同步发电机失磁异步运行Simulink仿真报告2400字.docx

    同步发电机失磁异步运行Simulink仿真报告2400字    《大型变压器与发电机运行》仿真实验报告仿真课题：同步发电机失磁异步运行的仿真 姓名：班级：学号：实验时间：指导教师：0 / 6一、实验目的1、学习熟悉MATLAB软件Simulink工具；2、熟悉建立模型的过程；3、学会分析模型、分析输出波形的方法；4、对电力仿真建立一定程度的认识；5、深入理解同步发电机失磁异步运行后各参数的变化二、仿真模型的建立Simulink模型建立的主要步骤：（1）建立模型窗口；（2）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口；（3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型同步发电机失磁(突然部分失磁或全部失磁)异步运行,是指同步发电机失磁后,仍带有一定的有功功率,以小滑差与电网并列运行的一种运行方式同步发电机的失磁故障占机组故障的比例最大,是电力系统中常见故障之一,特别是大型机组,励磁环节较多,造成励磁回路短路或开路的几率增大发电机失磁后, 励磁电流将逐渐衰减至零, 发电机的感应电势Ed 随着励磁电流的减小而减小, 电磁转矩将小于原动机的转矩, 因而转子加速, 使发电机的功角增大当功角超过静态稳定极限角时, 发电机与系统失去同步。

发电机失磁后将从系统中吸取感性无功供给转子励磁电流, 转子出现转差, 在定子绕组中感应电势依照模型建立的步骤执行，建立了如下同步发电机失磁异步运行的仿真实验模型如图一所示图一：单击—无穷大系统模型Power GUI用 于计算系统稳态潮流及初始值设定，其目的是为了保证仿真从稳定状态下开始运行用三相电源模拟无穷大系统各部件参量：同步发电机的机械功率使用一个常数发生器设置，数值设为111.9e31 / 6同步发电机的电压幅值使用阶跃信号发生器设置，初值设为17.8876，设置跳跃时间为1.5，计时间1.5后信号跳跃为0，以模拟失磁同步电机参数如下：图二：同步发电机参数设置在进行仿真计算前，先在Power GUI下进行稳态潮流计算，设置初始运行条件如果没有进行系统初始值设置或者设置不合理，将使系统长期处于不稳定状态三、仿真结果与分析1．仿真结果运行仿真模型后，点击示波器观察同步发电机各参量的波形图1.5S后同步电机失磁1）三相定子电流波形图：2 / 6（2）励磁电流波形图：（3）有功功率波形图：（4）无功功率波形图：（5）定子电压波形图：（6）转子转速变化波形图：3 / 6（7）电磁转矩波形图：2、仿真结果分析由仿真结果波形图得知：（1）定子电流明显增大且摆动同步发电机失磁异步运行时, 由于需要建立工作磁通和漏磁通, 故使无功功率的分量增大。

同时,定子电流以及从电网吸收的无功功率, 均随转差的增大而增加, 因而使定子电流明显增大同时又发生摆动，摆动的原因简单地说是由于转子回路中有差频脉动电流所引起的2）转子、励磁电流减少，接近于零失磁后励磁电流显著减少在零点处有小摆动，最终失磁，励磁电流变为零失磁后转子电流迅速地依指数规律衰减,其减小的程度与失磁原因,剩磁大小有关3）有功功率减小并且发生摆动同步发电机从失磁转入异步运行的过程中, 由于转矩不平衡, 引起转子的转速升高, 故在调速器失灵区范围以外, 调速器自动关小汽门, 使原动机的输入功率减小此时发电机输出的功率也相应减小,直到原动机的转矩与发电机的异步转矩相平衡时, 调速器才停止动作因此, 有功功率表的指示值必然小于失磁前的数值4）无功功率为负值同步发电机失磁转入异步运行后, 一方面向系统输送有功功率, 另一方面也从系统吸收无功功率以磁化转子, 因此, 无功功率为负值5）定子电压下降发电机失磁前向系统送出无功功率,失磁后从系统吸收无功功率,这样将造成系统较大的无功功率差额,使系统电压水平下降,特别是失磁发电机附近的系统电压将严重下降,威胁安全生产此外会造成发电机组过电流4 / 6（6）转子转速升高发电机失去励磁后，电磁功率减小，在转子上出现转矩不平衡，促使发电机加速，转子被加速至超出同步转速运行，以致最后失步。

