感应电动机机械暂态建模

1、毕业设计（论文）题目考虑感应电动机机械暂态过程的 负荷动态特性模型仿真建模研究学生姓名朱俊 学号 2009151134专业电气工程及其自动化班级20091098扌旨导教师朱建国评阅教师完成日期学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担。作者签名：年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。本学位论文属于1、 保密，在年解密后适用本授权书。2、不保密口。（请在以上相应方框内打叫”）作者签名：年 月 日 导师签名:目录摘要1前言11电力系统负荷建模的意义31.1负荷模型对潮流计算的影响31.2负荷模型对暂态稳定计算的影响31

2、.3负荷模型对小信号动态稳定计算的影响41.4负荷模型对电压稳定计算的影响41.5负荷模型的概述42负荷建模的基本方法和原则52.1负荷建模的基本原则52.2负荷建模的准备62.3静态负荷模型72.4动态负荷模型72.5负荷建模的常用方法82.6负荷建模各种方法的分析比较83考虑感应电动机机械暂态过程的负荷动态模型建模仿真8型仿真建模研究姓 名：朱俊指导老师：朱建国（三峡大学电气与新能源学院）摘要：负荷建模是电力系统中公认的世界性的难题，长期以来，负荷建模的研究 一直滞后与电力工业的发展。由于综合负荷本身具有时变性、结构复杂、分散多 样和非线性非连续等特点，其准确的模型一直都没有确定的建立起来。本文尝试 用matlab simulink对负荷建模进行仿真研究。本文首先参照异步电动机的数学建 模方法，建立考虑感应电动机机械暂态的数学模型。通过分析数学模型的结构， 发现所建立的数学模型含有的非线性关系。本文先将模型分为两个子块进行线性 化处理，然后试着用simulink中的相关模块建立仿真模型，其次结合一些典型的 实例并通过改变相关仿真参数，定性的分析中间量和输出量之间的关系，以达到 对所

3、建立的数学模型更深入的理解。与其他建模方法相比，该法具有物理意义清 晰、方便理解模型的物理过程的优点。关键词：电力系统、感应电动机、机械暂态、负荷模型、数学仿真Abstract: Load modeling is one of the most difficult problems in the power system analysis.For a long time,the research of load modeling has legged behind the development of power industry. Owing to the characteristics of random time variance,complex composition,discontinuousness and nonlinearity,the accurate mathematics model of composite load have still not build up.The paper try to propose a load modeling method b

4、ased on digital simulink . Firstly the author propose a mathematics model of load which includes the mechanical transient of the induction motor by refering to the modeling method of synchronous generator.The nonlinearity is found in the mathematics model builded up after its linearization.Subsequently, the author tries to build up the digital simulink models by using some blocks in the Matlab Simulink. Secondly the author qualitatively analyzes the discipline of the outputs and the process phys

5、icals by changing some parameters of the digital simulink model ,which can let us get a better understanding of the load model builded up. The load modeling method has the excellence of clear physical significance and significance convenience with comparing with other load modeling methods.Key word: power system,induction motor,mechanical transient,load modeling,digital simulink前言：随着电力系统规模和容量的不断扩张，电力系统安全经济运行的重要 性和复杂性愈发明显的表现出来。安全性和经济性是相互关联却又相互矛盾的两 个方面，只有充分认识到电力系统的运行方式、规律、故障，才能找到既安全又 经济的运行方式。电力系统的

6、首要任务是保证电力系统运行的安全可靠性。在研 究运行中的电力系统动态行为时，由于安全运行的限制和运行状态控制困难等原 因，不可能频繁地通过试验方法来研究其中的规律。对于设计规划中的电力系统， 因为实际的系统还没有建立起来，更不可能通过系统实验来得到结论，所以电力 系统数字仿真分析的应用为研究电力系统运行规律的研究提供了一个经济方便 的手段。目前，数字仿真已经成为电力系统规划设计、调度运行和分析研究的主 要工具。仿真分析的结果与实际电网的行为越接近，靠仿真得出的规划方案、系 统运行方式、紧急控制措施等才能更合理有效。否则仿真结果过于保守，会造成 系统输电能力不能充分发挥而导致系统经济上的浪费，同时也造成工作人员对系 统安全性的不必要担心；仿真结果过于乐观，会造成规划设计的不合理以及系统 安全运行稳定性的降低，甚至因控制不当而造成系统崩溃瓦解的严重问题。因此， 可以说仿真结果的准确性对电力系统的安全、可靠、经济运行具有重要的影响。 数字仿真所采用的各元件模型以及由其构成的全系统数学模型是仿真准确性的 重要决定因素，负荷模型就是其中之一。在电力系统中，负荷的含义有很多种，而在仿真模型中计算中

