發(fā)電機(jī)并網(wǎng)設(shè)計(jì) (修復(fù)的)

1、東 北 石 油 大 學(xué)電力系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)題 目 發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并入電網(wǎng) 院 系 電氣信息工程學(xué)院電氣工程系 專業(yè)班級(jí) 電氣2014-1班 學(xué)生姓名 阿力木江·吐孫 學(xué)生學(xué)號(hào) 140603140133 指導(dǎo)教師 高金蘭 徐建軍 2017年 11月 17 日電力系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書題目 發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并入電網(wǎng) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓名 阿力木江·吐孫 學(xué)號(hào) 140603140133 主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并入電網(wǎng)所需的條件基本要求，完成額定容量為200MVA的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作，要求無振蕩，無沖擊電流，0.2s后系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。1) 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件分析；2) 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)

2、模型的建立；3) 分別對(duì)發(fā)電機(jī)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(jī)并網(wǎng)過程的仿真；參考資料：1 劉介才.工廠供電 M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.44-48.2 王先彬.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化M.北京：中國(guó)電力出版社，20043 何仰贊，溫增銀電力系統(tǒng)分析 M 武漢：華中科技大學(xué)出版社，20044 劉平，李輝.基于Matlab的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程仿真分析J.20105 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析M.北京：中國(guó)電力出版社，2007完成期限 2017.11.6至2017.11.17 指導(dǎo)教師 高金蘭 徐建軍 專業(yè)負(fù)責(zé)人 徐建軍 2017年 11 月 6 日電力系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)（報(bào)告

3、）目 錄1 設(shè)計(jì)要求12 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件分析12.1 并網(wǎng)的理想條件12.2 相位差、頻率差和電壓差對(duì)滑差的影響13 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)模型建立33.1 仿真模型33.2 系統(tǒng)仿真模型的建立43.3 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)仿真分析63.4 仿真結(jié)果及分析64 結(jié)論8參考文獻(xiàn).91 設(shè)計(jì)要求通過發(fā)電機(jī)并網(wǎng)模型的建立與仿真分析，掌握發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方法和Matlab/Simulink中的電力系統(tǒng)模塊（PSB），深化對(duì)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)技術(shù)的理解，培養(yǎng)分析、解決問題的能力和Matlab軟件的應(yīng)用能力。4) 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件分析；5) 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)模型的建立；6) 分別對(duì)發(fā)電機(jī)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(jī)

4、并網(wǎng)過程的仿真；7) 理論分析結(jié)果與仿真分析結(jié)果的比較。2 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件分析2.1 并網(wǎng)的理想條件同步發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行，并列斷路器合閘時(shí)沖擊電流應(yīng)盡可能的小，其瞬時(shí)最大值一般不宜超過1-2倍的額定電流；發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減少對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)。為了減小電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)組組成的回路內(nèi)產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊電流，需保證同步發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)并網(wǎng)瞬時(shí)電壓相等，所以發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的理想條件為：l 應(yīng)有一致的相序。l 方應(yīng)有相等的電壓有效值。l 方應(yīng)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(jī)與電網(wǎng)立即進(jìn)入同步運(yùn)行，無任何擾動(dòng)現(xiàn)象。但

5、在實(shí)際操作中，三個(gè)條件很難同時(shí)滿足，而并列合閘時(shí)只要沖擊電流較小，不危及電氣設(shè)備，合閘后發(fā)電機(jī)組能迅速拉入同步運(yùn)行且對(duì)電網(wǎng)影響較小，因此實(shí)際并列操作允許偏離理想條件一定范圍時(shí)進(jìn)行合閘操作。2.2 相位差、頻率差和電壓差對(duì)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(shè)電網(wǎng)電壓為，圖2-1為頻差為0.5Hz、電壓差和相位差為零的滑差電壓波形。圖2-2為頻差為0.5Hz、相位差為60°、電壓差為零的滑差電壓波形。圖2-3為電壓差為10V、頻差為0.5Hz相位差為零的滑差電壓波形。圖2-1 頻差為0.5Hz、電壓差和相位差為零的滑差電壓波形圖圖2-2 頻差為0.5Hz、

