發(fā)電機并網(wǎng)模型的建立及并網(wǎng)過程的仿真分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄0前言.31設計任務及要求.32發(fā)電機并網(wǎng)條件分析.42.1并網(wǎng)的理想條件.42.2相位差、頻率差和電壓差對滑差的影響.43發(fā)電機并網(wǎng)模型建立.63.1 仿真模型.63.2 系統(tǒng)仿真模型的建立.74發(fā)電機并網(wǎng)過程仿真分析.84.1 潮流計算和初始狀態(tài)設置.84.2 發(fā)電機并網(wǎng)仿真.85仿真結果分析.96總結.14參考文獻. 140前言計算機仿真技術己成為電力系統(tǒng)研究、規(guī)劃、設計和運行等各個方面的重要方法和手段。由于電力系統(tǒng)的特殊性, 很多研究無法采用實驗的方法進行, 仿真分析顯得尤為重要。發(fā)動機并網(wǎng)是電力系統(tǒng)中常見而重要的一項操作, 不恰當?shù)牟⒘胁僮鲗е聡乐氐暮?/p>

2、果。因此, 對同步發(fā)電機的并列操作進行研究, 提高并列操作的準確度和可靠性, 對于系統(tǒng)的可靠運行具有很大的現(xiàn)實意義。MATlAB是高性能數(shù)值計算和可視化軟件產(chǎn)品。它由主包、Simulink 及功能各異的工具箱組成。從版本開始增加了一個專用于電力系統(tǒng)分析的PSB（電力系統(tǒng)模塊,Power system blockset ） 。PSB中主要有同步機、異步機、變壓器、直流機、特殊電機的線性和非線性、有名的和標么值系統(tǒng)的、不同仿真精度的設備模型庫單相三相的分布和集中參數(shù)的傳輸線單相、三相斷路器及各種電力系統(tǒng)的負荷模型、電力半導體器件庫以及控制和測量環(huán)節(jié)。再借助其他模塊庫或工具箱,在Simulink環(huán)境

3、下, 可以進行電力系統(tǒng)的仿真計算, 并可方便地對各種波形進行圖形顯示。本文以一單機一無窮大系統(tǒng)為模型, 在環(huán)境下使用GUI、Simulink、m語言等創(chuàng)建一發(fā)電機并網(wǎng)過程分析與仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對多種情況下的發(fā)電機并網(wǎng)過程進行仿真分析, 并將仿真結果顯示于GUI界面。1設計任務及要求分析1.1設計目的通過發(fā)電機并網(wǎng)模型的建立與仿真分析，使學生掌握發(fā)電機并網(wǎng)方法和Matlab/Simulink中的電力系統(tǒng)模塊（PSB），深化學生對發(fā)電機并網(wǎng)技術的理解，培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力和Matlab軟件的應用能力。1.2設計內(nèi)容和基本要求設計內(nèi)容主要包括發(fā)電機并網(wǎng)模型的建立和并網(wǎng)過程的Matlab仿

4、真。基本要求如下：1、發(fā)電機并網(wǎng)條件分析；2、發(fā)電機并網(wǎng)模型的建立；3、分別對發(fā)電機端電壓電壓與電網(wǎng)電壓幅值、頻率和初相位在各種匹配情況下，發(fā)電機并網(wǎng)過程的仿真；4、理論分析結果與仿真分析結果的比較。2發(fā)電機并網(wǎng)條件分析2.1 并網(wǎng)的理想條件同步發(fā)電機組并列運行，并列斷路器合閘時沖擊電流應盡可能的小，其瞬時最大值一般不宜超過1-2倍的額定電流；發(fā)電機組并入電網(wǎng)后，應能迅速進入同步運行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減少對電力系統(tǒng)的擾動1。為了減小電網(wǎng)與發(fā)電機組組成的回路內(nèi)產(chǎn)生的瞬時沖擊電流，需保證同步發(fā)電機電壓與電網(wǎng)并網(wǎng)瞬時電壓相等，所以發(fā)電機并網(wǎng)的理想條件為：1、應有一致的相序；2、方應有相等的電壓

5、有效值；3、方應有相同或者十分接近的頻率和相位。若滿足理想條件，則并列合閘沖擊電流為零，且并列后發(fā)電機與電網(wǎng)立即進入同步運行，無任何擾動現(xiàn)象。但在實際操作中，三個條件很難同時滿足，而并列合閘時只要沖擊電流較小，不危及電氣設備，合閘后發(fā)電機組能迅速拉入同步運行且對電網(wǎng)影響較小，因此實際并列操作允許偏離理想條件一定范圍時進行合閘操作。2.2 相位差、頻率差和電壓差對滑差的影響 利用Matlab繪圖工具可得到各種情況下滑差電壓波形，設電網(wǎng)電壓為，圖1為頻差為0.5Hz、電壓差和相位差為零的滑差電壓波形。圖2為頻差為0.5Hz、相位差為60°、電壓差為零的滑差電壓波形。圖3為電壓差為10V、

