武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院丁濤老師綜合自動化PSCAD仿真實驗

1、.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院綜合自動化PSCAD仿真實驗姓名:*學(xué)號:20*302540*班級:電氣*級*班一、同步發(fā)電機的準(zhǔn)同期并列操作發(fā)電機的準(zhǔn)同期并列操作，是在同步發(fā)電機已經(jīng)投入調(diào)速器和勵磁裝置，當(dāng)發(fā)電機電壓的幅值，頻率和相位接近相等時，通過并列點斷路器合閘將發(fā)電機并入電網(wǎng)運行的一系列動作。具體參見教材電力系統(tǒng)自動化或自動裝置原理。1. 實驗預(yù)習(xí)清楚同步發(fā)電機準(zhǔn)同期并列的概念和原理。2. 實驗?zāi)康牧私鈹?shù)字仿真軟件中發(fā)電機組的構(gòu)成，仿真同步發(fā)電機準(zhǔn)同期并列操作。3. 實驗步驟（1） 將仿真示例copy到電腦。進(jìn)入PSCAD，打開sync_in_paralell;(2 ) 三個時間的設(shè)置點右鍵，再

2、點Project setting, 再點Runtime，注意Time setting 三個參數(shù)的設(shè)置。Duration of run (sec): 程序計算時間，以秒為單位；Solution time step (): 計算步長，以微秒為單位，兩個相鄰計算點之間是一個計算步長；如上圖的200s, 50，用計算輸出的數(shù)據(jù)來說明，第一個數(shù)據(jù)的時間坐標(biāo)是0s, 最后一個數(shù)據(jù)的時間是200s，每兩個數(shù)據(jù)的時間坐標(biāo)相差50。Channel plot step (): 作圖步長，以微秒為單位，圖上相鄰兩個點之間的時間是一個畫圖步長。請將模型計算時間和運行時間區(qū)分開，同學(xué)們可以看看要得到200s的計算數(shù)據(jù)，

3、運行時間是多少。記下點擊菜單開始運行和結(jié)束運行的實際時間，兩者之差就是運行時間，該時間與電腦性能密切相關(guān)。（3） 學(xué)習(xí)各個元件的使用。a. 在幫助中沒有介紹的元件例如，雙擊后有，表明：點擊菜單運行圖標(biāo)，程序計算時間從0開始計時，當(dāng)計算時間是0.7s時，該元件的輸出由0變?yōu)?.b. 在幫助中有介紹的元件例如選擇器：，A、B是輸入，右端是輸出。A雙擊后有點擊Help, 可知如何使用。如上圖所填，當(dāng)Ctrl端等于1，A端輸入被選擇，輸出等于A端輸入。(4) 系統(tǒng)模型的構(gòu)成 a. 一次系統(tǒng) （a）同步發(fā)電機；（b）斷路器；（c）電網(wǎng) b. 二次系統(tǒng) （a）勵磁控制器；（b）原動機與調(diào)速器；（c）準(zhǔn)同期

4、并列操作控制（5） 準(zhǔn)同期并列操作控制輸出對并列斷路器的作用（a） 利用菜單的望遠(yuǎn)鏡找到斷路器；點擊左下角output找到的元件，將有箭頭指向系統(tǒng)模型中的斷路器。(b) 雙擊斷路器，找到控制斷路器開斷的控制信號，上圖中的BRK就是準(zhǔn)同期并列操作的輸出。（6） 設(shè)置發(fā)電機的初始參考角速度Wref = 0.999。并列成功后，Wref = 1。如下圖所示； （7） 再次打開sync_in_paralell，Workspace如下圖所示設(shè)置發(fā)電機的初始參考角速度Wref = 1.001。并列成功后，Wref = 1。如下圖所示； 4. 實驗記錄（1） 對準(zhǔn)同期并列操作控制模型的認(rèn)識 將各部分圖形插入

5、下面對應(yīng)處：a. 電壓比較；b. 頻率比較；c. 越前相角判斷。 （2） BRK變量的變化曲線；（3） 斷路器兩側(cè)電壓相角差的變化曲線；（4） 發(fā)電機端電壓的變化曲線；（5） 發(fā)電機輸出有功、無功的變化曲線；（6） 發(fā)電機角頻率的變化曲線（7） 斷路器兩側(cè)電壓矢量的相對運動圖（注意觀察兩種不同參考速度時， 第一個周期機端電壓矢量相對于電網(wǎng)電壓矢量的運動方向）注意，要求圖形在各個時間點的變化清晰可見，與實驗分析結(jié)合能說明問題。為此，可取某變量的部分時間段細(xì)節(jié)圖（用鼠標(biāo)框出關(guān)心圖形部分），而不是整個運行期間的。5. 實驗分析a. 相角差檢測有必要如模型所示考慮兩種情況嗎？答:有必要，因為當(dāng)滑差角頻

