武汉大学电气工程学院丁涛老师综合自动化PSCAD仿真实验

1、本文格式为word版，下载可任意编辑武汉大学电气工程学院丁涛老师综合自动化pscad仿真实验 武汉高校 电气工程学院 综合自动化 pscad 仿真试验 姓名:* 学号:20*302540* 班级:电气*级*班 一、同步发电机的准同期并列操作 发电机的准同期并列操作，是在同步发电机已经投入调速器和励磁装置，当发电机电压的幅值，频率和相位接近相等时，通过并列点断路器合闸将发电机并入电网运行的一系列动作。 详细参见教材电力系统自动化或自动装置原理。 1. 试验预习 清晰同步发电机准同期并列的概念和原理。 2. 试验目的 了解数字仿真软件中发电机组的构成，仿真同步发电机准同期并列操作。 3. 试验步骤

2、 （1） 将仿真示例 copy 到电脑。进入 pscad，打开 sync_in_paralell; (2 ) 三个时间的设置 点右键，再点project setting, 再点runtime，留意time setting 三个参数的设置。 duration of run (sec): 程序计算时间，以秒为单位； solution time step ( s m ): 计算步长，以微秒为单位，两个相邻计算点之间是一个计算步长； 如上图的 200s, 50 s m ，用计算输出的数据来说明，第一个数据的时间坐标是 0s, 最终一个数据的时间是 200s，每两个数据的时间坐标相差 50 s m 。

3、channel plot step ( s m ): 作图步长，以微秒为单位，图上相邻两个点之间的时间是一个画图步长。 请将模型计算时间和运行时间区分开，同学们可以看看要得到 200s 的计算数据，运行时间是多少。登记点击菜单 开头运行和结束运行的实际时间，两者之差就是运行时间，该时间与电脑性能亲密相关。 （3） 学习各个元件的使用。 a. 在关心中没有介绍的元件 例如 ，双击后有 ， 表明：点击菜单运行图标 ，程序计算时间从 0 开头计时，当计算时间是 0.7s 时，该元件的输出由 0 变为 1. b. 在关心中有介绍的元件 例如选择器： ，a、b 是输入，右端是输出。a 双击后有 点击he

4、lp, 可知如何使用。如上图所填，当 ctrl 端等于 1，a 端输入被选择，输出等于 a 端输入。 (4) 系统模型的构成 a. 一次系统 （a）同步发电机；（b）断路器；（c）电网 b. 二次系统 （a）励磁掌握器；（b）原动机与调速器；（c）准同期并列操作掌握 （5） 准同期并列操作掌握输出对并列断路器的作用 （a） 利用菜单的望远镜找到断路器； (b) 双击断路器，找到掌握断路器开断的掌握信号， 上图中的 brk 就是准同期并列操作的输出。 （6） 设置发电机的初始参考角速度 wref = 0.999。并列胜利后，wref = 1。如下图所示； （7） 再次打开 sync_in_par

5、alell，workspace 如下图所示 点击左下角output找到的元件，将有箭头指向系统模型中的断路器。 设置发电机的初始参考角速度 wref = 1.001。并列胜利后，wref = 1。如下图所示； 4. 试验记录 （1） 对准同期并列操作掌握模型的熟悉 将各部分图形插入下面对应处： a. 电压比较； b. 频率比较； c. 越前相角推断。 （2） brk 变量的变化曲线； （3） 断路器两侧电压相角差的变化曲线； （4） 发电机端电压的变化曲线； （5） 发电机输出有功、无功的变化曲线； （6） 发电机角频率的变化曲线 （7） 断路器两侧电压矢量的相对运动图（留意观看两种不同参考速

6、度时， 第一个周期机端电压矢量相对于电网电压矢量的运动方向） 留意，要求图形在各个时间点的变化清楚可见，与试验分析结合能说明问题。为此，可取某变量的部分时间段细节图（用鼠标框出关怀图形部分），而不是整个运行期间的。 5. 试验分析 a. 相角差检测有必要如模型所示考虑两种状况吗？ 答:有必要，由于当滑差角频率为正和为负时，相角差的变化性质不同（前者为发电机超前系统的趋势，后者为发电机滞后于系统的趋势），因此会影响检测结果。 b. 并列规律掌握中为何有延时环节？ 答:延时环节是由于考虑到.处理单元发出合闸信号 doa 断路器主触头闭合时需要经受一段时间，确保合闸时间的精确性。 c. 在前述两种不