当发电机超出同步转速运行时，发电机转子和定子旋转磁场之间有了相对运动，于是在转子绕组、阻尼绕组以及转子的齿与槽锲中分别感应出滑差频率的交流电流，这些电流产生制动的异动转矩转速的增大，一直继续到出现的制动异步转矩与汽轮机的旋转转矩相等为止7）电磁转矩波形与输出有功功率波形一致，减小且有摆动当发电机超出同步转速运行时，发电机转子和定子旋转磁场之间有了相对运动，于是在转子绕组、阻尼绕组以及转子的齿与槽锲中分别感应出滑差频率的交流电流，这些电流产生制动的异步转矩，发电机开始向电力系统送出有功功率四、总结与心得体会通过仿真实验，我熟悉了运用MATLAB软件Simulink工具进行电力仿真的步骤，熟悉了很多与电力系统有关的仿真模块仿真成功与否与选用的模块连接匹配，参数设定有很大的关联在经过查阅书籍与网络资料，学习后我找到一个进相运行的仿真模型在同步发电机进相运行的模型上做了改动，简化了励磁系统、原动机该用阶跃信号发生器与常数发生器代替删去了变压器等元件在了解了各元件参数的设置后我终于建立了一个简单的由同步发电机、负荷、三相电源模拟的无穷大系统、测量元件等组成的仿真模型，来模拟同步发电机失磁异步运行。

在后期处理波形图时，我试了多种方法，最后用“画图”软件解决了将SCOPE波形图以白色背景呈现于WORD文件中本次仿真实验，达到了预期的目标我认识到了Simulink仿真工具的强大，关于该工具还有许多该学习的地方，我讲在以后的学习中继续探究，逐步掌握它，使它成为我学习电力系统及其他的一种有利的工具5 / 6第二篇：同步发电机的失磁异步运行 4300字同步发电机的失磁异步运行同步发电机的失磁异步运行是指同步发电机失去励磁后，仍带有一定的有功负荷，以某一滑差与电网并联运行的一种非正常运行方式，即由同步发电机转变为感应发电机的一种特殊运行方式同步发电机全部或部分地失去励磁是常见的一种故障造成发电机失去励磁的原因，可能是励磁系统中某一开关跳闸，励磁回路短路或断线及励磁机故障等通常发电机失磁一般能由运行人员较快地消除并恢复励磁或切换到备用励磁机运行如果发电机失磁立即由失磁保护动作跳闸，不仅对热力设备安全非常不利，而且机组操作复杂，容易造成温差、胀差超过规定或断油磨瓦、弯轴等严重事故而在电网和机组本身允许的条件下，发电机在失磁后短时间内采用异步运行方式，继续与电网并列运行且发出一定的有功功率，待运行人员手动或由自动装置自动恢复励磁进入同步运行，对保证机组和电网安全、减少负荷损失均具有重要意义。

实际电力系统中的发电机是否允许失磁异步运行，应通过具体试验确定 1失磁的物理过程同步发电机正常运行时，从原动机输入的力矩与发电机的电磁力矩相等，发电机转子磁场与定子磁场均以同步速度旋转当某种原因造成励磁电源中断时，虽然励磁电压已降到零，但由于励磁回路的电感很大，转子励磁电流不能立即降到零，而是按指数规律逐渐减到零同步发电机的激磁电势也逐步减少，在转子上出现转矩不平衡现象，即原动机输入力矩将大于发电机电磁力矩，这个过剩力矩就会使转子加速，使δ角增大当励磁电流减小到某一数值时，会使δ角大于静态稳定极限角，发电机在过剩力矩作用下失去同步，进入异步运行状态随着励磁电势的减小，发电机从稳定的同步运行过渡到进相运行，再过渡到低励失步状态，最后到稳态的异步运行由于定子磁场与转子磁场间有相对速度，即有滑差s (s=(ω-ω0)/ ω)，定子旋转磁场切割成闭合回路的励磁绕组、组尼绕组和其它金属导体并在其中感应出滑差频率的交流电势和电流该电流与定子旋转磁场相互作用产生异步力矩原动机输入的力矩在克服异步力矩的过程中作功，使机械能变为电能因此，发电机仍向电网有功功率PYB异步力矩的大小是随转差率s的增大而增大的(在一定范围内)，而原动机又因转带的升高使调速器动作，减小了原动机的输入力矩，加之发电机失磁后由自动装置或人为地减少输入功率，所以，当原动机输入的力矩与发电机的异步电磁力矩相平衡时，发电机进入无励磁的稳定异步运行状态，s维持一定值。