6、率為正和為負(fù)時，相角差的變化性質(zhì)不同（前者為發(fā)電機超前系統(tǒng)的趨勢，后者為發(fā)電機滯后于系統(tǒng)的趨勢），因此會影響檢測結(jié)果。b. 并列邏輯控制中為何有延時環(huán)節(jié)？答:延時環(huán)節(jié)是因為考慮到中央處理單元發(fā)出合閘信號DOA斷路器主觸頭閉合時需要經(jīng)歷一段時間，確保合閘時間的準(zhǔn)確性。c. 在前述兩種不同并列參考角速度時，Ryq有何區(qū)別？（從正負(fù)符號上說明？）答: 當(dāng)Wref=0.999時當(dāng)Wref=1.001時Wref=0.999時，滑差角頻率小于0，所以在初始一段時間內(nèi)，越前相角Ryq計算值為負(fù)，也就說明該時段內(nèi)無法完成合閘任務(wù)，而Wref=1.001時，滑差角頻率大于0，在初始一段時間內(nèi)，越前相角Ryq為正

7、值，說明該段時間內(nèi)若相角差滿足一定條件，可能能夠合閘。d. 在前述兩種不同并列參考角速度時，PH有何區(qū)別？由記錄圖形說明。答: 由之前記錄的不同發(fā)電機初始參考角速度對應(yīng)的PH波形圖可得，Wref=0.999時，由于Wref W，PH的值有負(fù)逐漸變?yōu)檎噬仙厔荨ref=0.999時, PH的變化情況圖如下:Wref=1.001時, PH的變化情況圖如下:e. Wref = 0.999，運行第一個滑差周期機端電壓矢量相對于電網(wǎng)電壓矢量的運動方向是逆時針還是順時針？ Wref = 1.001時，第一個周期機端電壓矢量相對于電網(wǎng)電壓矢量的運動方向是逆時針還是順時針？ 答: Wref = 0.99

8、9，在運行第一個滑差周期機端電壓矢量相對于電網(wǎng)電壓矢量的運動方向是逆時針，Wref = 1.001時，第一個周期機端電壓矢量相對于電網(wǎng)電壓矢量的運動方向還是逆時針。因為在運行第一個滑差周期內(nèi)，系統(tǒng)和發(fā)電機的相角差均是增大的。f. Wref = 0.999時，并列是否成功？依據(jù)是什么？Wref = 1.001時呢？ 答: Wref = 0.999時，并列是成功的，依據(jù)是當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，發(fā)電機的頻率和系統(tǒng)頻率達(dá)到一致，且相位差穩(wěn)定在一個合理的范圍內(nèi)。由此依據(jù)，也可得出Wref = 1.001時，并列也是成功的。6. 進(jìn)一步思考觀察準(zhǔn)同期并列效果，如何改善？答: 實驗示例中的準(zhǔn)同期并列過程雖然比較

9、順利，但過程并不十分平緩，為改善并列效果，利用相角差的定義公式： 可得,可以通過減小發(fā)電機和系統(tǒng)的初始相角差或者頻率差（主要改變發(fā)電機初始角速度）。二、同步發(fā)電機的頻率與有功控制數(shù)字仿真實驗同步發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)分為機械液壓式和電氣液壓式，承擔(dān)調(diào)頻和有功控制任務(wù)。具體參見教材電力系統(tǒng)自動化或自動裝置原理。4. 實驗預(yù)習(xí)清楚同步發(fā)電機調(diào)速控制系統(tǒng)的分類、原理和作用。5. 實驗?zāi)康牧私鈹?shù)字仿真軟件中發(fā)電機組的構(gòu)成，對調(diào)速控制系統(tǒng)的頻率與有功控制功能仿真。6. 實驗步驟（8） 打開sync_in_paralell，a. 加入（設(shè)置Time=250s）和，使并列后的發(fā)電機調(diào)速控制器的參考輸入電角頻率為1.

