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　　電力系統暫態大致包括以下三個過程：電磁暫態、機一網相互作用和機電暫態。這三個階段既是相互區別，又是相互聯系相互影響的。由于電力系統各元件以及元件各部分的時間常數與作用域各不相同，因此傳統上根據仿真的不同目的和元件的動態特性，選擇適合某一階段的仿真模型和算法，只針對其中的部分過程進行仿真。在一定研究范圍內，采用這種方法的仿真結果是簡單、可信的，因而長期以來被廣泛采用。但是，隨著電力系統的不斷發展，規模日益擴大，結構日益復雜，仿真的任務也由單一簡單的問題向復雜、多元化發展。單純考慮系統部分暫態特性的算法己越來越難以滿足仿真研究的要求，只采用單一、固定的模型對暫態過程的某一階段進行計算是不夠精確可靠的，因此需要對暫態全過程仿真研究。

　　建立同步發電機的自適應模型是暫態全過程仿真的重要部分之一。由于發電機是同步旋轉元件，所以其自適應模型較電力系統其他靜止元件復雜得多。對于發電機的暫態全過程仿真國內外學者進行了大量的研究。通過分別建立發電機與準穩態模型網絡的暫態模型的接口，解決系統暫態全過程仿真的問題，這是很有創意的。但仍存在以下問題：仍然將暫態過程割裂為不同階段，發電機模型只是各階段的組成部分。實際上僅把電磁暫態、機一網相互作用和機電暫態的仿真方法聯接，并未對元件形成統一的算法。而且模型與算法的變換多依靠經驗決定，缺乏科學、精確的判據，這樣的仿真結果不夠準確、可靠。

　　這些仿真仍然是面向過程的仿真而不是面向對象的仿真。面向過程仿真的模型轉換是針對系統過程而不是元件對象的，這樣就無法根據元件的狀態自適應地變換模型，同時存在可讀性、模塊性、擴充性差等缺點，難以實現全過程的統一仿真。用這種智能化的仿真模型可以在確保精度的同時，大大提高仿真的速度。同時，由于機械部分的時間常數較大，可在系統頻率變化不大時預測校正考慮，系統處于振蕩、失步等頻率變化較快時聯立同步求解。從上述思想出發，應用面向對象的仿真技術可形成適合暫態全過程仿真的發電機自適應模型。

　　3面向對象的發電機自適應模型本文針對以上問題提出了基于發電機狀態變量變化特點的自適應變換判據，應用面向對象技術將適用不同階段的各類發電機模型相結合，形成了同步發電機的暫態自適應仿真模型。

　　2發電機自適應暫態模型的思想bookmark4為建立發電機暫態全過程的仿真模型，就需要計算包括電磁暫態、機-網相互作用和機電暫態在內的暫態全過程。在仿真過程中根據系統所處狀態和電量的變化特點，自適應地變換元件模型及計算步長，以保證精度的同時合理簡化計算。

　　以有阻尼發電機空載三相短路故障暫態為例進行的分析，可以求得定子a相電流的解析解其中包含有強制分量和自由分量。強制分量發電機自適應模型的研究是從精確反映電磁暫態而認為轉速t不突變的轉子四階（三階）模型出發的，這種模型適合于無系統振蕩（發電機轉速t變化不大）的故障初瞬態仿真研究。通過對衰減分量的分析，逐步簡化仿真模型，直至形成適合機電暫態研究的只計轉子繞組動態和定子繞組準穩態的仿真模型。在此過程中，如系統再次發生擾動（再次故障或開關操作），需重新切換為轉子四階（三階）模型或考慮轉速t突變的系統振蕩模型。

　　為真正實現對電力系統整個暫態過程的自適應仿真必須使每個元件根據各自的狀態智能地變換模型。這樣傳統的面向過程的仿真方法就很難勝任，因此本文對元件（同步發電機）采用了面向對象技術建模。同時，面向對象的模型還有可讀性、模塊性、可擴充性的優點。

