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1、 x 大 学电力系统综合设计题 目 发电机自动准同期并入电网 院 系 电气信息工程学院电气工程系 专业班级 电气 x 学生姓名 x 学生学号 x 指导教师 x x 电力系统综合设计任务书题目 发电机自动准同期并入电网 专业 电气工程及其自动化 姓名 x 学号 x 主要内容：根据发电机自动准同期并入电网所需的条件基本要求，完成额定容量为200MVA 的发电机并网操作，要求无振荡，无冲击电流，0.2s 后系统稳定运行。1) 发电机并网条件分析；2) 发电机并网模型的建立；3) 分别对发电机端电压电压与电网电压幅值、频率和初相位在各种匹配情况下，发电机并网过程的仿真；参考资料：1 刘介才.工厂供电
2、M 北京：机械工业出版社，2003.44-48.2 王先彬.电力系统及其自动化M.北京：中国电力出版社，20043 何仰赞，温增银电力系统分析 M 武汉：华中科技大学出版社， 20044 刘平，李辉.基于 Matlab 的发电机并网过程仿真分析J.20105 李光琦.电力系统暂态分析M.北京：中国电力出版社，2007完成期限 x.11.6 至 x.11.17 指导教师 x x 专业负责人 x x 年 11 月 6 日电力系统综合设计（报告）目 录1 设计要求.2 发电机并网条件分析.2.1 并网的理想条件.2.2 相位差、频率差和电压差对滑差的影响.3 发电机并网模型建立.3.1 仿真模型.3
3、.2 系统仿真模型的建立.3.3 发电机并网仿真分析.3.4 仿真结果及分析.4 结论.参考文献.9电力系统综合设计（报告）电力系统综合设计（报告）1 设计要求通过发电机并网模型的建立与仿真分析，掌握发电机并网方法和Matlab/Simulink 中的电力系统模块（PSB） ，深化对发电机并网技术的理解，培养分析、解决问题的能力和 Matlab 软件的应用能力。4) 发电机并网条件分析；5) 发电机并网模型的建立；6) 分别对发电机端电压电压与电网电压幅值、频率和初相位在各种匹配情况下，发电机并网过程的仿真；7) 理论分析结果与仿真分析结果的比较。2 发电机并网条件分析2.1 并网的理想条件同
4、步发电机组并列运行，并列断路器合闸时冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值一般不宜超过 1-2 倍的额定电流；发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。为了减小电网与发电机组组成的回路内产生的瞬时冲击电流，需保证同步发电机电压与电网并网瞬时电压相等，所以发电机并网的理想条件为：应有一致的相序。方应有相等的电压有效值。方应有相同或者十分接近的频率和相位。若满足理想条件，则并列合闸冲击电流为零，且并列后发电机与电网立即进入同步运行，无任何扰动现象。但在实际操作中，三个条件很难同时满足，而并列合闸时只要冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后发电机组能迅速拉入同步
5、运行且对电网影响较小，因此实际并列操作允许偏离理想条件一定范围时进行合闸操作。电力系统综合设计（报告）2.2 相位差、频率差和电压差对滑差的影响利用 Matlab 绘图工具可得到各种情况下滑差电压波形，设电网电压为，图 2-1 为频差为 0.5Hz、电压差和相位差为零的滑差电压波)sin(100wtU形。图 2-2 为频差为 0.5Hz、相位差为 60、电压差为零的滑差电压波形。图 2-3 为电压差为 10V、频差为 0.5Hz 相位差为零的滑差电压波形。图 2-1 频差为 0.5Hz、电压差和相位差为零的滑差电压波形图图 2-2 频差为 0.5Hz、相位差为 60、电压差为零的滑差电压波形图
6、电力系统综合设计（报告）图 2-3 电压差为 10V、频差为 0.5Hz 相位差为零的滑差电压波形图由图 2-1 和图 2-2 可知当电压差为零时滑差电压包络线都过零点，此时合闸则没有冲击电流。而有电压差时（如图 2-3）滑差只有最小值而不过零点，因此无论何时合闸都存在冲击电流，不利于系统稳定。3 发电机并网模型建立发电机并网模型建立发电机并网模型可用单机-无穷大系统模拟，由此分析发电机并网的动态过程。图 3-1 所示为单机-无穷大系统。图 3-1 单机-无穷大系统电力系统综合设计（报告）3.1 仿真模型1 单机即同步发电机，这里选用 Synchronous Machine，参数如下：2 变压
