、合闸角程序控制器186

三、短路故障的控制188

四、开关的跳合闸角度的精确控制方法189

第五节 动模实验室故障录波系统191

一、故障录波装置概述191

二、故障录波装置的基本构成192

三、暂态和稳态录波原理193

四、嵌入式图形软件的主要功能194

五、录波波形的处理196

第六节 动模实验流程与注意事项198

一、动模实验流程198

二、动模实验注意事项201

第九章 建模计算举例203

第一节 同步发电机模拟计算举例203

一、外串电抗△X204

二、模拟比计算204

三、TdO整定205

四、TJ的计算205

第二节 简单电力系统模拟计算举例206

一、需要模拟的原型系统及其参数206

二、模拟发电机的选择及参数调整207

三、模型变压器的选择及参数调整208

四、模拟输电线路的选择及参数调整208

第三节 西北电网750kV输变电系统模拟计算209

一、750kV输电线路原型系统参数210

二、模拟比计算210

三、模拟线路建立211

第四节 1000kV特高压交流试验示范工程模拟计算212

一、模拟比计算212

二、特高压交流输电线路模拟213

三、特高压并联电抗器模拟214

四、特高压变压器模拟214

第五节 微电网实验系统计算举例216

一、微电网实验平台216

二、硬件构成218

三、软件构成219

四、辅助设备220

第六节 建模过程中应考虑的问题220

一、模型机组容量的选择220

二、模型机组数量的选择221

三、线路模型长度的选择221

四、模型系统额定电压的选择222

第十章 模型参数的实用测量方法223

第一节 无穷大电源系统模拟223

一、无穷大电源的短路容量计算223

二、模拟无穷大系统建立224

三、无穷大模型系统计算举例224

第二节 模拟无穷大系统参数的测试方法227

一、无穷大正序阻抗测试方法227

二、无穷大零序阻抗测试方法227

三、无穷大电源参数测试举例229

第三节 模拟发电机参数的测试方法231

一、空载饱和与三相稳态短路特性测算直轴电抗参数231

二、静止法测算次暂态参数232

三、低转差率法测算交轴电抗参数233

第四节 模型变压器参数的测试方法235

一、变压器正序阻抗测试方法235

二、变压器零序阻抗测试方法236

三、三绕组升压变压器参数测试举例236

第五节 模拟输电线路参数的测试方法238

一、线路正序阻抗测试方法239

二、线路零序阻抗测试方法239

三、线路容抗测试方法240

四、线路参数测试举例241

附录245

附录A 动模实验标准对模拟元件的基本要求245

一、无穷大电源245

二、交流线路245

三、发电厂及模拟发电机246

四、变压器247

五、并联电抗器247

六、断路器247

七、过渡电阻248

八、串联补偿电容器248

九、电流互感器248

十、电压互感器249

附录B 动模实验标准对模型的基本要求249

一、模拟系统性能要求249

二、故障模拟249

三、失稳现象的模拟249

四、其他要求250

五、辅助工作电源250

附录C TGS—03A型原动机及调速系统仿真器的参数整定250

一、TGS—03A型模拟原动机及调速系统仿真器的构成及功能251

二、TGS—03A型原动机及调速系统仿真器的显示及面板操作251

三、TGS—03A型模拟原动机及调速系统仿真器的参数整定253

四、红外测速装置的灵敏度调整255

附录D WL—04A型微机励磁调节器及负阻器的参数整定255

一、WL—04A型微机励磁调节器及负阻器的构成及功能256

二、微机励磁调节器操作面板258

三、负阻器的校零与负电阻整定261

四、微机励磁调节器参数整定263

参考文献264