　　同步發電機自適應模型的基類CGeneratoi提供了統一的對外接口和公用函數，無具體實例。由基類CGenerator派生出的子類主要有以下幾種CGeneratoi子類1考慮定子暫態和阻尼繞組的發電機電磁暫態模型。包括適用于汽輪機的轉子四階模型（子類1.1）和適用于水輪機的轉子三階模型（子類1.2）。以轉子三階模型為例是不會發生衰減的，而自由分量則隨時間而衰減，且衰減的時間常數很小。

　　其他類型的發電機暫態過程具有類似的特點，因此我們可在故障發生的初瞬間詳細考慮定子繞組的電磁過程，待自由分量衰減到足夠小時，將模型電勢、磁鏈方程和米用Park坐標變換將上定子部分dq0坐標方程變換為abc系統描述采用坐標變換將發電機定子部分方程變換到同步旋轉坐標xy中，以便與發電機出口的網絡方程連接。

　　轉子方程功率及力矩方程根據以上方程應用綜合友模法，可得到發電機故障初瞬態模型，該模型精確考慮了電磁暫態過程。

　　阻尼繞組的暫態模型。由于同步發電機的定子暫態分量和阻尼繞組分量的時間常數很小，是快速衰減的。當某分量衰減到足夠小的時候，相關部分就可以忽略不計。由子類1逐步消去相應部分形成的子類21、子類2.2……，最終可以得到不包含定子暫態和阻尼繞組作用的轉子一階模型，其電勢、磁鏈方程描述如下為仿真不對稱系統以及多重不對稱操作，網絡的準穩態模型仍采用abc坐標系統，設發電機出口的網絡方程為稱）連接的轉子動態模型。當系統過渡到準穩態后，非工頻分量衰減到很小，網絡中的電量己基本為基波分量。這時就可以忽略網絡的暫態過程，采用復數導納陣的代數方程對網絡進行描述。這時只計及發電機的轉子動態，對發電機采用微分方程描述，這樣機-網接口就要作相應變化。

　　發電機定子暫態是由代數方程描述的，其他部分（如轉子勵磁繞組、轉子運動方程等）由微分方程描述。將發電機方程用前面的方法差分化并使定、轉子方程分開再將發生故障的初瞬間接口方程。通常情況下轉子運動方程時間常數較大，系統頻率變化不大時可采用預測-校正算法。但當系統發生復雜故障的情況下，頻率變化較快時（如系統振蕩）發生故障，忽略頻率變化會帶來很大誤差。因此本文對這種情況采用了將轉子運動方程聯立求解的發電機同步模型。

　　躍變量模型。本文采用的是隱式梯形法建模，該方法數值穩定性好、計算簡單且精度較高。但由于故障發生前后電感電流和電容電壓不發生突變，梯形法會造成數值振蕩，因而本文采用頻譜補償的歐拉法進行躍變量計算：4.其中包括子類1相應的躍變量模型（子類6.1）和子類5相應的躍變量模型（子類6.2）。

　　實際仿真中，同步發電機暫態自適應模型的轉的歷史。值得到子類2的初值alEleetroniepublishg暫態全過程仿真|對發電機自適應暫態模型進4子類間變換的接口判據與初值為實現CGenerator類的自適應變換，需要制定準確、合理的接口判據。以往的變模型仿真研宄通常是根據經驗在固定的仿真時刻切換，這樣做是很不精確的。一方面，如果模型切換過早，相應的暫態分量仍然較大時，會造成非原形的擾動與振蕩；另一方面，為避免上述問題而切換過晚，則會增加計算量。因此本文根據發電機狀態變量的變化規律，提出了自適應變換的準確判據。同時，由于各子類模型不同，變化時需要重新確定初值。

　　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及電磁暫態過程的發電機模型過渡。不同的是前者不考慮轉速的變化，后者將反映轉速變化的轉子動態方程同步求解。由于躍變量模型與精確計及電磁暫態過程的發電機模型等值電路相同，只有數值積分方法不同，具有相同的變量，因此只要簡單的將歷史值作為仿真初值即可。