6、頻差為0.5Hz相位差為零的滑差電壓波形。圖1 頻差為0.5Hz、電壓差和相位差為零的滑差電壓波形圖圖2 頻差為0.5Hz、相位差為60°、電壓差為零的滑差電壓波形圖圖3 電壓差為10V、頻差為0.5Hz相位差為零的滑差電壓波形圖由圖1和圖2可知當電壓差為零時滑差電壓包絡線都過零點，此時合閘則沒有沖擊電流。而有電壓差時（如圖3）滑差只有最小值而不過零點，因此無論何時合閘都存在沖擊電流，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定。3發(fā)電機并網(wǎng)模型建立發(fā)電機并網(wǎng)模型可用單機-無窮大系統(tǒng)模擬，由此分析發(fā)電機并網(wǎng)的動態(tài)過程。圖4所示為單機-無窮大系統(tǒng)。圖4 單機-無窮大系統(tǒng)3.1 仿真模型 單機即同步發(fā)電機，這里選用S

7、ynchronous Machine，參數(shù)：變壓器模型選用Three-phase Transformer，Yg,參數(shù)：無窮大系統(tǒng)用powerlib中的inductive source with neutral模塊表示，參數(shù): 系統(tǒng)負荷分別為。3.2 系統(tǒng)仿真模型的建立打開Matlab/simulink/simpowersystems/blocklibary,新建一個mdl文件，將所需的同步電機、變壓器、線路、無窮大系統(tǒng)和負荷模型（按3.1選定的系統(tǒng)模型）拖到該文件下，為便于對電動機的各參量進行設置和檢測，還加入了調(diào)速系統(tǒng)模型Hydraulic Turbineand Governor、勵磁調(diào)節(jié)器

8、Excitation System和多路選擇器BusSelector,從同步發(fā)電機的測量端子m引出發(fā)電機的參數(shù)通過BusSelector得到各參數(shù)，聯(lián)接到勵磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器的輸入端口。按下圖連線，建立發(fā)電機并網(wǎng)的仿真模型。圖5 發(fā)電機并網(wǎng)的仿真模型發(fā)電機設為PU結點，Bustype 為pv generator。變壓器采用YgYg接線，可省去計算電壓相角時相位差的變化。通過雙擊各模塊，在彈出的窗口中可實現(xiàn)對其參數(shù)的設置和變更。對需要測量的量可直接引出端口接示波器，便于觀察波形或進行數(shù)據(jù)分析。完成仿真模型建立后，拖入一個Power GUI到文件中，如圖5所示。4發(fā)電機并網(wǎng)過程仿真分析4.1 潮流計

9、算和初始狀態(tài)設置在并網(wǎng)仿真之前需先通過Power GUI進行潮流計算，使發(fā)電機電壓發(fā)出電壓滿足并網(wǎng)幅值、相角、頻率要求后可進行仿真，相當于發(fā)電機并網(wǎng)后的動態(tài)過程。為充分研究并網(wǎng)條件，分別對不同條件下的情況進行仿真分析，并做相應波形對比。雙擊Power GUI，點擊Steady-State Voltages and Currents，顯示當前穩(wěn)定狀態(tài)的電壓電流值，并可選擇查看狀態(tài)變量、被測值、電壓電流源、非線性環(huán)節(jié)的電壓電流值和相角。雙擊Initial States Setting可實現(xiàn)運行初始狀態(tài)的設置，可對狀態(tài)變量全設零或設為穩(wěn)定狀態(tài)或手動輸入任意值，可從任意值開始進行仿真。Machine

10、load flow可用來設置模型中發(fā)電機節(jié)點的類型，這里設為P&V generator，還可設置發(fā)電機的電壓和輸出功率，結果窗口中可查看發(fā)電機線電流、相電壓、有功和無功功率、勵磁電壓、轉(zhuǎn)差、轉(zhuǎn)矩等。4.2 發(fā)電機并網(wǎng)仿真通過改變發(fā)電機和系統(tǒng)的參數(shù)設置，可進行多種條件下的并網(wǎng)仿真分析，限于篇幅，這里只對部分條件做相應仿真分析。為便于分析發(fā)電機的并網(wǎng)過程，這里設置幾種初始條件下的仿真。由于發(fā)電機和系統(tǒng)存在壓差時，即使其他同步條件都符合要求還是會存在沖擊電流。又考慮到變壓器是YY型連接，仿真將分析頻差、壓差對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。分別設置頻差為1%、5%、10%時比較發(fā)電機的同步情況。并與發(fā)電機存

