湖北理工學(xué)院 同步電機(jī)暫態(tài)的仿真

1、電氣與電子信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)仿真及應(yīng)用B答卷題 目：同步電機(jī)暫態(tài)過(guò)程的仿真專(zhuān)業(yè)班級(jí):電氣工程及其自動(dòng)化2011級(jí)（3）班學(xué) 號(hào)： 2011402203姓 名：指導(dǎo)教師：陳學(xué)珍0引言隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)由于其精度高、改變參數(shù)方便、 重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)開(kāi)始逐漸取代傳統(tǒng)的物理仿真系統(tǒng)。而使用通用的低成本硬件與系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)電力 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真裝置，將是電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)1。同步發(fā)電機(jī)作為電力系統(tǒng)的心臟， 其動(dòng)態(tài)性能對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有重大影響，因此建立其動(dòng)態(tài)仿真模型對(duì)研究電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能有極其 重要的意義。同步發(fā)電機(jī)的基本模型是理想電機(jī)模

2、型。根據(jù)所研究問(wèn)題的特點(diǎn)，對(duì)理想電機(jī)模型進(jìn)行補(bǔ)充或簡(jiǎn)化， 就建立了所需的同步發(fā)電機(jī)模型。在同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的仿真研究中，除較多采用理想電機(jī)模型外，由于交 流電機(jī)多回路模型能描述磁場(chǎng)諧波和磁路飽和等因素，也得到了有效應(yīng)用。用一組微分方程來(lái)描述電機(jī)的 模型，可得到電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；用等效電路來(lái)描述電機(jī)的模型，就得到了電機(jī)的電路模型。數(shù)學(xué)模型的求 解一般通過(guò)數(shù)值積分來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路模型的求解則可借助于各種電路分析軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。就精確度而言，電路 模型忽略的量值少，其計(jì)算的結(jié)果要比數(shù)學(xué)模型計(jì)算的結(jié)果準(zhǔn)確。MATLAB語(yǔ)言是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，它集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)和圖象處理等

3、功能于一體，具有極高的編程效率。它是一個(gè)高級(jí)的數(shù)學(xué)分析與運(yùn)算軟件，可用作動(dòng)態(tài) 系統(tǒng)的建模與仿真。而SIMULINK軟件是在MATLAB下的一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具，用來(lái)提 供一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的建模與動(dòng)態(tài)仿真工作平臺(tái)。利用SIMULINK模塊庫(kù)構(gòu)造仿真系統(tǒng)，可簡(jiǎn)化傳統(tǒng)繁重的編程 工作，大大減少傳統(tǒng)編程的工作量，而且交互性強(qiáng)。MATLAB/SIMULINK擁有Sources、Sinks、Linear、 Nonlinear等信號(hào)類(lèi)模塊庫(kù)和Power System電力系統(tǒng)模塊庫(kù)，用MATLAB/SIMULINK實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)系 統(tǒng)的電路模型是很方便的。1同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電路模型1. 1同步發(fā)電機(jī)的電

4、路模型采用Xad基值系統(tǒng)，理想同步發(fā)電機(jī)的d軸等效電路可用圖1來(lái)表示。q軸的等效電路比d軸簡(jiǎn)單， 只須去掉勵(lì)磁分支即可，在此就不畫(huà)出了。roTp+Xfill 1田咧勺 rd XLQnrvTPnnnnTldXad?脂圖1 d軸等效電路由圖可見(jiàn)，等效電路可由電阻、電感、受控電壓源等部件構(gòu)成。1. 2坐標(biāo)變換電路由于在本文中同步發(fā)電機(jī)無(wú)中線(xiàn)引出，0軸變量始終為0，在轉(zhuǎn)換中忽略。此模型可由加法器、乘法 器、放大器、正弦函數(shù)、余弦函數(shù)、時(shí)鐘等部件構(gòu)成的電路來(lái)表示。2用SIMULINK建立仿真電路模型首先將上節(jié)介紹的各子模型分別做成SIMULINK模塊，然后把各模塊連接起來(lái)，就可對(duì)同步發(fā)電機(jī)系 統(tǒng)進(jìn)行仿真

5、冏。2.1同步發(fā)電機(jī)模塊根據(jù)等效電路，由電阻、電感、受控電壓源、受控電流源等部件可構(gòu)成此模塊。圖2即為d軸等效電 路子模塊。此模塊的上部是實(shí)現(xiàn)Wd的輸出，而wq的輸入則來(lái)自于q軸。此模塊的核心在于id的返回以 控制ud的輸出。i_id_s即代表來(lái)自外部的輸入，o_ud_s即為電機(jī)d軸的輸出，o_rowd_s輸出到q輒i_wq_s 則來(lái)自于q軸。圖2 d軸等效電路子模塊因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)模塊庫(kù)中各模塊的輸入輸出量都是電壓、電流等電量，信號(hào)類(lèi)模塊如Sum, Product等 不能對(duì)其進(jìn)行處理，所以實(shí)際線(xiàn)路中用了一些測(cè)量模塊和受控源模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)電量與信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。在圖 3中帶有_s標(biāo)記的即代表此變量為信號(hào)

6、，不帶此標(biāo)記的即為電量。2.2坐標(biāo)變換模塊圖3即為dq轉(zhuǎn)換到abc的子模塊：圖3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊2.3信號(hào)變換模塊該模塊主要將坐標(biāo)變換模塊輸出的ua、ub、uc信號(hào)變成電量。圖4是把信號(hào)變成電量的線(xiàn)路。圖4信號(hào)變換模塊 皿此時(shí)輸入的信號(hào)ua、ub、uc變成了電量ua、ub、uc。2.4整個(gè)系統(tǒng)33 C圖5即為整個(gè)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。三相開(kāi)關(guān)控制電機(jī)的工作狀態(tài)，在仿真過(guò)程中開(kāi)關(guān)在T=4.764 （標(biāo)幺 值）時(shí)合上，電機(jī)由空載狀態(tài)突然進(jìn)入短路狀態(tài)，line_load代表線(xiàn)路阻抗，scope模塊分別顯示uabc和iabc。3仿真結(jié)果仿真前要設(shè)置好Solver的參數(shù)，特別是設(shè)置好仿真步長(zhǎng)和算法。在本次仿真過(guò)程

7、中，我采用的 步長(zhǎng)為 T=200 （標(biāo)么值），算法為 ode23tb（ stiff/TR-BDF2）。本文中仿真用參數(shù)（標(biāo)么值）為：Xd=3.979Xad=3.8748X =3.822Xa =3.7186Xfdl=0.1387rfd=0.0045X1dl=0.0615r1d=0.0407X1ql=0.616r1q=0.0407rd=0.01144rq=0.01144圖6和圖7分別為三相同步電機(jī)由空載突然三相短路的電樞電壓和電樞電流的波形圖，其中圖 6為ua的波形圖，圖7為ia的波形圖。圖6三相突然短路電樞a相電壓波形圖圖7三相突然短路電樞a相電流波形圖根據(jù)下面的公式（1）就可以算出電樞電流的數(shù)值解，通過(guò)求解式（1），可以得到三相發(fā)電機(jī) 在突然三相短路后的A相電流波形圖。如圖8所示。Xd Je Td +E -二Xd JTdE cos( t + y )-0cos ycosGf)(1)y0即為開(kāi)關(guān)合閘瞬間的轉(zhuǎn)子位置角，從圖6中可以看出y0=2700。通過(guò)比較圖-4 0543210。實(shí)際上，204060801001201401601802004結(jié)論借助MATLAB/SI