7、器模型选用 Three-phase Transformer，参数如下：3 无穷大系统用 powerlib 中的 inductive source with neutral，参数如下：系统负荷分别为。MWMW 105、3.2 系统仿真模型的建立打开 Matlab/simulink/simpowersystems/blocklibary,新建一个 mdl 文件，将所需的同步电机、变压器、线路、无穷大系统和负荷模型（按 3.1 选定的系统模型）拖到该文件下，如下图 3-2 所示：; 1 . 0“;0053. 0“;01. 1;18. 01;243. 0“;474. 0;252. 0“;296. 0;
8、305. 1;8 .13;200TqTdTdXXqXqXdXdXdkVVMWPnn053. 0;500;08. 021;002773. 021;230/8 .132/1;60;210LmRmLLRRkVkVVVHzfnMWPn;10/;230;60;10000RXkVVHzfnMVAPn电力系统综合设计（报告）图 3-2 电机并网仿真模型3.2.1 元件参数设定图 3-3 异步电机参数设定电力系统综合设计（报告）图 3-4 变压器参数设定图 3-5 发电机参数设定电力系统综合设计（报告）发电机设为 PU 结点，Bustype 为 pv generator。变压器采用 YgYg 接线，可省去计算
9、电压相角时相位差的变化。通过双击各模块，在弹出的窗口中可实现对其参数的设置和变更。对需要测量的量可直接引出端口接示波器，便于观察波形或进行数据分析。3.3 发电机并网仿真分析3.3.1 潮流计算和初始状态设置在并网仿真之前需先通过 Power GUI 进行潮流计算，使发电机电压发出电压满足并网幅值、相角、频率要求后可进行仿真，相当于发电机并网后的动态过程。为充分研究并网条件，分别对不同条件下的情况进行仿真分析，并做相应波形对比。双击 Power GUI，点击 Steady-State Voltages and Currents，显示当前稳定状态的电压电流值，并可选择查看状态变量、被测值、电压电
10、流源、非线性环节的电压电流值和相角。双击 Initial States Setting 可实现运行初始状态的设置，可对状态变量全设零或设为稳定状态或手动输入任意值，可从任意值开始进行仿真。3.3.2 发电机并网仿真通过改变发电机和系统的参数设置，可进行多种条件下的并网仿真分析，限于篇幅，这里只对部分条件做相应仿真分析。为便于分析发电机的并网过程，这里设置几种初始条件下的仿真。由于发电机和系统存在压差时，即使其他同步条件都符合要求还是会存在冲击电流。又考虑到变压器是 YY 型连接，仿真将分析频差、压差对系统稳定的影响。分别设置频差为 1%、5%、10%时比较发电机的同步情况。并与发电机存在压差时
11、进行对比分析。仿真算法采用 ode23S。3.4 仿真结果及分析对不同初始条件下的发电机并网过程进行仿真。合闸时在 0.2 秒，在频差 1%时，断路器合闸后，电压相位及频率能迅速拉入同步，如下图 3-6 所示：电力系统综合设计（报告）图 3-6 合闸时在 0.2 秒，在频差 1%时的电压波形图断路器合闸后，短路器两侧电流相位及频率会产生较大波动，导致波形不再是正弦型：图 3-7 断路器两侧电流波形频差 10%总体参数的发电机定子测的电流波形图如下所示:图 3-8 发电机定子侧电流波形电力系统综合设计（报告）当系统压差和相角差为零、频差也很小时，经过一个短暂、轻微的振荡过程，系统可迅速将发电机拉
12、入同步运行，几乎没有冲击电流。如图所示，当频差为 5%时，经过一个较长时间的振荡过程，系统最后也可以将发电机拉入同步运行，此时有一定的冲击电流。当频差较大时，如图 10%，系统将一直处于振荡状态，无法稳定。发电机将不能与系统实现同步运行，若此时并网则将存在很大的冲击电流。图 3-8 存在压差时两侧的电压波形在 0.2 秒并网时，从电压波形图可以看出发电机电压相位与电网电压在 0.2 秒前有一个相位差，在 0.2 秒合闸时，发电机机组迅速投入运行，其电压与电网电压波形一致，说明并网成功。4 结论发电机机组并入电网运行时， 若发电机频率与电网频率不相等、电压幅值不相等、相角差不为零，会产生很大的冲击电流，危机设备的安全，合闸后发电机组不能迅速拉入同步运行，将导致电网运行的不良后果。所以实际中待并入的发电机机组的调节系统应在上述三个条件得到满足的情况下才能进行并网运行的操作。才不会对电网运行产生不良后果。用 Simulink 建立电力系统模型，用仿真方法对三种常见情况下的发电机并网运行进行了仿真分析，得到了
