【正文】 ??????????????????????? ???????? ????????? ??????? ????????????cbaqdiiiiii21212132s in32s ins in32c os32c osc os0???????????????????????????????????????????? ???????? ??????? ???????? ?????????????cbaqdiiiiii132s in32c os132s in32c os1s inc os0 ?????????? 8 同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 1．?dāng)?shù)學(xué)模型推導(dǎo)前的假設(shè) 在推導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)的方程時，作如下假設(shè) : (l)就定子與轉(zhuǎn)子的相互影響而言，定子繞組沿氣隙是正弦分布的 。 電壓 — 以沿電流方向的電壓降為正。同理， d 軸速度電動勢是由一個滯后于 d 軸 90 度的軸 (即負(fù)的 q 軸 )的磁鏈感應(yīng)出來。 R? :轉(zhuǎn)子的角速度 。瞬時調(diào)速率是指柴油機(jī)突卸 (或突加 )全負(fù)荷后的瞬時最大轉(zhuǎn)速 (或瞬時最小轉(zhuǎn)速 )與負(fù)荷改變前的標(biāo)定轉(zhuǎn)速 (或最大空載轉(zhuǎn)速 )之差同標(biāo)定轉(zhuǎn)速之比值的百分?jǐn)?shù)。相位補(bǔ) 償環(huán)節(jié)根據(jù)調(diào)速器的傳遞函數(shù)，畫出波特圖，對不 穩(wěn)定的系統(tǒng)進(jìn)行相位補(bǔ)償，補(bǔ)償環(huán)節(jié)時間常數(shù)的確定以經(jīng)驗(yàn)為主，并結(jié)合補(bǔ)償后的波特圖曲線效果確定。 圖 41 為云河輪電力系統(tǒng)中的勵磁電路原理圖。相復(fù)勵電路由線電 壓和電流供電，不需要中線或三相結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載增加或功 率因數(shù)變化時，勵磁電流的相位也隨之變化。從圖 4一 1 旋轉(zhuǎn)整流器無刷交流勵磁系統(tǒng)中可看出，靜態(tài)勵磁機(jī)電樞電流經(jīng)可控硅整流后，作為旋轉(zhuǎn)交流勵磁機(jī)的勵 磁電流。船舶電站有發(fā)電 裝置和配電裝置組成，一般設(shè)有 2—— 4 臺同容量，同型號的發(fā)電機(jī)組，通常僅有一臺或兩臺向電網(wǎng)供電，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓的變化及負(fù)載的投入和切除都直接對電網(wǎng)的頻率和電壓產(chǎn)生影響，特別是突加和突卸負(fù)載時會引起電網(wǎng)頻率和電壓較大的波動，因此要求船舶發(fā)電機(jī)組要有較高品質(zhì)的調(diào)速和調(diào)壓裝置。當(dāng)發(fā) 電機(jī)出現(xiàn)逆功率運(yùn)行時，其主開關(guān)跳閘，將處于逆功率狀態(tài)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)從電網(wǎng) 中切除，這種保護(hù)叫做逆功率保護(hù)。它既反映有功功率的大小，又反映有功功率的方向。手動同步并車方法分為手動準(zhǔn)同步并車方法和粗同步并車法 (電抗器并車方法 )。因此 ,在遇到此類故障時 ,要從兩方面進(jìn)行考慮 一方 面是屬于發(fā)電機(jī)組確實(shí)出現(xiàn)逆功率 ；另一方面是屬于可能出現(xiàn)的誤動作。 云河輪電力系統(tǒng)模型 云河輪電力系統(tǒng)仿真模型由柴油發(fā)電機(jī)組模型、主電網(wǎng)模型、應(yīng)急 電網(wǎng)模型 和負(fù)載模型組成。照明電網(wǎng)通過變壓器進(jìn)行供電。 32 33 第七章 總結(jié) 本文在船舶電力系統(tǒng)中使用 船舶電站實(shí)操 軟件，對船舶電站電力系統(tǒng)中的一些電力過程進(jìn)行仿真研究。 