电力系统自动化

山东交通学院电力系统自动化课程设计报告院(部)别信息科学与电气工程学院姓名周鹏程学号130817127指导教师黄欣课程设计任务书题目电力系统自动化课程设计学院信息科学与电气工程学院专业电气工程及其自动化班级电升131学生姓名周鹏程学号13081712712月15日至12月26日共2周指导教师(签字)院长(签字)年月日3一、设计内容及要求1、根据发电机自动准同期并入电网所需的条件，使用Matlab对不同条件下的并网过程进行仿真分析。二、设计原始资料详见参考书三、设计完成后提交的文件和图表1．计算说明书部分仿真及设计说明书42．图纸部分：仿真电路程序和仿真等以图片的形式附在设计报告中。四、进程安排第一周：第一天上午：选题，查资料；第一天下午：制定设计方案；第二——第五天：搭建仿真模型，完成仿真部分；第二周：第一——四天：对仿真进行分析，完善设计方案，并完成设计报告；第五天：答辩，交设计报告。五、主要参考资料《电力系统分析（第三版）》于永源主编，中国电力出版社，2007年《电力系统自动化》，王葵、孙莹编著，中国电力出版社，2007年；《电力系统稳态分析》，陈珩主编，中国电力出版社，2007年；《电力系统暂态分析》，李光琦主编，中国电力出版社，2007年。1目录目录................................................................................................................................................1摘要..............................................................................................................................................2前言..............................................................................................................................................3第一章设计任务及要求的分析.....................................................................................................41.1设计内容及基本要求.................................................................................................................41.2设计目的.....................................................................................................................................4第二章发电机并网条件分析.........................................................................................................52.1相位差、频率差和电压差对滑差的影响..............................................................................52.2并网理想条件..........................................................................................................................7第三章发电机并网模型的建立.....................................................................................................83.1仿真模型....................................................................................................................................83.2系统仿真模型的建立..............................................................................................................11第四章发电机并网过程的仿真分析...........................................................................................134.1潮流计算与初始状态设置......................................................................................................134.2发电机并网仿真......................................................................................................................13第五章仿真结果分析...................................................................................................................14课程总结.........................................................................................................................................19参考文献.........................................................................................................................................192摘要发电机并列可以分为准同期并列和自同期并列两种方式，如今我国大部分使用的是准同期并列。同步发电机准同期并列，它要求并网更加准确、快速。准确是为了保障安全和减少对发电机并网引起的冲击，从而快速降低发电机的空转损耗。随着计算机产业的进步与数字信息技术的发展，它的研发可以使自动实现发电机并网的智能仪器已成为发电厂技术革新和自动化改造的重要任务。我们进行课程设计探讨了发电机并网运行需要的安全条件，以及通过运用Matlab仿真软件的绘图功能，并且进行对不同条件下的并网过程仿真分析，进而得出结论。这些结论为研究自动准同期装置提供了所需的理论根据。关键词:Matlab仿真分析；发电机并列方法；准同期条件3前言由于电力系统特殊性，很多研究结果将无法通过实验的方式获得，因此计算机仿真分析尤为重要。在我国，计算机仿真技术己成为电力系统研究、设计和运营等各个领域重要手段和方式。发动机并网是电力系统中相当重要的一项操作，而并列操作不恰当将会引起严重的后果。所以，对于同步发电机的并列操作的研究，能够提高并列操作的可靠性和精确性，对电力系统的可靠运营产生很大的意义。Matlab仿真主要是由主包、Simulink及功能各异的工具箱组成。从版本开始增加了一个专用于电力系统分析的PSB（电力系统模块，Powersystemblockset）。PSB中主要有同步机、异步机、变压器、直流机、有名的和标么值系统的、不同仿真精度的设备模型库单相\三相的分布和集中参数的传输线单相、三相断路器及各种电力系统的负荷模型、电力半导体器件库以及控制和测量环节。凭借其他模块库和工具箱，在Simulink环境下，能够进行电力系统的仿真,可以方便地对各种波形进行图形显示。本课程设计就是以无穷大系统为模型,在环境下使用GUI、Simulink、m语言等，以此创建一发电机并网过程分析与仿真系统。该系统能够对多种情况下的发电机并网过程进行仿真分析,并将仿真显示于GUI界面。4第一章设计任务及要求的分析1.1设计内容及基本要求课程设计内容包括（1）发电机并网模型的建立（2）并网过程的Matlab仿真。设计的基本要求如下：1、发电机并网的条件分析；2、发电机并网模型的建立；3、分别对发电机端电压与电网电压幅值、发电机端电压频率和电网电压频率、发电机端电压与电网电压相交差在各种匹配情况下，发电机并网过程的仿真；4、理论结果与仿真结果的对比。1.2设计目的通过发电机并网模型建立与仿真分析，掌握发电机并网方法和Matlab中的电力系统模块，深化对发电机并网技术理解，培养分析、解决问题能力和Matlab软件应用能力。5第二章发电机并网条件分析2.1相位差、频率差和电压差对滑差的影响利用Matlab仿真工具进行绘图后，我们可以得到各种情况下滑差电压的波形，预设电网电压为)sin(100wtU，图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为频差为0.5Hz、相位差为60°、电压差为零的滑差电压波形。图3为电压差为10V、频差为0.5Hz相位差为零的滑差电压波形。00.511.522.533.54-200-150-100-50050100150200t/sU/V频差为0.5Hz图1频差为0.5Hz、电压差和相位差为零的滑差电压波形图600.511.522.533.54-200-150-100-50050100150200t/sU/V 频差为0.5Hz相位差为60°图2频差为0.5Hz、相位差为60°、电压差为零的滑差电压波形图00.511.522.533.54-200-150-100-50050100150200t/vU/V 频差为0.5Hz压差为10V图3电压差为10V、频差为0.5Hz相位差为零的滑差电压波形图通过对由图1和图2分析后可知，当电压差为0时，滑差电压包络线都过零点，此时合闸则不会形成冲击电流。当有电压差时（如图3所示），滑差只有最小值却不过零点，因此，无论何时合闸都不会产生冲击电流，不利于系统稳定。72.2并网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要小，其瞬时最大值一般不超过额定电流的1-2倍；发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程时间要小，以减少对电力系统的干扰[1]。为了减小电网与发电机组组成的回路内产生的冲击电流，要保证同步发电机电压与电网并网瞬时电压幅值相等，所以发电机并网的理想条件为：1、应有一样的电压相序；2、方应有相等的电压幅值；3、方应有相同或十分接近的频率和相位。若满足理想条件，则断路器合闸冲击时的电流为零，且并列后发电机与电网迅速进入同步运行，无扰动现象。实际操作中，三个理想条件不可能同时满足，而并列合闸时冲击电流要小，不危及电气设备，合闸后发电机组能拉入同步运行且对电网影响小，因此实际并列操作允许偏离理想条件一定范围时间内进行合闸操作。8第三章发电机并网模型的建立3.1仿真模型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。如图4所示，为单机-无穷大系统。发电机无穷大系统变压器负荷负荷图4单机-无穷大系统单机即同步发电机，我们选用的是SynchronousMachine，参