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1、本科生毕业论文（设计）中文题目 同步发电机的发电及并网运行（实验室内） 英文题目 Generation and grid operation of synchronous generator (in laboratory)学生姓名 吴佳鑫 班级 651105 学号 65110536 学 院 仪器科学与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 指导教师 李振峰 职称 副教授 摘要在当前电网供电系统中，旨在提供高质量电能的前提下，需要将多台同步发电机进行并网运行，其优点突出，可通过仿真和实际实验操作两方面来探讨分析并网条件及整个并网过程。前者主要采用MATLAB软件中simulink内包含的电力系
2、统模块PSB来构建仿真模型，构建一单机-无穷大系统，在Simulink环境下，能对所构建的系统进行各项参数计算，并且能够显示各项参数的波形输出，其中主要包括不同频差，不同压差，不同相位差时冲击电流的波形以及各种状态电网端与同步发电机端两侧的电压波形；在实际实验室内操作中，采用准确整步法中灯光旋转法来确定并网合闸的最佳时刻，通过改变并网后的有功功率来测取并网后的三相电流、三相功率、功率因数等数值并以此分析其运行状态，通过调节运行时无功功率来测取三相电流和励磁电流，作出其关系图即V形曲线。关键词 单机无穷大系统 冲击电流 准确整步法 V形曲线 Title Generation and grid o
3、peration of synchronous generator (in laboratory)AbstractIn the power supply system, in order to provides the high quality electrical energy under the premise, need multiple synchronous generator grid connected operation, the utility model has the advantages of prominent, through simulation and actu
4、al experimental operation two aspects to discuss and analyze the network conditions and the whole process of grid. Simulation of power system by the MATLAB module in the PSB to build the simulation model, the construction of a single machine infinite bus system, under the environment of Simulink, si
5、mulation of the power system, and can be convenient for graphical display of various waveforms, including different frequency difference, different pressure, different phase difference of impulse current the waveform and various state power grid and end on both sides of the synchronous generator ter
6、minal voltage waveform; in the actual operation of the laboratory, to determine the best time step in the whole lighting grid using accurate rotation method, by adjusting the three-phase synchronous generator active power machine is connected in parallel with the power grid operation by measuring th
7、ree-phase current, power, power factor and grid the analysis of operation state, by regulating the operation of reactive power to measure three-phase current and excitation current, make the diagram namely V curve.Keywords Single-machine infinite-bus system Impact current Accurate integer method V c