34 參考文獻(xiàn) 1 鄭華耀。而使用通用的低成本硬件與系統(tǒng)軟件開發(fā)電力系統(tǒng)動態(tài)仿真裝置，將是電力系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢 。第一臺發(fā)電機(jī)自動停車。 主電網(wǎng)與應(yīng)急電網(wǎng)模型中含有 :電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方程，傳輸開關(guān)與傳輸線方程，變 壓器方程。為了預(yù)防意外失電，可由應(yīng)急發(fā)電機(jī)向應(yīng)急電網(wǎng)供電，應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量 325KVA，額定功率 260KW，額定電壓AC450V，額定電流 417A，三相交流電，額定頻率 60 日 z。如圖： 圖 54 發(fā)電機(jī) 1 自動停車模擬 器仿真 發(fā)電機(jī)的啟動特性仿真 發(fā)電機(jī) 1單獨(dú)向電網(wǎng)供電時的特性曲線 圖 55發(fā)電機(jī)啟動特性仿真圖 25 發(fā)電機(jī) 2并入電網(wǎng)后，發(fā)電機(jī) 1特性曲線的變化 圖 56 并入發(fā)電機(jī) 2，發(fā)電機(jī) 1特性曲線模擬器仿真 小結(jié) 本仿真系統(tǒng)可滿足電站監(jiān)控操作訓(xùn)練的基本需要。 圖 52 發(fā)電機(jī) 1 運(yùn)行模擬器仿真 然后第二臺發(fā)電機(jī)啟動，并與第一臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)供電 電壓下降至額定電壓的 50%時，也需要逆功率保護(hù)動作。盡管引發(fā)“主開關(guān)”跳閘的直接原因無外乎過載、短路、欠壓、或逆功率四種，但造成過載、短路、欠壓或逆功率的原因很多，以下主要選取逆功率進(jìn)行解說。運(yùn)行方式取決于換相電壓降。 )。 同步控制電路 :相復(fù)勵輸出的勵磁電流的相位是隨著負(fù)載電流的變化而變 化。這與岸上輸電線路不同，岸上電網(wǎng)容量大，可以視為恒壓恒頻， 受負(fù)載擾動極小。為了解決這個問題，提高同步發(fā)電機(jī)工作的可靠性，并減少 維修工作量，發(fā)展了無刷同步發(fā)電機(jī)，其中采用了交流旋轉(zhuǎn)勵磁機(jī)。 導(dǎo)閥的相對行程 ? 與伺服機(jī)活塞的相對行程 ? 之間的關(guān)系可看作積分環(huán)節(jié) （ 34） 式中 : sT — 導(dǎo)閥的時間常數(shù)。當(dāng)柴油機(jī)用于船舶電站帶動發(fā)電機(jī)時，對轉(zhuǎn)速保持恒定有嚴(yán)格的要求，以保證發(fā)電機(jī)的電壓和頻率穩(wěn)定，滿足并車及供電的需要。 同理，可分析出他運(yùn)行情況時的計(jì)算。其中 qRw? 是速度電動勢，由于 d軸繞組實(shí)際上在旋轉(zhuǎn)，要切割磁通， 根據(jù)法拉第定律 e=BLV=BLRW=BSW=ψ w 可得出速度電動勢的表示形式。忽略磁飽和時，只需處理線性禍 合電路，并可用疊加原理。對稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，定子量有恒值，在其他運(yùn)行方式時，它們隨時間變化 。由于兩個電流分 di 量和共 qi 同產(chǎn)生的磁場等同于原來的三相電流產(chǎn)生的磁 場，第三個分量必須不再在氣隙中產(chǎn)生空間磁場。因此，理解同步電機(jī)的特性和建立其精確的模型是極其重要的。不過，雖然船舶電力仿真技術(shù)正在日新 月異地發(fā)展，但目前仍然存在一些缺陷，主要表現(xiàn)在 : 1 模型方法尚不完善 研究同 一個系統(tǒng)的同一個問題可以建立出不相同的模型，而且有些非線性問 題目前還無法建立出準(zhǔn)確的模型進(jìn)行求解?？傊?，不管船舶電站處于什么運(yùn)行狀態(tài)，都要求其 能連續(xù)、可靠、經(jīng)濟(jì)和合理地向船舶進(jìn)行供電。