備用電源自動(dòng)投入的數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)

1、二、備用電源自動(dòng)投入的數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)備用電源自動(dòng)投入裝置（以下簡(jiǎn)稱備自投）在主電源正常運(yùn)行時(shí)作為后備，在主電源故障時(shí)投入以保證負(fù)荷供電的穩(wěn)定性。備自投是電力部門為保證用戶連續(xù)可靠供電的重要手段。具體概念及原理參見教材電力系統(tǒng)保護(hù)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理等。1.實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)清楚備自投的概念和原理；明確備自投對(duì)于保障負(fù)荷穩(wěn)定供電的作用及意義。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈹?shù)字仿真軟件中低壓備自投的構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)方式；模擬仿真?zhèn)渥酝对谙到y(tǒng)主電源故障下的運(yùn)行特性。3.實(shí)驗(yàn)步驟（1） 將仿真示例copy到電腦。進(jìn)入MATLAB界面，導(dǎo)入并打開模型power_project.slx;a.梳理power_project.slx模型中

2、的主要元件設(shè)備組成，該模型包括多級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)，涵蓋輸電壓級(jí)和中低壓配電網(wǎng)絡(luò)；備自投裝置封裝為“Emergency System”，其通過“By-pass system”模塊接入至低壓配電系統(tǒng)；b.熟悉不同電壓等級(jí)的電源模型參數(shù)及斷路器配置情況；c.熟悉備自投裝置“Emergency System”模型中二極管整流橋、直流電容及IGBT半橋逆變器的組成形式和工作原理，掌握離散PWM發(fā)生器的信號(hào)觸發(fā)特點(diǎn)。d.熟悉“By-pass system”模塊的組成結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)形式，掌握其電氣參數(shù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)；e.設(shè)置模型配置參數(shù)，運(yùn)行時(shí)間為0.2s。圖 1 （2）點(diǎn)擊運(yùn)行power_project.slx算例。1

3、. 實(shí)驗(yàn)記錄power_project.slx的運(yùn)行結(jié)果，包括：a.點(diǎn)擊模型中的“fault”模塊，展開如圖2所示，設(shè)置故障發(fā)生的時(shí)刻（如圖3），記錄“Generation Unit 10MVA , 15KV”、“15KV-6.6KV System”、“6.6KV-400V System”、“Emergency System”、“By-Pass System”中的三相電壓數(shù)據(jù)及斷路器動(dòng)作特性。圖 2圖3 1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”：斷路器動(dòng)作特性：2、“15KV-6.6KV System”：斷路器動(dòng)作特性：3、“6.6KV-400V System”：斷路器

4、動(dòng)作特性：4、“Emergency System”：5、“By-Pass System”：b.改變故障發(fā)生的時(shí)刻（請(qǐng)做兩組），重新記錄“Generation Unit 10MVA , 15KV”、“15KV-6.6KV System”、“6.6KV-400V System”、“Emergency System”、“By-Pass System”中的三相電壓數(shù)據(jù)及斷路器動(dòng)作特性。更改故障發(fā)生的時(shí)刻，如下圖所示：1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”：斷路器動(dòng)作特性：2、“15KV-6.6KV System”：斷路器動(dòng)作特性：3、“6.6KV-400V System”：斷

5、路器動(dòng)作特性：4、“Emergency System”：5、“By-Pass System” ：更改故障發(fā)生的時(shí)刻，如下圖所示：1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”：斷路器動(dòng)作特性：2、“15KV-6.6KV System”：斷路器動(dòng)作特性：3、“6.6KV-400V System”：斷路器動(dòng)作特性：4、“Emergency System”：5、“By-Pass System” ：1、 以某組故障時(shí)刻為例，記錄備自投“Emergency System”中DC電容電壓的充放電特性及脈沖發(fā)生器的輸出波形（見圖4）；記錄備自投“Emergency System”中二極管整