6、相位差為60°、電壓差為零的滑差電壓波形圖圖2-3 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2-1和圖2-2可知當(dāng)電壓差為零時(shí)滑差電壓包絡(luò)線都過零點(diǎn)，此時(shí)合閘則沒有沖擊電流。而有電壓差時(shí)（如圖2-3）滑差只有最小值而不過零點(diǎn)，因此無論何時(shí)合閘都存在沖擊電流，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定。3 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)模型建立發(fā)電機(jī)并網(wǎng)模型可用單機(jī)-無窮大系統(tǒng)模擬，由此分析發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的動(dòng)態(tài)過程。圖3-1所示為單機(jī)-無窮大系統(tǒng)。圖3-1 單機(jī)-無窮大系統(tǒng)3.1 仿真模型1 單機(jī)即同步發(fā)電機(jī)，這里選用Synchronous Machine，參數(shù)如下：2 變壓器模型選用Three-phase Tra

7、nsformer，參數(shù)如下：3 無窮大系統(tǒng)用powerlib中的inductive source with neutral，參數(shù)如下：系統(tǒng)負(fù)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(gè)mdl文件，將所需的同步電機(jī)、變壓器、線路、無窮大系統(tǒng)和負(fù)荷模型（按3.1選定的系統(tǒng)模型）拖到該文件下，如下圖3-2所示：圖3-2電機(jī)并網(wǎng)仿真模型3.2.1元件參數(shù)設(shè)定圖3-3 異步電機(jī)參數(shù)設(shè)定圖3-4 變壓器參數(shù)設(shè)定圖3-5 發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)定發(fā)電機(jī)設(shè)為PU結(jié)點(diǎn)，Bustype 為pv generator。變壓器采用YgYg

8、接線，可省去計(jì)算電壓相角時(shí)相位差的變化。通過雙擊各模塊，在彈出的窗口中可實(shí)現(xiàn)對(duì)其參數(shù)的設(shè)置和變更。對(duì)需要測(cè)量的量可直接引出端口接示波器，便于觀察波形或進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。3.3 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)仿真分析3.3.1潮流計(jì)算和初始狀態(tài)設(shè)置在并網(wǎng)仿真之前需先通過Power GUI進(jìn)行潮流計(jì)算，使發(fā)電機(jī)電壓發(fā)出電壓滿足并網(wǎng)幅值、相角、頻率要求后可進(jìn)行仿真，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的動(dòng)態(tài)過程。為充分研究并網(wǎng)條件，分別對(duì)不同條件下的情況進(jìn)行仿真分析，并做相應(yīng)波形對(duì)比。雙擊Power GUI，點(diǎn)擊Steady-State Voltages and Currents，顯示當(dāng)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(cè)值、

9、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(shí)現(xiàn)運(yùn)行初始狀態(tài)的設(shè)置，可對(duì)狀態(tài)變量全設(shè)零或設(shè)為穩(wěn)定狀態(tài)或手動(dòng)輸入任意值，可從任意值開始進(jìn)行仿真。3.3.2發(fā)電機(jī)并網(wǎng)仿真通過改變發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，可進(jìn)行多種條件下的并網(wǎng)仿真分析，限于篇幅，這里只對(duì)部分條件做相應(yīng)仿真分析。為便于分析發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)過程，這里設(shè)置幾種初始條件下的仿真。由于發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)存在壓差時(shí)，即使其他同步條件都符合要求還是會(huì)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(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。分別設(shè)置頻差為1%、5%、10%時(shí)比較發(fā)電機(jī)的同步情況。并與發(fā)電機(jī)存在壓差時(shí)進(jìn)行對(duì)

