【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 仿真模型進(jìn)行 潮流計(jì)算和初始狀態(tài)設(shè)置，使其工作在穩(wěn)定狀態(tài)，便于進(jìn)行下一步運(yùn)行，操作如下： 12（ 1） 點(diǎn)擊進(jìn)入 Power GUI 模塊，在其中選項(xiàng)點(diǎn)擊 SteadyState Voltages and Currents 按鈕，從而能看到當(dāng)前時(shí)刻下各項(xiàng)參數(shù)值，同時(shí)能選擇查看的還有狀態(tài)變量、電壓電流值等； （ 2） 點(diǎn)擊 Initial State Setting 選項(xiàng)可完成模型運(yùn)行初始狀態(tài)的設(shè)定，可以將狀態(tài)變量參數(shù)全部設(shè)為零或者設(shè)為穩(wěn)定狀態(tài)或手動(dòng)輸入給定值，從而可以針對(duì)不同初始條件來(lái)進(jìn)行仿真分析； （ 3） 通過(guò) Machine Load Flow 選項(xiàng)用來(lái)挖妙脆角 鞥模型中三相同步發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，此處設(shè)節(jié)點(diǎn)為 Pamp。V Generator，同時(shí)還可對(duì)三相同步發(fā)電機(jī)的功率和電壓進(jìn)行設(shè)定，在窗口中可查看三相同步發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)。 同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程仿真分析 通過(guò)改變?nèi)嗤桨l(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的的參數(shù)設(shè)置，可對(duì)多種條件下的并網(wǎng)進(jìn)行仿真分析，考慮到變壓器是 YY 型連接，本設(shè)計(jì)主要分析比較在同步發(fā)電機(jī)與三相電源兩端頻差為 1%、 5%、 10%時(shí)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況以及在兩端存在相位差，壓差時(shí)進(jìn)行研究分析。仿真算法采用 ode45，波形顯示皆為其標(biāo)幺值。 觀察在正常條件下運(yùn)行后三相 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速如圖 所示，可以看到整個(gè)仿真模型系統(tǒng)在運(yùn)行 60 秒左右后穩(wěn)定。所以斷路器設(shè)定在運(yùn)行70 秒后閉合閉合，即 70 秒時(shí)刻實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)操作。 13 圖 同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 存在頻差時(shí)的仿真結(jié)果 （ 1）兩端相位和電壓一致，頻差 1%（正常條件下并網(wǎng)）時(shí)，三相同步發(fā)電機(jī)的 a 相電流即沖擊電流波形如圖 所示，并網(wǎng)前后兩端電壓波形如圖 所示。 圖 三相同步發(fā)電機(jī) a 相電流 14 圖 并網(wǎng)前后變壓器兩側(cè)電壓 從圖示可以看出，正常條件下的并網(wǎng) 70秒時(shí)刻沖擊電流為 ,而穩(wěn)態(tài) 時(shí) a相電流為 ，沖擊電流在穩(wěn)態(tài)電流的 12倍范圍內(nèi)，屬于正常，變壓器兩側(cè)電壓在并網(wǎng)前后幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明并網(wǎng)契合度很高。 （ 2）兩端相位和電壓一致，頻差 5%時(shí)，并網(wǎng)沖擊電流波形如圖 。 圖 三相同步發(fā)電機(jī) a相電流 可以觀察到盡管三相同步發(fā)電機(jī)最終能穩(wěn)定下來(lái)，但是其在 70秒并網(wǎng)時(shí)刻沖擊電流高達(dá) 6，為穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流的 24倍，此時(shí)沖擊電流是極高的，在實(shí)際中屬于非常危險(xiǎn)的并網(wǎng)，可能會(huì)燒壞電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備。 15 （ 3）兩端相位和電壓一致，頻差 10%時(shí)，并網(wǎng)沖擊電流波形如圖 。 圖 三相同步發(fā)電機(jī) a相電流 從沖擊電流波形能看出此種條件下并網(wǎng)后系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定，并網(wǎng)時(shí)刻沖擊電流高達(dá) 8，為穩(wěn)態(tài)時(shí)的 32倍，在實(shí)際操作過(guò)程中，這種并網(wǎng)時(shí)不允許的。 存在壓差時(shí)的仿真結(jié)果 將三相同步發(fā)電機(jī)端電壓由 修改為 ，同時(shí)也改變了發(fā)電機(jī)端三相負(fù)載的額定電壓，沖擊電流波形如圖 所示。 圖 三相同步發(fā)電機(jī) a 相電流 可以觀察到并網(wǎng)時(shí)刻沖擊電流為 ，約為穩(wěn)態(tài)時(shí)電流的 3 倍，沖擊電 16流較大，并網(wǎng)穩(wěn)定后，三相同步發(fā)電機(jī)的 a 相定子穩(wěn)態(tài)電流增大。 存在相位差時(shí)的仿真結(jié)果 在變壓器兩端電壓和頻率都一致的情況下，設(shè)置相位差，此時(shí)沖擊電流和兩端電壓波形如圖 和圖 所示。 圖 三相同步發(fā)電機(jī) a 相電流 圖 并網(wǎng)前后變壓器兩側(cè)電壓 并網(wǎng)時(shí)沖擊電流為 ，是穩(wěn)態(tài)時(shí)的約 3 倍，之后系統(tǒng)也能快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 本章小結(jié) 基于 MATLAB 對(duì)同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)性的仿真分析，充分討論了不同頻率，相位，壓差的條件下并網(wǎng)的情況，以此更加深入理解了 17同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件以及并網(wǎng)中系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室內(nèi)操作打好 了理論基礎(chǔ)。 184 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng) 原理 以 中所述同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件為理論基礎(chǔ)，采用準(zhǔn)確整步法中燈光旋轉(zhuǎn)法為并網(wǎng)方法實(shí)現(xiàn)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。 