在这种状态下，发电机发出有功功率，同时吸收无功功率，相当于异步发电机的运行状态１2同步发电机的异步运行同步发电机异步运行时，在转子回路里感应出频率为滑差频率的交流电流，这个单相的交流电流就是发电机失去直流励磁后的交流励磁电流的一部分(另一部分为阻尼绕组、转子导体 中的多相交流电流)该电流又建立起以滑差频率相对于转子脉动的磁场这个磁场可以分解为两个向相反方向旋转的旋转磁场其中一个反向旋转的旋转磁场以相对转子sn1的转速逆转子转向旋转，与定子磁场相对静止，它与定子磁场相互作用，对转子产生制动作用的恒定异步力矩另一个正向旋转磁场，以相对转子的转速sn1的转速顺转子转向旋转，与定子磁场的相对转速为2sn1它与定子磁场相互作用，产生交变异步力矩，这个交变异步力矩是机组振动和定子电流脉动的原因之一另外，阻尼绕组、转子本体相当于多相绕组在发电机异步运行中，定子磁场切割阻尼绕组、转子本体导体，在这些导体中感应出多相电流，这种多相电流产生的合成磁场是与定子磁场相对静止的旋转磁场，它与定子磁场相互作用也产生恒定的制动性质的异步力矩发电机失磁后异步运行时，其异步力矩即为上述各异步力矩之和同步发电机能否在失磁状态下稳定地异步运行，与异步力矩的大小和特性有关。

异步力矩特性与发电机结构有着密切的关系对于实心转子的汽轮发电机，其异步转距特性与深槽式和双鼠笼式电动机转距特性相似，滑差很小就能产生相当大的制动转矩在滑差由0到0.2%--0.7%的小范围内，随着滑差的增大 ，异步转距增加很快，直到s等于临界滑差scr时，转距达到最大值，随后在高于临界滑差的范围内转距维持在相当高的水平因而，汽轮发电机失磁异步运行时输出的有功功率仍相当高，一般转子外冷的汽轮发电机，失磁异步运行时可输出50%--60%的额定功率，水内冷转子的汽轮发电机可输出 40%--50%的额定功率 3失磁运行时表计的指示变化与原因分析(1)转子电流表的指示为零或为零后又以定子表计摆动次数的一半而摆动出现这种现象的原因是由于接线不同造成的若失磁后的转子绕组是通过灭磁电阻或自同期电阻成闭合回路时，在定子磁场的作用下此回路将感应出差额电流，若转子电流表的分流器在此回路时，直流电流表上反映的是差额电流的变化，因表计是单向的，所以是“一起、一落”以转差频率摆动如果发生失磁的原因，纯属励磁回路开路造成，则转子电流应为零2)定子电流表的指示升高并摆动失磁后的发电机进入异步运行状态时，既向电网有功功率，又从电网吸收无功功率，所以造成电流指示值的上升。

摆动的原因简单地说是由于转子回路中有差频脉动电流所引起的3)有功功率表的指针降低并摆动异步运行发电机的有功功率的指示平均 ２值比失磁前略有降低，这是因为机组失磁后，转子电流很快以指数曲线衰减到零，原来由转子电流的电磁转矩也消失了，“释载”的转子在原动机的作用下很快升速，这时汽轮机的调速系统自动使汽门关小一些，以调整转速所以在平衡点建立起来的时候，有功功率要下降一些有功功率降低的程度和大小，与汽轮机的调整特性以及该发电机在某一转差下所能产生的异步力矩的大小有关4)发电机母线电压降低并摆动发电机失磁前是系统的电源，送出有功功率，也送出无功功率，失磁进入异步运行状态时，系统向发电机倒送大量无功，发电机成了系统的无功负荷，母线电压减去线路上。