7、同并列参考角速度时，ryq 有何区分？（从正负符号上说明？） 答 答: 当 wref=0.999 时 当 wref=1.001 时 wref=0.999 时，滑差角频率小于 0，所以在初始一段时间内，越前相角ryq 计算值为负，也就说明该时段内无法完成合闸任务，而 wref=1.001 时，滑差角频率大于 0，在初始一段时间内，越前相角 ryq 为正值，说明该段时间内若相角差满意肯定条件，可能能够合闸。 d. 在前述两种不同并列参考角速度时，ph 有何区分？由记录图形说明。 答: 由之前记录的不同发电机初始参考角速度对应的 ph 波形图可得，wref=0.999 时，由于 wref lt;w，

8、ph 的值有正渐渐变为负，呈下降趋势，而wref=1.001 时，由于 wref gt;w，ph 的值有负渐渐变为正，呈上升趋势。 wref=0.999 时, ph 的变化状况图如下: wref=1.001 时, ph 的变化状况图如下: e. wref = 0.999，运行第一个滑差周期机端电压矢量相对于电网电压矢量的运动方向是逆时针还是顺时针？ wref = 1.001 时，第一个周期机端电压矢量相对于电网电压矢量的运动方向是逆时针还是顺时针？ 答: wref = 0.999，在运行第一个滑差周期机端电压矢量相对于电网电压矢量的运动方向是逆时针，wref = 1.001 时，第一个周期机端

9、电压矢量相对于电网电压矢量的运动方向还是逆时针。由于在运行第一个滑差周期内，系统和发电机的相角差均是增大的。 f. wref = 0.999 时，并列是否胜利？依据是什么？wref = 1.001 时呢？ 答: wref = 0.999 时，并列是胜利的，依据是当系统达到稳态时，发电机的频率和系统频率达到全都，且相位差稳定在一个合理的范围内。由此依据，也可得出 wref = 1.001 时，并列也是胜利的。 6. 进一步思索 观看准同期并列效果，如何改善？ 答: 试验示例中的准同期并列过程虽然比较顺当，但过程并不非常平缓，为改善并列效果，利用相角差的定义公式：0 0( )si g sph t

10、w j j = + - g 可得,可以通过减小发电机和系统的初始相角差或者频率差（主要转变发电机初始角速度）。 二、同步发电机的频率与有功掌握数字仿真试验 同步发电机调速系统分为机械液压式和电气液压式，担当调频和有功掌握任务。 详细参见教材电力系统自动化或自动装置原理。 4. 试验预习 清晰同步发电机调速掌握系统的分类、原理和作用。 5. 试验目的 了解数字仿真软件中发电机组的构成，对调速掌握系统的频率与有功掌握功能仿真。 6. 试验步骤 （8） 打开 sync_in_paralell， a. 加入 （设置 time=250s）和 ，使并列后的发电机调速 掌握器的参考输入电角频率为 1.005

11、，如下图所示： b. 计算时间为 350s。计算步长为 100； c. 点击 。 （9） 打开 sync_exciter_governor2，运行， 留意， ； （10） 打开 sync_in_paralell， a. 150s 时，在发电机端投入负荷，如下图所示， b. time=250s 时 ，使发电机调速掌握器的参考输入功率为 0.1，如下图所示： c. 计算时间为 400s。计算步长为 100； d. 点击运行； （11） 打开 sync_exciter_governor3，运行， 留意：100s 时负荷增加，如右图； 200s 时调速器给定输入功率增加，如右图。 7. 试验记录 （1

12、） sync_in_paralell 转变参考电角速度的运行结果，包括： a. 发电机输出有功变化曲线； b. 发电机输出无功变化曲线； c发电机电角速度变化曲线； d. 发电机机械转矩变化曲线； e. 发电机励磁电流变化曲线； f. 发电机励磁电压变化曲线； e. 发电机机端电压变化曲线 （2） sync_exciter_governor2 的运行结果，包括： a. 发电机输出有功变化曲线； b. 发电机输出无功变化曲线； c发电机电角速度变化曲线； d. 发电机机械转矩变化曲线； e. 发电机励磁电流变化曲线； f. 发电机励磁电压变化曲线； d. 发电机机端电压变化曲线 （3） sync