　　4.2子類1―子類2的變換這個變換過程是簡化發電機模型的阻尼繞組和變壓器電勢的過程，變換的判據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的變換由于和發電機模型子類3接口的網絡不計網絡暫態，因此這個變換要求系統基本為基波分量。通過Fourier變換可得到基波的幅值與相位，若機網接口處三相電壓、電流在連續若干次相關分析中基波幅值與相位變化很小，則可忽略網絡暫態，同時將該電壓、電流矢量作為定子繞組初值。對于轉子動態等部分，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的變換是在系統發生對稱或不對稱故障切除的前提下進行的，要求系統三相完全對稱。由于三相對稱，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的變換當發電機處于子類2階段時系統再次發生故障或開關操作，發電機需要采用躍變量模型（子類6）。子類2是逐步簡化的，當處于任一階段時發生換路，阻尼繞組和變壓器電勢尚未簡化的部分歷史值就是子類6的初值，己簡化部分的阻尼繞組電流和變壓器電勢初值為0.發電機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的變換由于發電機處于子類3階段時網絡不計暫態，基本上是基波分量。這樣就可以由機一網接口的矢量得到基波的瞬時值，并將其作為子類6的初值。

　　從前面的推導可知，a為a相超前x軸的角度，基波電壓矢量為U=ReU+j/mU則a相的瞬時值為ua +sinalmU同理，可得到發電機出口處三相電壓、電流的瞬時值作為子類6的初值。變壓器電勢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500kV簡化系統圖。

　　設葛洲壩一鳳凰山371km500kV線路距葛洲壩約30%發生A相單相接地短路。葛洲壩側斷路器0.09s、鳳凰山側斷路器01s分別動作切除故障線路。0.61s自動重合閘，重合于永久性故障后上述暫態過程包括多次故障和開關操作，歷時1s左右，是跨越多個暫態階段的復雜過程。

　　為葛洲壩出口變壓器系統側A相電流波形和葛洲壩一岡市發電機功角波形。其中，（）為采用EMTP的發電機暫態模型的仿真結果13；（b）為采用文中自適應模型的仿真結果（為便于比較，矢量結果均轉化為瞬時值）（）為葛洲壩一岡市發500kV系統圖電機的功角差。比較（）和（b）可以看出，采用自適應模型計算的電流波形反映了功角的變化，較EMTP的計算結果具有更高的精度。同時，計算的時間復雜度也較EMTP大大降低一以上算例仿真時間比為：0.47：1.該模型尤其適合系統振蕩下的電磁暫態仿真以及復雜故障考慮電磁暫態過程影響的暫態穩定仿真。

　　也隨時間非正弦變化。電源電壓正弦供電時，若忽略定子漏阻抗壓降，定子繞組的感應電勢也為正弦，切割線圈邊A處的磁密也隨時間按正弦變化，根據磁滯回線可以畫出與磁密對應的磁通勢波形如，波形出現畸變。由于磁場由超前一相向滯后那一相方向旋轉，故Fy滯后Fa60*由式（16）可計算得A相繞組隨時間變化的電流波形，如。所得的波形與試驗和仿真波形相近，說明空載電流在一個正或負半周期內不對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非線性問題。另外從中可見，空載電流滯后電勢較大，表明空載時功率因數低；而負載時，定子電流增加了有功分量，使電流波形接近正弦，且電流與反電勢的相位差也減小，功率因數提高。

　　線圈邊A、Y處的磁密及磁通勢和A相定子相電流波形6結論引入一個非線性磁鏈對線性磁鏈導數的因子，將非線性電機系統進行線性化處理。應用電機空載試驗及數值分析方法，給出了試驗求取非線性磁鏈對線性磁鏈導數的因子的方法，在abc基本坐標系上建立起能夠反映包括磁飽和、磁滯等在內非線性動態的、新型的電機數學模型，并根據此模型進行仿真仿真結果與電機變化趨勢相符。電機為正弦電源供電時，由于磁滯的影響，使得電機空載電流波形在一個正或負半周期內，波形不對稱于正或負半周期的中心線。仿真的空載電流波形與電機空載試驗電流波形相近，且都具有這種不對稱的特點。