7、的负荷模型通 常是指综合负荷模型，他是变电站某一母线下所有电气元件的总称，其中不仅包 括众多的用电设备，还包括配电网络、无功补偿设备和符合区域的发电厂等，简 称为负荷。长期以来，人们对于系统中的发电机。调速系统、励磁系统、变压器、输电 线路等元件在行为机理和现场实测方面进行深入研究，提出了适应不同仿真精度 要求的数学模型。而对于作为电力系统中重要元件之一的负荷模型，在缺乏实际 负荷模型时，往往使用比较粗糙的负荷模型。这种粗糙的负荷模型与精确地发电 机、调速系统、励磁系统等其它元件模型显得很不协调，不仅使得精确地其他元 件难以发挥应有的作用，而且还影响电力系统精度的提高。因负荷模型的不准确 而得出的过于乐观或悲观的系统分析结果，可能会给电力系统的规划、运行带来 不可估量的损失。所以负荷模型是电力系统的重要组成部分，对电力系统的数字 仿真有着重要的影响。负荷特性对电力系统系统仿真有重要影响，不同的负荷特性对电力系统的暂 态稳定，电压稳定等具有不同程度影响，在临界情况下，计算结果可能发生质的 变化。例如对对于暂态稳定来说，在故障后放电机功角第一摇摆过程中系统电压 通常下降，负荷消耗的功率随电

8、压的变化将影响发电机的输入输出功率的不平 衡，进而影响功角的偏移和系统第一摆线维持稳定电压的能力，它依赖于负荷需 求与系统向负荷供电之间保持或恢复平衡的能力。因此，电压稳定本质上属于负 荷稳定问题，负荷特性自然就是影响电压稳定重要因素。因此，负荷特性的准确 度对电力系统稳定性的研究有着至关重要的影响。早在20世纪30,年代人们就认识到负荷模型对电力系统分析的重要性， 40并开始研究负荷随电压和频率的静态和动态特性，这一阶段可以说是负荷建 模的萌芽期。50年代到60年代中期，电力系统数字模拟计算处于发展初期。 在这段时间内，负荷模型与其他电网元件一样，有过相当大的发展。人们不仅使 用恒定阻抗，恒定电流，恒定功率来表示负荷，还提出了用静态特性方程表示负 荷，如多项式或幂函数方程。这些模型的参数在当时是定性估计的。由此得到的 负荷模型尽管不准确，但相对与当时粗略的发电机等其他的模型以及人们对电网 计算的定性要求来说还是相适应的。到了 60年代末70年代初，发电机及其调 节系统等模型都向前发展了一步，但负荷模型却因其困难性维持在原有的水平 上停滞不前。为了打破负荷模型研究上的困难局面，1976

9、年美国电力研究院制 定了一个庞大的研究计划。其主要目的是为了电力公司建立一套基于统计综合法 的负荷建模方法，根据这个计划，研究工作将在美国和加拿大同时展开。整个工 作进行了严密的组织和计划，在理论上，同时从现场试验以及数据采集系统的软， 硬件开发和数据处理程序等几个方面全面展开。在实验中确定各种典型负荷（如 电冰箱、工业电动负荷、荧光灯）的平均特性方程，然后统计每个负荷点上的一 些特殊的时刻（如冬季峰值、夏季峰值）负荷的组成，即每种典型负荷所占的比 例，以及配电线路和变压器的数据，最后综合这些数据得出该负荷点的负荷模型。 EPRI经过多年的努力发表了许多有价值的报告，并且研制完成了到目前为止统 计综合法负荷建模中最具影响力的软件包EPRI LOADSYN。在这项工作的推动 下，1980年前后的几年里，负荷模型的研究有了新的发展。在此期间，人们主 要研究如何定量确定负荷模型的系数。1982年，国际大电网会议成立了有关负 荷的工作小组，研究负荷模型及其动态特性。该小组认为，许多工程师对这个研 究领域还比较陌生，而这个领域在电力系统分析中的重要性应该得到强调。1984 年在芬兰召开的第八届电力系统会议将负荷建模列为重要课题。负荷建模问题也 开始引起了我国电力工作者的重视，一些学者也在这一领域做出贡献。1电力系统负荷建模的意义大量研究结果表明符合特性对电力系统仿真计算结果具有重要的影响，其表 现负荷特性对电力系统的潮流计算、稳态计算、小信号动态稳定和电压稳定的影 响，在临界情况下，计算结果可能发生质的变化。11负荷模型对潮流计算的影响当电网运行条件好时，节点电压幅值在额定值附近，采用恒功率负荷模型的 潮流计算并不存在收敛问题。但对于运行恶化的系统，如故障后断开线路或切除 发电机，系统中相应节点电压偏离额定电压较远，采用恒功率的负荷模型计算出 来的潮流就存在收敛问题，此时若采用考虑负荷功率随电压变化的负荷模型时， 潮流计算的收敛性就可以得到改善。电力工业实际上，采用了恒功率负荷模型的 潮流不收敛，关键问题在于该潮流负荷模型没有实际

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