发电机并网设计 (修复的)

1、东北石油大学电力系统综合设计题目发电机自动准同期并入电网院系电气信息工程学院电气工程系专业班级电气2014-1班学生姓名阿力木江吐孙学生学号指导教师高金兰徐建军2017 年 11 月 17 日电力系统综合设计任务书题目发电机自动准同期并入电网专业 电气工程及其自动化 姓名 阿力木江吐孙 学号140603140133 主要内容：根据发电机自动准同期并入电网所需的条件基本要求，完成额定容量为200MVA的发电机并网操作，要求无振荡，无冲击电流，0.2s后系统稳定运行。1) 发电机并网条件分析；2) 发电机并网模型的建立；3) 分别对发电机端电压电压与电网电压幅值、频率和初相位在各种匹配情况下发电机并网过程的仿真；参考资料：1 刘介才.工厂供电 M 北京：机械工业出版社， 2003.44-48.2 王先彬.电力系统及其自动化M.北京：中国电力出版社，2004.3 何仰赞，温增银电力系统分析 M 武汉：华中科技大学出版社， 20044 刘平，李辉基于Matlab的发电机并网过程仿真分析J.2010.5 李光琦电力系统暂态分析M.北京：中国电力出版社，2007.完成期限 2017.11.6 至

2、2017.11.17指导教师 高金兰徐建军专业负责人徐建军2017年 11 月 6 日目录1 设计要求 12 发电机并网条件分析 12.1并网的理想条件 12.2 相位差、频率差和电压差对滑差的影响 13 发电机并网模型建立 33.1仿真模型 33.2 系统仿真模型的建立 43.3 发电机并网仿真分析 63.4 仿真结果及分析 64 结论 8参考文献91 设计要求通过发电机并网模型的建立与仿真分析，掌握发电机并网方法和Matlab/Simulink中的电力系统模块(PSB),深化对发电机并网技术的理解，培养 分析、解决问题的能力和 Matlab 软件的应用能力。4) 发电机并网条件分析；5) 发电机并网模型的建立；6) 分别对发电机端电压电压与电网电压幅值、频率和初相位在各种匹配情况下，发电机并网过程的仿真；7) 理论分析结果与仿真分析结果的比较。2 发电机并网条件分析2.1 并网的理想条件同步发电机组并列运行，并列断路器合闸时冲击电流应尽可能的小，其瞬时 最大值一般不宜超过 1-2 倍的额定电流；发电机组并入电网后，应能迅速进入同 步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。

3、为了减小电网与发电机组组成的回路内产生的瞬时冲击电流，需保证同步发 电机电压与电网并网瞬时电压相等，所以发电机并网的理想条件为： 应有一致的相序。 方应有相等的电压有效值。 方应有相同或者十分接近的频率和相位。若满足理想条件，则并列合闸冲击电流为零，且并列后发电机与电网立即进 入同步运行，无任何扰动现象。但在实际操作中，三个条件很难同时满足，而并 列合闸时只要冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后发电机组能迅速拉入同步 运行且对电网影响较小，因此实际并列操作允许偏离理想条件一定范围时进行合 闸操作。2.2 相位差、频率差和电压差对滑差的影响利用 Matlab 绘图工具可得到各种情况下滑差电压波形，设电网电压为U二100sin(wt +a )，图2-1为频差为0.5Hz、电压差和相位差为零的滑差电压波形。 图2-2为频差为0.5Hz、相位差为60、电压差为零的滑差电压波形。图2-3为 电压差为10V、频差为0.5Hz相位差为零的滑差电压波形。图2-1频差为0.5Hz、电压差和相位差为零的滑差电压波形图图2-2频差为0.5Hz、相位差为60。、电压差为零的滑差电压波形图20015010050

4、-5Q-100-15 0-20 000 511 522.533.54图2-3电压差为10V、频差为0.5Hz相位差为零的滑差电压波形图由图2-1和图2-2可知当电压差为零时滑差电压包络线都过零点，此时合闸则 没有冲击电流。而有电压差时（如图2-3）滑差只有最小值而不过零点，因此无论 何时合闸都存在冲击电流，不利于系统稳定。3发电机并网模型建立负荷发电机并网模型可用单机-无穷大系统模拟，由此分析发电机并网的动态过程。 图3-1所示为单机-无穷大系统。1无穷大系统 负荷图3-1单机-无穷大系统3.1仿真模型 单机即同步发电机，这里选用Synchronous Machine，参数如下：P 二 200MW;V 二 13.8kV;Xd 二 1.305;Xd二 0.296;Xd二 0.252;nnXq 二 0.474; Xq二 0.243; X1 二 0.18;Td二 1.01; Td二 0.0053; Tq”= 0.1; 变压器模型选用Three-phase Transformer，参数如下：P 二 210MW; fn 二 60Hz;V 1/V2 二 13.8kV/230kV;nR1 二 R 2