11、在壓差時進行對比分析。仿真算法采用ode45。對不同初始條件下的發(fā)電機并網(wǎng)過程進行仿真，并將發(fā)電機功率、轉(zhuǎn)速、勵磁電壓、沖擊電流等重要參數(shù)通過示波器顯示，結果見第五章。5仿真結果分析對不同初始條件下的發(fā)電機并網(wǎng)過程進行仿真，結果如圖所示。只存在頻差時的仿真結果無頻差時（1%）圖6頻差5%時圖7頻差10%圖8當系統(tǒng)壓差和相角差為零、頻差也很小時，經(jīng)過一個短暫、輕微的振蕩過程，系統(tǒng)可迅速將發(fā)電機拉入同步運行，幾乎沒有沖擊電流。如圖所示，當頻差為5%時，經(jīng)過一個較長時間的振蕩過程，系統(tǒng)最后也可以將發(fā)電機拉入同步運行，此時有一定的沖擊電流。當頻差較大時，如圖10%，系統(tǒng)將一直處于振蕩狀態(tài)，無法穩(wěn)定。發(fā)

12、電機將不能與系統(tǒng)實現(xiàn)同步運行，若此時并網(wǎng)則將存在很大的沖擊電流。電壓存在相位差時并網(wǎng)仿真結果圖9圖10如圖所示：在0.8 秒并網(wǎng)時，從電壓波形圖可以看出發(fā)電機電壓相位與電網(wǎng)電壓在0.8 秒前有一個相位差，在0.8 秒合閘時，發(fā)電機機組迅速投入運行，其電壓與電網(wǎng)電壓波形一致，說明并網(wǎng)成功。在0.8 秒并網(wǎng)時，發(fā)電機機組并入電網(wǎng)運行，由于發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓存在相位差， 此時將并網(wǎng)瞬間的沖擊電流波形記錄下來，觀察沖擊電流的變化，在0.8 秒并網(wǎng)前，電網(wǎng)電流非常小，在0.8 秒時發(fā)電機并入電網(wǎng)運行，沖擊電流倍數(shù) 38000/6470 5.9 倍，可見產(chǎn)生的沖擊電流較大。存在壓差的仿真結果圖11圖12

13、增大勵磁電流，使機端電壓升高，機端電壓幅值大于電網(wǎng)電壓幅值時，在1.2秒時進行并網(wǎng)。如上圖所示：在1.2 秒并網(wǎng)時，從電壓波形圖可以看出發(fā)電機電如圖所示：在1.2 秒并網(wǎng)時，發(fā)電機機組并入電網(wǎng)運行，由于發(fā)電機電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值不相等，幅值相差較大，產(chǎn)生沖擊電流倍數(shù) 54000/6470 8.3 倍，如圖所示，沖擊電流的電動力對發(fā)電機繞組產(chǎn)生影響，由于定子繞組端部的機械強度最弱，所以須特別注意對它所造成的危害。由于并列作為運行操作，沖擊電流最大瞬時值限制在12倍為宜。無差并網(wǎng)仿真結果圖13圖14如圖所示：發(fā)電機在3.52 秒時，機端電壓與電網(wǎng)電壓幅值相同，機端電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同，選擇

14、在此時刻進行并網(wǎng)，從圖中可以看出發(fā)電機機組迅速投入運行，說明并網(wǎng)成功。發(fā)電機在3.52 秒并網(wǎng)時，機端電壓與電網(wǎng)電壓相位相同、幅值相同，產(chǎn)生沖擊電流倍數(shù) 6500/6470 1.005 倍。說明在滿足并網(wǎng)運行條件時，發(fā)電機投入運行，產(chǎn)生的沖擊電流較小。對電網(wǎng)不會造成大的沖擊。6總結發(fā)電機機組并入電網(wǎng)運行時， 若發(fā)電機頻率與電網(wǎng)頻率不相等、電壓幅值不相等、相角差不為零，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，危機設備的安全，合閘后發(fā)電機組不能迅速拉入同步運行，將導致電網(wǎng)運行的不良后果。所以實際中待并入的發(fā)電機機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)應在上述三個條件得到滿足的情況下才能進行并網(wǎng)運行的操作。才不會對電網(wǎng)運行產(chǎn)生不良后果。用Simulink 建立電力系統(tǒng)模型，用仿真方法對三種常見情況下的發(fā)電機并網(wǎng)運行進行了仿真分析， 得到了電壓波形與電流波形，這對于分析發(fā)電機并網(wǎng)的工作狀態(tài)和控制提供了幫助。使在現(xiàn)實中難以實現(xiàn)的試驗通過軟件得以直觀的展現(xiàn)， 運用MATLAB 語言對電網(wǎng)并聯(lián)運行操作進行仿真試驗，可以起到事半功倍的效果。本次課程設計主要依靠Matlab，基本知識由于考研等諸多因素并沒有