8、urve目录1 绪论11.1 本选题背景及意义11.2 同步电机的基本构造及作用原理21.3 本设计完成的主要工作41.4 本章小结52 基本原理62.1 同步发电机并网及并网条件62.2 同步发电机并网整步方法72.3 本章小结93 基于MATLAB的同步发电机并网仿真103.1 同步发电机并网模型建立103.2 同步发电机并网仿真过程分析123.3 本章小结164 实验室内同步发电机的并网184.1 原理184.2 设备与接线184.3 实验方法194.4 实验结果204.5 本章小结245同步发电机并网工作状态分析255.1 V形曲线意义255.2 同步发电机欠励状态265.3 同步发电
9、机过励状态265.4 本章小结27总 结28参考文献29致 谢32 1 绪论1.1 本选题背景及意义改革开放后的30多年，我国工业化发展再上一个新台阶，这其中能源工业的快速发展为下游工业企业拓宽了发展空间，起到了尤为重要的作用。而在能源工业方面，电力行业的不断突破瓶颈式发展表现最为突出。因此对电网供电进行探讨有其作用所在。在当前电网供电系统中，单一的同步发电机对电网供电不能满足要求，这主要表现在以下4个方面：（1）单独一台发电机的容量存在限制；从而使得其发电容量也受到限制。（2）负载是经常不断变化的使得在线路负载很小时，发电机的供电效率非常低，不符合经济效益。（3）若发电厂没准备备用电机，一旦
10、电网中发电机需要检修，就必须停止供电。但是若有备用发电机，也等同于经常闲置了一台发电机，这是非常不经济的。（4）在电网中线路负载改变时，因为是单台发电机供电，电网系统容量并不大，此时发电机的频率以及其电压都会受到影响。比如当启动一台大容量的电动机而引起冲击电流时，首先由于电枢反应的存在使电压下降，其次由于线路负载增加，此时和发电机轴联带动其转动的原动机转速下降，同时使得其频率和发电机端电压也下降。这种情况下即使在发电机侧配备有调压装置以及在原动机配备有调速装置，也很难不会发生频率和端电压突然降低。此时会使得灯光发暗，电网中其他电动机转速下降，同时还会产生短时间冲击电流。在电压过低时，本来要起动
11、的大容量电动机，可能会因为起动转矩不足而启动不起来，或者要经过一个非常场时间的启动过程才能启动，这是很不符合发电的最优化的并且同时设备产生过热现象也易烧坏。由于上述的这些不足，单台发电机运行一般多用在农村或者发电量需求不大的地区，而在广大的工业地区，每个发电厂都是由几台或者十几台发电机并联起来发电。而通过将多台同步发电机并网运行后优点明显，主要表现在： （1）提高了供电的可靠性，当电网中只有一台发电机出现故障时需要检修并不需要停电； （2）使得供电更加的灵活经济且便于统一管理。比如当将水电厂与火电厂一起并入电网运行时，在供电旺季和淡季,两种电厂可以按照当前需求,使得各种用以发电能源能得到合理使
12、用。同时也能据此来安排投入电网的发电机数量，这样的话就能极大提高供电的效益； （3）使得供电质量得到加强，电网中一台发电机的使用与否，局部负载的变化，不会对整体产生较大影响。 所以在该背景下，探讨分析发电厂电机并网发电模式并对不同条件下的同步发电机并网进行讨论是很有意义的。1.2 同步电机的基本构造及作用原理1.2.1 同步电机的基本构造同步电机结构主要分为转子、定子、气隙、冷却系统以及励磁系统，其中转子有两种构造型式：凸极式和隐极式，定子则包括铁芯、绕组和机座。其结构模型如图1.1所示。图1.1 同步电机结构模型1.2.2 同步电机的作用原理将同步电机与原动机相连，利用原动机带动同步电机转子
13、选装，给其提供机械能。此时同步电机内部随着转轴一起运动的励磁磁场依次切割定子各相绕组即等同于绕组也切割磁场。此时主要磁场与绕组之间发生相对切割，内部电枢绕组中就会感应出规律性变化的三相电势即可提供交流电源。如图1.2所示。图1.2 同步发电机示意图1.3 本设计完成的主要工作1.3.1 同步发电机并网过程的仿真在MATLAB仿真软件环境下，在SIMULINK模块集合中的Power System Blockset中选择适合当前仿真的同步发电机模型和同步发电机的调速模型HGT和励磁模块Excitation System、变压器、三相电源、三相负载、断路器等搭建仿真模型，模拟同步发电机并网过程，通过
14、示波器显示下列条件下冲击电流波形和变压器两侧同步发电机端以及三相电源端电压波形：（1） 两端相位，电压一致，频差1%；（2） 两端相位，电压一致，频差5%；（3） 两端相位，电压一致，频差10%；（4） 两端频率，相位一致，存在压差；（5） 两端频率，电压一致，存在相位差；由整个仿真过程深刻理解同步发电机并网条件，掌握同步发电机并网原理，为进入实验室测取数据并分析做准备。1.3.2 同步发电机并网的实验室操作利用学校电机学实验室现有设备条件，采用同步发电机并网准确整步法中的灯光旋转法或者灯光明暗法判断最佳并网时机，使用直流测功机和同步电机通过轴联再在这之前接入励磁和电枢电压模拟同步发电机发电，
15、实验室内三相电源模拟大电网侧，在并网成功后分别改变同步发电机的有功功率和无功功率输出的大小，测取励磁电流、功率因数、三相定子电流等数值，分析同步发电机在与三相电源并联运行之后的工作状态并由此延伸探讨。1.4 本章小结首先介绍了本设计选题的背景和意义，从中可以看出该设计课题的意义所在，接着简单说明了同步发电机的基本构造及其作用原理，为后续工作提供一定的理论基础，最后详细述说了本设计课题的主要工作任务和目标。2 基本原理2.1 同步发电机并网及并网条件2.1.1 同步发电机并网将同步发电机并联接入电网运行称为同步发电机并网，其示意图如图2.1所示。图2.1 同步发电机并联成大电网2.1.2 同步发电机并网条件令同步发电机和大电网进行并联在一起运行时的过程叫做整步。在并网时考虑到要不能使同步发电机受到损伤同时要避免电网受到重大干扰，避免较大的电流产生。