因此 , 為了更好地研究船舶電站系統(tǒng) , 船舶電站柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真研究隨之誕生了。 第二、三和四章，應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，對柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的三個主要 組成部分 (發(fā)電機(jī)組、調(diào)速系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng) )進(jìn)行了分析和數(shù)學(xué)建模。這對船舶電力系統(tǒng)的研究和發(fā)展提出了更高的要求。結(jié)合電力系統(tǒng)基本理論知識，對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。 當(dāng)船舶運(yùn)行在不同工況時，船舶電站也相應(yīng)處于不同的運(yùn)行狀態(tài)。除了在仿真模型的研制 開發(fā)上取得了顯著成就外，在仿真算法標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的開發(fā)上也取得了重大的 突破。 開發(fā)的模型不可脫離其開發(fā)軟件的編譯環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行，無保密性而言，不利于專利保護(hù)。 b c 相變量和 d q 0 變量之間的變換 設(shè)定子 a 相 d 軸之間的夾角為 設(shè)定子 a 相和 d 軸之間的夾角為 θ ， q 軸超前 d軸 90 度。 將 a b c 相變量到 d q 0 變量的變換寫成下面的形式 (28) 逆變換為 : (29) 式 (2 一 8)從 a b c 相變量到 dq0 變量的變換。 (2)定子槽不會引起轉(zhuǎn)子電感隨 轉(zhuǎn)子位置而變化 。 磁通 — 正向電流按右手螺旋定則產(chǎn)生正向磁通。 因此 q 軸的速度電動勢是 dRw?? ， d 軸的速度電動勢是一是 dRw?? 。 mT :機(jī)械轉(zhuǎn)矩 。 （ 2)穩(wěn)定時間 st 。傳遞延遲環(huán)節(jié)的延遲時間由經(jīng)驗(yàn)確定。圖中虛線方框?yàn)榘l(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。 電壓差檢測電路 :其輸入電壓經(jīng)變壓器降壓后，由三相全波整流器濾波分壓 17 后得到，分壓與設(shè)定電壓相比較得到電壓差。在功率因數(shù)等于 1 時移前角度最大 (但小于 90176?？煽毓璧膶?dǎo)通角和導(dǎo)通時間由電流互感器和自動電壓調(diào)節(jié)器的合成信號 控制。此外，誤操作或局部故障都容易導(dǎo)致全船停電，威脅船舶航行的安全，因此系統(tǒng)應(yīng)合理配置安全可靠的保護(hù)裝置。 由于同步發(fā)電機(jī)并車時允許出現(xiàn)一定程度的逆功率幫助發(fā)電機(jī)拉入同 步，此時逆 功率保護(hù)不應(yīng)動作。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率并達(dá)到或超過 保護(hù)動作整定值時，逆功率繼電器延時動作，將發(fā)電機(jī)主開關(guān)切除，使該發(fā)電機(jī)退出并聯(lián)運(yùn)行。手動準(zhǔn)同步并車方法又有同步指示燈法和整步表法兩種。 26 第六章云河輪柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真 云河輪電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) “云河”輪噸位達(dá)到六萬八千多噸，采用三相交流電力系統(tǒng)，最多可由 4 臺 同步發(fā)電機(jī)組并聯(lián)向電網(wǎng)供電，云河輪電力系統(tǒng)結(jié)