10、005，如下圖所示：b. 計算時間為350s。計算步長為100；c. 點擊。（9） 打開sync_exciter_governor2，運行，注意，；（10） 打開sync_in_paralell，a. 150s時，在發(fā)電機端投入負(fù)荷，如下圖所示，b. Time=250s時 ，使發(fā)電機調(diào)速控制器的參考輸入功率為0.1，如下圖所示：c. 計算時間為400s。計算步長為100；d. 點擊運行；（11） 打開sync_exciter_governor3，運行，注意：100s時負(fù)荷增加，如右圖； 200s時調(diào)速器給定輸入功率增加，如右圖。7. 實驗記錄（1） sync_in_paralell改變參考電角

11、速度的運行結(jié)果，包括：a. 發(fā)電機輸出有功變化曲線；b. 發(fā)電機輸出無功變化曲線；c發(fā)電機電角速度變化曲線； d. 發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩變化曲線；e. 發(fā)電機勵磁電流變化曲線；f. 發(fā)電機勵磁電壓變化曲線；e. 發(fā)電機機端電壓變化曲線（2） sync_exciter_governor2的運行結(jié)果，包括：a. 發(fā)電機輸出有功變化曲線；b. 發(fā)電機輸出無功變化曲線；c發(fā)電機電角速度變化曲線； d. 發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩變化曲線；e. 發(fā)電機勵磁電流變化曲線；f. 發(fā)電機勵磁電壓變化曲線；d. 發(fā)電機機端電壓變化曲線（3） sync_in_paralell改變參考輸入功率的運行結(jié)果，包括：a. 發(fā)電機輸出有功變

12、化曲線；b. 發(fā)電機輸出無功變化曲線；c發(fā)電機電角速度變化曲線； d. 發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩變化曲線；e. 發(fā)電機勵磁電流變化曲線；f. 發(fā)電機勵磁電壓變化曲線；e. 發(fā)電機機端電壓變化曲線（4） sync_exciter_governor3的運行結(jié)果，包括：a. 發(fā)電機輸出有功變化曲線；b. 發(fā)電機輸出無功變化曲線；c發(fā)電機電角速度變化曲線； d. 發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩變化曲線；e. 發(fā)電機勵磁電流變化曲線；f. 發(fā)電機勵磁電壓變化曲線；e. 發(fā)電機機端電壓變化曲線 注意，要求圖形在各個時間點的變化清晰可見，與實驗分析結(jié)合能說明問題。為此，可取某變量的部分時間段細(xì)節(jié)圖（用鼠標(biāo)框出關(guān)心圖形部分），而不是整

13、個運行期間的。8. 實驗分析(1) 比較實驗記錄4（1）與4（2）的各個對應(yīng)變量，說明改變調(diào)速器參考電角速度時，兩個系統(tǒng)各個變量的變化趨勢和變化幅度是否相同？如果不同，不同處在哪里？請分析原因。答:改變調(diào)速器參考電角速度時，兩個系統(tǒng)各個變量的變化趨勢基本相同，但變化幅度不相同。4（2）的各個對應(yīng)變量的變化幅度相對較小。原因:在調(diào)節(jié)調(diào)速器的參考電壓時，會對系統(tǒng)造成影響，但兩個系統(tǒng)的容量不同，受到擾動后造成的影響也有所不同。對于無窮大系統(tǒng)來說，調(diào)速器參考電壓帶來的擾動較小，其對應(yīng)的各個變量的變化幅度也就較小。但對于容量不是很大的系統(tǒng)來說，調(diào)速器參考電壓的變動影響較大，各個變量的變化幅度也就較大。(

14、2) 比較實驗記錄4（3）與4（4）的各個對應(yīng)變量，說明改變調(diào)速器參考輸入功率時，系統(tǒng)各個變量的變化趨勢和變化幅度是否相同？如果不同，不同處在哪里？請分析原因。答：各變量的變化趨勢大致相同，但變化幅度有所差異。4（4）的變化趨勢較4（3）的變化平緩一些，過渡過程也相對較快。原因：4（4）的復(fù)合較4（3）的大，故負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)較好，即在投入相同的負(fù)荷時，對系統(tǒng)的各個變量的沖擊較小，影響也就較小。6. 進(jìn)一步思考（1） sync_ in_paralell 、sync_exciter_governor2電力系統(tǒng)中，可否改變參考電角速度從而調(diào)頻率和有功？請簡單說明原因。答: 在直接帶負(fù)荷系統(tǒng)中可以。改變