5、 二 0.002773; L1 二 L 2 二 0.0 8; Rm 二 500; Lm 二 0.053 无穷大系统用powerlib中的induetive source with neutral，参数如 下：P = 10000MVA; fn = 60 Hz;V = 230kV; X / R = 10;n系统负荷分别为5MW、10MW。3.2系统仿真模型的建立打开 Matlab/simulink/simpowersystems/blocklibary,新建一个 mdl 文件，将所需 的同步电机、变压器、线路、无穷大系统和负荷模型（按3.1选定的系统模型）拖 到该文件下，如下图3-2所示：图3-2电机并网仿真模型3.2.1元件参数设定图3-3异步电机参数设定Block Parsmeters: Three-Phase Transforme-r (Two Windin. Thra oPHas o Tx-oels f-c-r mis-t (Two- Hi Hnd ihbeJ maEJc) li-zLlc) Th.3.z. *bl.-oc k 云 ng J. nan am七鼠 =豆 七nradri

6、tLa右=a 七 zsu!L 匚 FuHindHuci-Ti ff LhnrBa& ingl BpLase tzaiLE ex m ex z. Setwinilinc connect ion t-o 31 Tn* wtien.y-ou. wont t-o Q.CC9E c 七3_口 nautxal 口odzrt of 七HdPoz-QnnatgcNonnina 1 power and rxeouenGy Fn (VA) v Tn Chi0HC：XLcel|1U 皿H图3-4变压器参数设定Bl ock Pa ramete rs: Th ree- P hfise SourceFIlree Soixr-ce (he1e) (linK) Ourirolta.ffi s-LOTtCB n e.qot1 bk. irlttL KL EutjuzlcMFsraiiieteT&Ph ab s to ib.b.e e- ztihe roL七 auts CV):KCTi-C ：丄!实丄P:|企PT工产图3-5发电机参数设定发电机设为PU结点，Bustype为pv generator。变压器采用YgYg接线

7、，可省 去计算电压相角时相位差的变化。通过双击各模块，在弹出的窗口中可实现对其 参数的设置和变更。对需要测量的量可直接引出端口接示波器，便于观察波形或 进行数据分析。3.3发电机并网仿真分析3.3.1潮流计算和初始状态设置在并网仿真之前需先通过Power GUI进行潮流计算，使发电机电压发出电压 满足并网幅值、相角、频率要求后可进行仿真，相当于发电机并网后的动态过程。 为充分研究并网条件，分别对不同条件下的情况进行仿真分析，并做相应波形对 比。双击 Power GUI，点击 Steady-State Voltages and Currents，显示当前稳定状态 的电压电流值，并可选择查看状态变量、被测值、电压电流源、非线性环节的电 压电流值和相角。双击Initial States Setting可实现运行初始状态的设置，可对状态变量全设零或 设为稳定状态或手动输入任意值，可从任意值开始进行仿真。3.3.2发电机并网仿真通过改变发电机和系统的参数设置，可进行多种条件下的并网仿真分析，限 于篇幅，这里只对部分条件做相应仿真分析。为便于分析发电机的并网过程，这里设置几种初始条件下的仿真。由于

8、发电 机和系统存在压差时，即使其他同步条件都符合要求还是会存在冲击电流。又考 虑到变压器是YY型连接，仿真将分析频差、压差对系统稳定的影响。分别设置 频差为1%、5%、10%时比较发电机的同步情况。并与发电机存在压差时进行对比 分析。仿真算法采用ode23S。3.4仿真结果及分析对不同初始条件下的发电机并网过程进行仿真。合闸时在0.2秒，在频差1%时，断路器合闸后，电压相位及频率能迅速拉入同步，如下图3-6所示:图3-6合闸时在0.2秒，在频差1%时的电压波形图断路器合闸后，短路器两侧电流相位及频率会产生较大波动，导致波形不再 是正弦型：图3-7断路器两侧电流波形频差10%总体参数的发电机定子测的电流波形图如下所示:图3-8发电机定子侧电流波形当系统压差和相角差为零、频差也很小时，经过一个短暂、轻微的振荡过程， 系统可迅速将发电机拉入同步运行，几乎没有冲击电流。如图所示，当频差为5% 时，经过一个较长时间的振荡过程，系统最后也可以将发电机拉入同步运行，此 时有一定的冲击电流。当频差较大时，如图10%，系统将一直处于振荡状态，无 法稳定。发电机将不能与系统实现同步运行，若此时并网则将存在

9、很大的冲击电 流。图3-8存在压差时两侧的电压波形在0.2秒并网时，从电压波形图可以看出发电机电压相位与电网电压在0.2秒 前有一个相位差，在0.2秒合闸时，发电机机组迅速投入运行，其电压与电网电 压波形一致，说明并网成功。4结论发电机机组并入电网运行时，若发电机频率与电网频率不相等、电压幅值不 相等、相角差不为零，会产生很大的冲击电流，危机设备的安全，合闸后发电机 组不能迅速拉入同步运行，将导致电网运行的不良后果。所以实际中待并入的发 电机机组的调节系统应在上述三个条件得到满足的情况下才能进行并网运行的操 作。才不会对电网运行产生不良后果。用Simulink建立电力系统模型，用仿真方法对三种常见情况下的发电机并网 运行进行了仿真分析，得到了电压波形与电流波形，这对于分析发电机并网的工 作状态和控制提供了帮助。使在现实中难以实现的试验通过软件得以直观的展现, 运用MATLAB语言对电网并联运行操作进行仿真试验，可以起到事半功倍的效 果。通过这次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关matlab方面的知识，在设计过 程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找 出了原因所在，也暴露出

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