設(shè)備與接線 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)設(shè)備如表 所示。 表 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 序 號(hào) 型 號(hào) 名 稱 數(shù) 量 1 MET01 電源控制屏 1 臺(tái) 2 DD03 不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 1 件 3 DJ23 校正直流測(cè)功機(jī) 1 臺(tái) 4 DJ18 三相 同步電機(jī) 1 臺(tái) 5 D342 智能 型 功率、功率因數(shù)表 1 件 6 D52 旋轉(zhuǎn)燈、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)、同步機(jī)勵(lì)磁電源 1 件 實(shí)驗(yàn)接線 實(shí)驗(yàn)設(shè)備接線圖如圖 所示。 19 圖 同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)試驗(yàn)線路原理圖 其中直流測(cè)功機(jī)勵(lì)磁電阻 Rst選用 D44上的 180Ω電阻，電樞電阻 Rf1選用 D44上的 1800Ω電阻，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電阻 Rf2選用 D41設(shè)備 上的 90Ω與 90Ω串聯(lián)然后再加上加上 90Ω與 90Ω并聯(lián)共 225Ω阻值。 實(shí)驗(yàn)方法 有功功率的調(diào)節(jié) （ 1）按 所述準(zhǔn)確整步法中燈光旋轉(zhuǎn)法操作把同步發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行； （ 2）成功并網(wǎng)之后，調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī) MG 的勵(lì)磁電阻 Rf1和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流 If 從而使同步發(fā)電機(jī)的三相定子電流約為零，此時(shí)則有同步發(fā)電機(jī)的勵(lì) 20磁電流 If=If0。 （ 3）保持（ 2）中電流不變化，接著調(diào)節(jié)勵(lì)磁電阻 Rf1,令 其 阻值增大，此時(shí)三相同步發(fā)電機(jī)的輸出功率也會(huì)同樣增大。 （ 4）當(dāng)三相同步發(fā)電機(jī)的定子電流從零到其額定電流大小的變化范圍內(nèi)讀取三相電流、三相功率、功率因數(shù)的數(shù)值，記錄數(shù)據(jù)。 無(wú)功功率的調(diào)節(jié) 測(cè)取輸出功率等 于零時(shí)三相同步發(fā)電機(jī)的 V形曲線： （ 1）按 所述準(zhǔn)確整步法中燈光旋轉(zhuǎn)法操作將同步發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行； （ 2）使三相同步發(fā)電機(jī)的輸出功率 P2穩(wěn)定約為零； （ 3）先調(diào)節(jié) Rf2電阻使三相同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流上升，（調(diào)整辦法是先調(diào)節(jié) 串聯(lián) 部分，調(diào)至零位后用導(dǎo)線短接，再調(diào)節(jié)并聯(lián)部分）使同步發(fā)電機(jī)定子電流增大到與其額定電流相同，并調(diào)節(jié) Rst 保持 P2 始終約為 0。記錄此點(diǎn)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流 If、定子電流 I； （ 4）減少同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流 If使定子電流 I 減少到最小值并記錄此點(diǎn)數(shù)據(jù)； （ 5）繼續(xù)減少同步電機(jī)勵(lì)磁電流，此時(shí)定子電流又將開(kāi)始增大到額定電流； （ 6）在上述（ 4）和（ 5）兩種情況下讀取三相電流及勵(lì)磁電流并記錄。 輸出功率為 20W 和 40W 時(shí)的操作同上，同時(shí)記錄數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （ 1） 三相同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有功功率變化時(shí)，三相定子電流、同步發(fā)電機(jī)輸出功率以及功率因數(shù)如表 所示，其中： 21UIPPPPIIII CBA 3/c os3/ 22 ?????? ??? ?，　，?。? U=220V If=If0= n=1500r/min 表 有功功率調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)記錄 序號(hào) 輸出電流 I（ A） 輸出功率 P2（ W） 功率因 數(shù) IA IB IC I PI PII P2 cosΦ 1 25 2 3 4 70 5 6 7 8 9 （ 2） 三相同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)輸出功率為零時(shí)，三相定子電流與勵(lì)磁電流如表 所示 ，繪制輸出電流平均值與勵(lì)磁電流關(guān)系如圖 所示，即輸出功率約為零時(shí)的 V 形曲線。 U=220V n=1500r/min P2=0W 表 輸出功率約為零時(shí)數(shù)據(jù)記錄 序號(hào) 輸出電流 I（ A） 勵(lì)磁電流 If(A) IA IB IC I If 1 2 3 4 5 6 7 228 9 10 11 12 13 圖 輸出功率約為零時(shí) V形曲線（橫坐標(biāo)為 If，縱坐標(biāo)為 I） （ 3） 三相同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)輸出功率為 20W時(shí)，三相定子電流如表 所示， V形曲線如圖 所示； U=220V n=1500r/min P2=20W 表 輸出功率為 20W 時(shí)數(shù)據(jù)記錄 序號(hào) 輸出電流 I（ A） 勵(lì)磁電流 If(A) IA IB IC I If 1 2 3 4 5 6 7 238 9 圖 輸出功率為 20W 時(shí) V形曲線 （橫坐標(biāo)為 If，縱坐標(biāo)為 I） （ 4） 三相同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)輸出功率為 40W，三相定子電流如表 所示， V 形曲線如圖 所示。 表 輸出功率為 40W時(shí)數(shù)據(jù)記錄 序號(hào) 輸出電流 I（ A） 勵(lì)磁電流 If(A) IA IB IC I If 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 24 圖 輸出功率為 40W時(shí)