【文章內(nèi)容簡介】 仿真模型進行 潮流計算和初始狀態(tài)設置，使其工作在穩(wěn)定狀態(tài)，便于進行下一步運行，操作如下： 12（ 1） 點擊進入 Power GUI 模塊，在其中選項點擊 SteadyState Voltages and Currents 按鈕，從而能看到當前時刻下各項參數(shù)值，同時能選擇查看的還有狀態(tài)變量、電壓電流值等； （ 2） 點擊 Initial State Setting 選項可完成模型運行初始狀態(tài)的設定，可以將狀態(tài)變量參數(shù)全部設為零或者設為穩(wěn)定狀態(tài)或手動輸入給定值，從而可以針對不同初始條件來進行仿真分析； （ 3） 通過 Machine Load Flow 選項用來挖妙脆角 鞥模型中三相同步發(fā)電機節(jié)點的設置，此處設節(jié)點為 Pamp。V Generator，同時還可對三相同步發(fā)電機的功率和電壓進行設定，在窗口中可查看三相同步發(fā)電機的各項參數(shù)。 同步發(fā)電機并網(wǎng)過程仿真分析 通過改變?nèi)嗤桨l(fā)電機和系統(tǒng)的的參數(shù)設置，可對多種條件下的并網(wǎng)進行仿真分析，考慮到變壓器是 YY 型連接，本設計主要分析比較在同步發(fā)電機與三相電源兩端頻差為 1%、 5%、 10%時發(fā)電機的運行情況以及在兩端存在相位差，壓差時進行研究分析。仿真算法采用 ode45，波形顯示皆為其標幺值。 觀察在正常條件下運行后三相 同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速如圖 所示，可以看到整個仿真模型系統(tǒng)在運行 60 秒左右后穩(wěn)定。所以斷路器設定在運行70 秒后閉合閉合，即 70 秒時刻實現(xiàn)并網(wǎng)操作。 13 圖 同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速 存在頻差時的仿真結(jié)果 （ 1）兩端相位和電壓一致，頻差 1%（正常條件下并網(wǎng)）時，三相同步發(fā)電機的 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 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秒時刻沖擊電流為 ,而穩(wěn)態(tài) 時 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)前后幾乎沒有變化，說明并網(wǎng)契合度很高。 （ 2）兩端相位和電壓一致，頻差 5%時，并網(wǎng)沖擊電流波形如圖 。 圖 三相同步發(fā)電機 a相電流 可以觀察到盡管三相同步發(fā)電機最終能穩(wěn)定下來，但是其在 70秒并網(wǎng)時刻沖擊電流高達 6，為穩(wěn)態(tài)時的電流的 24倍，此時沖擊電流是極高的，在實際中屬于非常危險的并網(wǎng)，可能會燒壞電網(wǎng)內(nèi)設備。 15 （ 3）兩端相位和電壓一致，頻差 10%時，并網(wǎng)沖擊電流波形如圖 。 圖 三相同步發(fā)電機 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)無法穩(wěn)定，并網(wǎng)時刻沖擊電流高達 8，為穩(wěn)態(tài)時的 32倍，在實際操作過程中，這種并網(wǎng)時不允許的。 存在壓差時的仿真結(jié)果 將三相同步發(fā)電機端電壓由 修改為 ，同時也改變了發(fā)電機端三相負載的額定電壓，沖擊電流波形如圖 所示。 圖 三相同步發(fā)電機 a 相電流 可以觀察到并網(wǎng)時刻沖擊電流為 ，約為穩(wěn)態(tài)時電流的 3 倍，沖擊電 16流較大，并網(wǎng)穩(wěn)定后，三相同步發(fā)電機的 a 相定子穩(wěn)態(tài)電流增大。 存在相位差時的仿真結(jié)果 在變壓器兩端電壓和頻率都一致的情況下，設置相位差，此時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 a 相電流 圖 并網(wǎng)前后變壓器兩側(cè)電壓 并網(wǎng)時沖擊電流為 ，是穩(wěn)態(tài)時的約 3 倍，之后系統(tǒng)也能快速達到穩(wěn)定狀態(tài)。 本章小結(jié) 基于 MATLAB 對同步發(fā)電機的并網(wǎng)過程進行了系統(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)電機并網(wǎng)條件以及并網(wǎng)中系統(tǒng)的運行狀態(tài)，為進入實驗室內(nèi)操作打好 了理論基礎。 184 實驗室內(nèi)同步發(fā)電機的并網(wǎng) 原理 以 中所述同步發(fā)電機并網(wǎng)條件為理論基礎，采用準確整步法中燈光旋轉(zhuǎn)法為并網(wǎng)方法實現(xiàn)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行。 設備與接線 實驗設備 實驗設備如表 所示。 