6、流橋及IGBT半橋逆變器的輸入輸出電流特性。電容電壓的充放電特性：脈沖發(fā)生器的輸出波形：二極管整流橋輸入輸出電流特性：IGBT半橋逆變器的輸入輸出電流特性：2、 以某組故障時(shí)刻為例，調(diào)整備自投“Emergency System”中DC電容的原有設(shè)計(jì)參數(shù)（三組為例，建議成倍數(shù)比例提高或降低現(xiàn)有的電容設(shè)計(jì)參數(shù)），仿真記錄不同電容值下的DC充放電特性；同時(shí)記錄“Emergency System”的三相電壓輸出波形。（1）將電容參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將電容值由1000e-6更改為1000e-7：DC充放電特性：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：（2）電容值為1000e-6時(shí)：DC充放電特

7、性：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：（2） 將電容參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將電容值由1000e-6更改為1000e-5：DC充放電特性：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：3、 以某組故障時(shí)刻為例，調(diào)整備自投“Emergency System”中脈沖發(fā)生器的通斷頻率Carrier frequency（三組為例，建議成倍數(shù)比例提高或降低現(xiàn)有的Carrier frequency），仿真記錄不同通斷頻率下“Emergency System”的三相電壓輸出波形，結(jié)合對(duì)比“By-Pass System”中的三相電壓輸出波形(見圖5)。圖4圖5（1）備自投“Emergen

8、cy System”中脈沖發(fā)生器的通斷頻率Carrier frequency初始值為2000Hz，在通斷頻率為2000Hz時(shí)：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：“By-Pass System”中的三相電壓輸出波形：（2）調(diào)整備自投“Emergency System”中脈沖發(fā)生器的通斷頻率Carrier frequency為200Hz，在通斷頻率為200Hz時(shí)：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：“By-Pass System”中的三相電壓輸出波形：（3）調(diào)整備自投“Emergency System”中脈沖發(fā)生器的通斷頻率Carrier frequenc

9、y為20000Hz，在通斷頻率為20000Hz時(shí)：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：“By-Pass System”中的三相電壓輸出波形：注意，將圖粘貼在所交實(shí)驗(yàn)報(bào)告上（以plot作圖的形式，而不是截屏），要求圖形在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的變化清晰可見，與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)合能說(shuō)明問題。為此，可取某變量的部分時(shí)間段細(xì)節(jié)圖，而不是整個(gè)運(yùn)行期間的。2. 實(shí)驗(yàn)分析a. 備自投的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間？答：備自投的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間為0.001s。b. “Emergency System”仿真模型中Controlled Voltage Source的作用？答：“Emergency System”仿真模型中Contr

10、olled Voltage Source是電壓源，其輸出電壓即為400V側(cè)電壓，作為備用系統(tǒng)中整流橋的輸入電壓。c. “Emergency System” 仿真模型中DC電容的功效，其參數(shù)設(shè)計(jì)與充放電特性之間的關(guān)系？答：DC電容的主要功效是維持整流橋輸出電壓的穩(wěn)定，減小輸出電壓的紋波；時(shí)間常數(shù)，電容越小，時(shí)間常數(shù)越小，充放電越快。d. “Emergency System” 仿真模型中Filter模塊所起的作用？答：“Emergency System”仿真模型中Filter模塊所起的作用主要是濾波作用，即將逆變器輸出的含諧波較多的多電平波變成更接近正弦波的電壓波形，從而提高系統(tǒng)的整體性能。e. 備自投中采用二極管不控整流和IGBT半橋逆變的組成形式，PWM控制模塊的通斷頻率對(duì)備自投的運(yùn)行性能有何影響？答：PWM控制模塊的通斷頻率越高，所產(chǎn)生的SPWM波的諧波越少，SPWM波形更接近正弦波，而且響應(yīng)時(shí)間會(huì)相應(yīng)縮小，備自投的補(bǔ)償效果越好。3. 進(jìn)一步思考（1）若備用電源的容量不能夠滿足全負(fù)荷的要求，應(yīng)如何操作，是否應(yīng)選擇性切除部分負(fù)荷，怎么考慮與重合閘之間的配合？答：當(dāng)備用電源不能滿足全部供電容量要求則應(yīng)在投入備用電源前有選擇地切除部分負(fù)荷，同時(shí)閉鎖這些線路的重合閘，防止重合閘裝置誤動(dòng)作。（2）本仿真實(shí)例中所應(yīng)