15、參考角速度的時候，由于負(fù)荷的轉(zhuǎn)矩不變，由可知，有功功率會增加，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子加速，使其轉(zhuǎn)速增加，在經(jīng)過一定時間的震蕩后，會穩(wěn)定下來，和參考加速度保持一致。而在無窮大系統(tǒng)中不行，這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)頻率差，而出現(xiàn)系統(tǒng)失步的情況。（2） sync_ in_paralell 、sync_exciter_governor3電力系統(tǒng)中，可否改變參考有功從而調(diào)頻率和有功？請簡單說明原因。答:帶負(fù)荷系統(tǒng)中可以改變有功和頻率。因為在改變參考有功后，帶負(fù)荷系統(tǒng)為達(dá)到功率平衡，會進(jìn)行平衡點的移動，從而使系統(tǒng)在新的平衡點處達(dá)到平衡。隨著平衡點的移動，發(fā)電機的頻率也發(fā)生了改變。但無窮大系統(tǒng)會通過改變功角的大小來進(jìn)行調(diào)整，

16、可以改變系統(tǒng)有功，但不能改變系統(tǒng)頻率。（3） 一次調(diào)頻和二次調(diào)頻作用是如何體現(xiàn)的？答:依靠發(fā)電機組調(diào)速器自動調(diào)節(jié)發(fā)電機組有功功率輸出的過來來調(diào)節(jié)頻率的方法，稱為一次調(diào)頻。通過控制同步器調(diào)節(jié)發(fā)電機組輸出功率來調(diào)節(jié)頻率的方法，稱為二次調(diào)頻。一次調(diào)頻： 二次調(diào)頻： 一次調(diào)頻為有差調(diào)頻，但二次調(diào)頻可實現(xiàn)無差調(diào)頻。三、同步發(fā)電機的電壓與無功控制數(shù)字仿真實驗同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)可分為直流勵磁機勵磁系統(tǒng)、交流勵磁機勵磁系統(tǒng)、靜止勵磁系統(tǒng)（發(fā)電機自并勵系統(tǒng)），承擔(dān)電壓控制、改變發(fā)電機無功等任務(wù)。具體參見教材電力系統(tǒng)自動化或自動裝置原理。9. 實驗預(yù)習(xí)清楚同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的分類、原理和作用。10. 實驗?zāi)康?/p>

17、了解數(shù)字仿真軟件中發(fā)電機組的構(gòu)成，對勵磁控制系統(tǒng)的電壓與無功控制功能仿真。11. 實驗步驟（12） 將仿真示例copy到電腦。進(jìn)入PSCAD，打開sync_in_paralell。f. 加入（設(shè)置Time=250s）和，使并列后的發(fā)電機勵磁控制器的參考輸入電壓為1.005，如下圖所示：g. 將電網(wǎng)等值電源改為理想電源，如下圖所示：h. 計算時間為350s。計算步長為100，使運行時間縮短；i. 點擊。（2）打開sync_exciter_governor1，運行。12. 實驗記錄（1）sync_in_paralell改變參考電壓的運行結(jié)果，包括：a. 發(fā)電機輸出有功變化曲線；b. 發(fā)電機輸出無功

18、變化曲線；c發(fā)電機電角速度變化曲線； d. 發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩變化曲線；e. 發(fā)電機勵磁電流變化曲線；f. 發(fā)電機勵磁電流變化曲線；e. 發(fā)電機機端電壓變化曲線（2）sync_exciter_governor1的運行結(jié)果，包括：a. 發(fā)電機輸出有功變化曲線；b. 發(fā)電機輸出無功變化曲線；c發(fā)電機電角速度變化曲線； d. 發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩變化曲線；e. 發(fā)電機勵磁電流變化曲線；f. 發(fā)電機勵磁電壓變化曲線；e. 發(fā)電機機端電壓變化曲線 注意，要求圖形在各個時間點的變化清晰可見，與實驗分析結(jié)合能說明問題。為此，可取某變量的部分時間段細(xì)節(jié)圖（用鼠標(biāo)框出關(guān)心圖形部分），而不是整個運行期間的。13. 實驗分析比較實驗記錄4（1）與4（2）的各個對應(yīng)變量，說明改變機端參考電壓時，兩個系統(tǒng)各個變量的變化趨勢和變化幅度是否相同？如果不同，不同處在哪里？請分析原因，以相量圖說明為宜。答：變化趨勢相同，但變化幅度不同。4（1）的各個對應(yīng)變量的變化幅度相對較小。原因：4（1）將電源電阻去掉后，系統(tǒng)變?yōu)闊o窮大系統(tǒng)，受到外界干擾后影響較小，而且系統(tǒng)加入了勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可對電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使擾動對系統(tǒng)的干擾減小。相量圖： 6. 進(jìn)一步思考（4） sync_ in_paralell電力系統(tǒng)中，可否調(diào)勵磁從而調(diào)機端電壓和無功？請簡單說明原因。答：不可以調(diào)節(jié)機端電壓和但可以無功。原因：sync