10、比分析。仿真算法采用ode23S。3.4 仿真結(jié)果及分析對(duì)不同初始條件下的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程進(jìn)行仿真。合閘時(shí)在0.2秒，在頻差1%時(shí)，斷路器合閘后，電壓相位及頻率能迅速拉入同步，如下圖3-6所示：圖3-6 合閘時(shí)在0.2秒，在頻差1%時(shí)的電壓波形圖斷路器合閘后，短路器兩側(cè)電流相位及頻率會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)，導(dǎo)致波形不再是正弦型：圖3-7 斷路器兩側(cè)電流波形頻差10%總體參數(shù)的發(fā)電機(jī)定子測(cè)的電流波形圖如下所示:圖3-8 發(fā)電機(jī)定子側(cè)電流波形當(dāng)系統(tǒng)壓差和相角差為零、頻差也很小時(shí)，經(jīng)過一個(gè)短暫、輕微的振蕩過程，系統(tǒng)可迅速將發(fā)電機(jī)拉入同步運(yùn)行，幾乎沒有沖擊電流。如圖所示，當(dāng)頻差為5%時(shí)，經(jīng)過一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的振蕩過

11、程，系統(tǒng)最后也可以將發(fā)電機(jī)拉入同步運(yùn)行，此時(shí)有一定的沖擊電流。當(dāng)頻差較大時(shí)，如圖10%，系統(tǒng)將一直處于振蕩狀態(tài)，無法穩(wěn)定。發(fā)電機(jī)將不能與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，若此時(shí)并網(wǎng)則將存在很大的沖擊電流。圖3-8 存在壓差時(shí)兩側(cè)的電壓波形在0.2 秒并網(wǎng)時(shí)，從電壓波形圖可以看出發(fā)電機(jī)電壓相位與電網(wǎng)電壓在0.2 秒前有一個(gè)相位差，在0.2 秒合閘時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)組迅速投入運(yùn)行，其電壓與電網(wǎng)電壓波形一致，說明并網(wǎng)成功。4 結(jié)論發(fā)電機(jī)機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)， 若發(fā)電機(jī)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(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，危機(jī)設(shè)備的安全，合閘后發(fā)電機(jī)組不能迅速拉入同步運(yùn)行，將導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的不良后果。所以實(shí)

12、際中待并入的發(fā)電機(jī)機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)在上述三個(gè)條件得到滿足的情況下才能進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行的操作。才不會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)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(duì)三種常見情況下的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行了仿真分析，得到了電壓波形與電流波形，這對(duì)于分析發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的工作狀態(tài)和控制提供了幫助。使在現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)通過軟件得以直觀的展現(xiàn)， 運(yùn)用MATLAB 語(yǔ)言對(duì)電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行操作進(jìn)行仿真試驗(yàn)，可以起到事半功倍的效果。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)matlab方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了我在這方面的知識(shí)

13、欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。這次課程設(shè)計(jì)不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、操作的能力，在其它能力上也都有了提高。更重要的是，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法，真的是受益匪淺。 參考文獻(xiàn)1 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析M.北京：中國(guó)電力出版社，2007年2 王健明，蘇文成供電技術(shù) M 西安：電子工業(yè)出版社，20043 何仰贊，溫增銀電力系統(tǒng)分析 M 武漢：華中科技大學(xué)出版社，20044 張桂香機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南 M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20055 李梅.電工基礎(chǔ) M 北京：中國(guó)電力出版社，20046 王維儉電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理 M 北京：清華大學(xué)出版社，19917 Prabha Kunder.Power System St

14、ability and Control M (影印版) 北京：中國(guó)電力出版社，20118 Blackburn J L.et al.Applied Protective Relaying M .2nd Edition . Coral Spring; Westinghouse Electric Corporation ,20099 Workgroup of GEC ALTHOM Measurements.Protective elays-ApplicationGuide M .3rd Edition.Stafford;GEC ALTHOM Protection and Control Limited，198710 陳伯時(shí)拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20009東北石油大學(xué)綜合設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表課程名稱電力系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)題目名稱發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并入電網(wǎng)學(xué)生姓名阿力木江·吐孫學(xué)號(hào)140603140133指導(dǎo)教師姓名