图3-44 变压器A相电压

由图可以得出：在稳态时，由于实现短路故障发生器处于打开状态，变压器电压呈正弦变化，在0.6s时，三相短路故障发生器闭合，此时发生三相短路，变压器电压迅速变为0V。在0.7s时，三相短路故障发生器打开，排除故障，变压器电压恢复稳态运行。

在向量选择器中选择变压器B相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则变压器B相电压波形图如图3-45所示，由图得出：在正常运行时，变压器电压波形呈正弦变化，在0.6s到0.7s时段内发生短路，变压器电压迅速变为0V。0.7s后，电压由恢复正常运行状态。

图3-45 变压器B相电压

在向量选择器中选择变压器C相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则变压器C相电压波形图如图3-46所示，由图得出以下结论：在0.6s到0.7s时段内发生短路，变压器电压迅速变为0V，0.7s后，电压恢复稳态运行，恢复过程中伴有短时的暂态过程。

图3-46 变压器C相电压

在向量选择器中选择变压器ABC三相作为测量电气量，则变压器三相电压波形如图3-47所示。

图3-47 变压器三相电压

4）变压器短路时发电机的电流和电压波形

在向量选择器中选择发电机三相电流作为测量电气量，则发电机三相短路波形如图3-48所示，由图形得出：变压器发生短路时，发电机电流迅速变化，然后逐步趋于稳态，在0.7s时，故障排除，发电机电流恢复正常运行状态。

图3-48 发电机三相电流

在向量选择器中选择发电机三相电压作为测量电气量，则发电机电压波形如图3-49所示，由波形可以得出以下结论：在0.6s到0.7s变压器发生短路期间，发电机端的电压减小，幅值为正常运行时的一半，0.7s后，故障排除，发电机电压恢复正常运行状态，此时有短时的暂态过程。

图3-49 发电机三相电压

3.6.3 线路末端发生短路

设置完电路图后，将仿真参数中的开始时间改为0.8s和结束时间改为1.2s，将变压器短路故障器选项中选择测量故障电压和电流选项，进行该故障点的电压和电流的测量，其他两个故障器均选不测量选项。激活仿真按钮，查看仿真波形图。 1） 故障点的电流波形

在万用表元件中选择故障点的故障电流作为测量电气量，则得出故障点短路电流波形如图3-50所示，由图得：在稳态时，故障点电流为0A，在0.9s时，发生三相接地短路，故障点有电流通过，此时电流很大，然后逐步下降，在1.0s时三相短路故障发生器打开，排除故障，此时故障点电流立刻恢复为0A。

图3-50 故障点三相电流

2） 故障点的电压波形

在万用表元件中选择故障点电压作为测量电气量，则故障点电压波形如图3-51所示，由图可得：在稳态时，故障点的电压为线路上的电压，波形呈正玄变化，在0.9s时发生短路，故障点电压迅速变为0V。在1.0s时，故障排除，但由波形可以看出电压无法恢复正常，系统受到破坏。

图3-51 故障点三相电压

3）发电机端电流波形

在万用表元件中选择发电机电流作为测量电气量，则得到发电机电流波形如图3-52所示，在0.9s时，线路末端发生三相短路，发电机端电流受到短路的影响，电流迅速上升，然后逐步趋于下降。在1.0s时，故障排除，由于发电机受到短路电流冲击受到损坏，发电机电流无法恢复正常运行，幅值变为0V。

图3-52 发电机三相电流

4）发电机端电压波形

在万用表元件中选择发电机电压作为测量电气量，则得出发电机电压波形如图3-53所示，稳态时，发电机电压呈正弦变化，在0.9s时，线路末端发生三相短路，受到短路电流的影响，发电机电压发生暂态过程，最后趋于稳定，在1.0s时，故障排除，发电机电压恢复正常。

图3-53 发电机三相电压

5）变压器端电流波形

在万用表元件中选择变压器电流作为测量电气量，则得出变压器电流波形如图3-54所示，在稳态时，变压器电流呈正玄变化，在0.9s时线路末端发生三相短路，变压器电流迅速上升，然后趋于下降，在1.0s时，故障排除，但由于受到电流冲击，变压器电流无法恢复正常运行，电流值为零。

图3-54 变压器三相电流

6）变压器端短路电压波形

在万用表元件中选择变压器电压作为测量电气量，则得出变压器电压波形如图3-55所示，有图形得出以下结论：变压器正常运行时电压波形呈正弦变化，在0.9s时，发生短路，变压器电压下降，同时伴有暂态过程，然后逐步趋于稳定，在1.0s时，故障排除，变压器电压恢复正常运行状态。