表 實驗設備 序 號 型 號 名 稱 數(shù) 量 1 MET01 電源控制屏 1 臺 2 DD03 不銹鋼電機導軌、測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 1 件 3 DJ23 校正直流測功機 1 臺 4 DJ18 三相 同步電機 1 臺 5 D342 智能 型 功率、功率因數(shù)表 1 件 6 D52 旋轉(zhuǎn)燈、并網(wǎng)開關、同步機勵磁電源 1 件 實驗接線 實驗設備接線圖如圖 所示。 19 圖 同步發(fā)電機并網(wǎng)試驗線路原理圖 其中直流測功機勵磁電阻 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)電機勵磁電阻 Rf2選用 D41設備 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。 實驗方法 有功功率的調(diào)節(jié) （ 1）按 所述準確整步法中燈光旋轉(zhuǎn)法操作把同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行； （ 2）成功并網(wǎng)之后，調(diào)節(jié)原動機 MG 的勵磁電阻 Rf1和發(fā)電機的勵磁電流 If 從而使同步發(fā)電機的三相定子電流約為零，此時則有同步發(fā)電機的勵 20磁電流 If=If0。 （ 3）保持（ 2）中電流不變化，接著調(diào)節(jié)勵磁電阻 Rf1,令 其 阻值增大，此時三相同步發(fā)電機的輸出功率也會同樣增大。 （ 4）當三相同步發(fā)電機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)。 無功功率的調(diào)節(jié) 測取輸出功率等 于零時三相同步發(fā)電機的 V形曲線： （ 1）按 所述準確整步法中燈光旋轉(zhuǎn)法操作將同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行； （ 2）使三相同步發(fā)電機的輸出功率 P2穩(wěn)定約為零； （ 3）先調(diào)節(jié) Rf2電阻使三相同步發(fā)電機的勵磁電流上升，（調(diào)整辦法是先調(diào)節(jié) 串聯(lián) 部分，調(diào)至零位后用導線短接，再調(diào)節(jié)并聯(lián)部分）使同步發(fā)電機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。記錄此點同步發(fā)電機的勵磁電流 If、定子電流 I； （ 4）減少同步發(fā)電機勵磁電流 If使定子電流 I 減少到最小值并記錄此點數(shù)據(jù)； （ 5）繼續(xù)減少同步電機勵磁電流，此時定子電流又將開始增大到額定電流； （ 6）在上述（ 4）和（ 5）兩種情況下讀取三相電流及勵磁電流并記錄。 輸出功率為 20W 和 40W 時的操作同上，同時記錄數(shù)據(jù)。 實驗結(jié)果 （ 1） 三相同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時有功功率變化時，三相定子電流、同步發(fā)電機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 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)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行同步發(fā)電機輸出功率為零時，三相定子電流與勵磁電流如表 所示 ，繪制輸出電流平均值與勵磁電流關系如圖 所示，即輸出功率約為零時的 V 形曲線。 U=220V n=1500r/min P2=0W 表 輸出功率約為零時數(shù)據(jù)記錄 序號 輸出電流 I（ A） 勵磁電流 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 V形曲線（橫坐標為 If，縱坐標為 I） （ 3） 三相同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行同步發(fā)電機輸出功率為 20W時，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 時數(shù)據(jù)記錄 序號 輸出電流 I（ A） 勵磁電流 If(A) IA IB IC I If 1 2 3 4 5 6 7 238 9 圖 輸出功率為 20W 時 V形曲線 （橫坐標為 If，縱坐標為 I） （ 4） 三相同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行同步發(fā)電機輸出功率為 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時數(shù)據(jù)記錄 序號 輸出電流 I（ A） 勵磁電流 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