图3-55 变压器三相电压

第4章 带励磁系统的电力系统分析

目前的发电机都带有自动调节系统，其作用是在发电机电压变动时，能自动地调节

励磁电流，维持发电机端的电压在一定的范围内。 4.1 基于simulink的基本模型建立

Simulink模型建立包括以下元件：发电机、水轮机调节器、励磁系统、电机测量元件、断路器、变压器、负载、输电线路、短路故障器、无穷大电源等。如图4-1所示。

图4-1 带励磁的系统仿真模型

4.2 设计流程

1）从电机元件库中选择基本的同步电机（Synchronous Machine Pu Standard）元件，复制后粘贴在电路图中，如图4-2所示。

步骤一：将基本同步发电机元件名称改为：发电机。

步骤二：双击同步发电机元件，在其元件参数对话框中进行设置，如图4-2所示。

基本同步发电机元件对话框总包括9个选项，分别是转子类型，电机的额定参数，定子的参数（电阻Rs，漏感Lls、Lmd、Lmq）励磁绕组参数（电阻Rf’、漏感Llfd’），阻尼绕组（d轴电阻Rkd’、漏感Llkd’，q轴电阻Rkql’、漏感Llkq’），机械特性参数（转动惯量、摩擦系数和极对），初始状态（速率的偏差、转角、线电流幅值、相位角和励磁电压）等。发电机元件参数设置如下：

转子类型（Rotor type）：凸极式

额定参数（Nominal power,volt and freq）：[ 186e6 10.5e3 50 1037 ] 定子参数（stator）：[ 2.907e-3 3.089e-4 3.216e-3 9.715e-4 ] 励磁绕组（field）：[ 5.9013e-4 3.07e-4 ]

阻尼绕组（Dampers）：[ 1.19e-2 4.9e-4 2.00e-2 1.036e-3 ] 机械特性参数（Mechanical）：[ 3.895e6 0 15 ] 初始状态（Initial conditions）：[ 0 0 0 0 0 0 0 0 61 ]

图4-2 发电机元件及参数对话框 单击OK按钮完成发电机元件参数的设置。

2）从电机元件库中选择电机测量（Meachine Measurement）元件,复制后粘贴在电路图中，如图4-3所示。双击电机测量元件，在电机测量元件参数对话框中进行设置，如图4-3所示。电机测量元件参数设置如下：

在对话框中选择定子电流（Stator currents），转子电压（Stator voltage ），转速（Rotor Speed），转速偏差（Rotor Speed deviation）和功率（Output active power） 选项。

图4-3 电机测量元件及参数对话框

单击OK完成对发电机测量元件参数设置。

3)从电机元件库中选择励磁系统（Excitation system）元件,复制后粘贴在电路图中，如图4-4所示。

图4-4 发电机励磁系统及参数对话框

双击励磁系统元件，在励磁系统元件参数对话框中进行设置，参数设置如下：

滤波器的时间常数（Low-pass filter time constant）：20e-3

增益和时间常数（Regulator gain and time constant）：[ 300 0.001 ] 励磁（Exciter）：[ 1 0 ]

瞬态增益减少（Transient gain reduction ）：[ 0.0 0.0 ]

阻尼滤波器的增益和时间常数（Damping filter gian and time constant）：[ 0.01 0.011 ]

调节器的输出和增益（Regulator output limits and gain）： [ -11 11 0 ] 初始电压和励磁电压（Regulator values of terminal voltage and fidls voltage）：[ 1 1.28 ]

单击OK完成对励磁系统元件参数设置

4) 从电机元件库中选择水轮机调节系统（HTG）元件,复制后粘贴在电路图中，如图4-5所示。

图4-5 水轮机调节系统及参数对话框

双击水轮机调节器，在其参数对话框中进行如下设置： 电机参数（Servo-motor）：[ 10 0.01 ]

导叶开度（Gate opening limits）: [ 0.01 0.9715 -0.1 0.1 ]

参数下降及调节（Permanent droop and regulator）：[ 0.05 1.163 0.105 0

0.01 ]

水轮机参数（Hydraulic turbine）：[ 0 2.67 ] 下降参数（Droop reference）：0 初始功率（Initial mechanical）：1

步骤三：设置施于水轮机上的参考速度。该参考速度使用一个常数发生器来设置，如图3-13所示。

将常数发生器元件名称改为：参考速度。

双击常数发生器元件对话框，如图3-13所示。设置常数数值为1（为标幺值），作为参考速度值。

步骤四：设置参考功率。参考功率值使用常数发生器来设置，如图3-13所示。 将常数发生器元件名称改为：参考功率。

双击常数发生器元件对话框，如图3-13所示。将常数数值改为1（为标幺值），作为参考功率值。

5）从测量元件库中选择三相电压—电流测量（3-phase VI Measurement）元件，复制后粘贴在电路图中，如图3-14所示。双击三相电压-电流测量元件，在三相电压-电流测量元件参数对话框中进行设置，如图3-14所示。 在三相电压-电流测量元件参数对话框设置参数如下：

电压测量（Voltage measurement）包括3个选项，分别是不测量电压（no），测量