13、_in_paralell 转变参考输入功率的运行结果，包括： a. 发电机输出有功变化曲线； b. 发电机输出无功变化曲线； c发电机电角速度变化曲线； d. 发电机机械转矩变化曲线； e. 发电机励磁电流变化曲线； f. 发电机励磁电压变化曲线； e. 发电机机端电压变化曲线 （4） sync_exciter_governor3 的运行结果，包括： a. 发电机输出有功变化曲线； b. 发电机输出无功变化曲线； c发电机电角速度变化曲线； d. 发电机机械转矩变化曲线； e. 发电机励磁电流变化曲线； f. 发电机励磁电压变化曲线； e. 发电机机端电压变化曲线 留意，要求图形在各个时间点的

14、变化清楚可见，与试验分析结合能说明问题。为此，可取某变量的部分时间段细节图（用鼠标框出关怀图形部分），而不是整个运行期间的。 8. 试验分析 (1) 比较试验记录 4（1）与 4（2）的各个对应变量，说明转变调速器参考电角速度时，两个系统各个变量的变化趋势和变化幅度是否相同？假如不同，不同处在哪里？请分析缘由。 答:转变调速器参考电角速度时，两个系统各个变量的变化趋势基本相同，但变化幅度不相同。4（2）的各个对应变量的变化幅度相对较小。缘由:在调整调速器的参考电压时，会对系统造成影响，但两个系统的容量不同，受到扰动后造成的影响也有所不同。对于无穷大系统来说，调速器参考电压带来的扰动较小，其对应

15、的各个变量的变化幅度也就较小。但对于容量不是很大的系统来说，调速器参考电压的变动影响较大，各个变量的变化幅度也就较大。 (2) 比较试验记录 4（3）与 4（4）的各个对应变量，说明转变调速器参考输入功率时，系统各个变量的变化趋势和变化幅度是否相同？假如不同，不同处在哪里？请分析缘由。 答：各变量的变化趋势大致相同，但变化幅度有所差异。4（4）的变化趋势较 4（3）的变化平缓一些，过渡过程也相对较快。缘由：4（4）的复合较 4（3）的大，故负荷调整效应较好，即在投入相同的负荷时，对系统的各个变量的冲击较小，影响也就较小。 6. 进一步思索 （1） sync_ in_paralell 、sync

16、_exciter_governor2 电力系统中，可否转变参考电角速度从而调频率和有功？请简洁说明缘由。 答: 在直接带负荷系统中可以。转变参考角速度的时候，由于负荷的转矩不变，由 p t = w 可知，有功功率会增加，从而导致转子加速，使其转速增加，在经过肯定时间的震荡后，会稳定下来，和参考加速度保持全都。而在无穷大系统中不行，这样会导致系统消失频率差，而消失系统失步的状况。 （2） sync_ in_paralell 、sync_exciter_governor3 电力系统中，可否转变参考有功从而调频率和有功？请简洁说明缘由。 答:带负荷系统中可以转变有功和频率。由于在转变参考有功后，带负

17、荷系统为达到功率平衡，会进行平衡点的移动，从而使系统在新的平衡点处达到平衡。随着平衡点的移动，发电机的频率也发生了转变。但无穷大系统会通过转变功角的大小来进行调整，可以转变系统有功，但不能转变系统频率。 （3） 一次调频和二次调频作用是如何体现的？ 答:依靠发电机组调速器自动调整发电机组有功功率输出的过来来调整频率的方法，称为一次调频。通过掌握同步器调整发电机组输出功率来调整频率的方法，称为二次调频。 一次调频： 二次调频： 一次调频为有差调频，但二次调频可实现无差调频。 三、同步发电机的电压与无功掌握数字仿真试验 同步发电机励磁系统可分为直流励磁机励磁系统、沟通励磁机励磁系统、静止励磁系统（

18、发电机自并励系统），担当电压掌握、转变发电机无功等任务。 详细参见教材电力系统自动化或自动装置原理。 9. 试验预习 清晰同步发电机励磁掌握系统的分类、原理和作用。 10. 试验目的 了解数字仿真软件中发电机组的构成，对励磁掌握系统的电压与无功掌握功能仿真。 11. 试验步骤 （12） 将仿真示例 copy 到电脑。进入 pscad，打开 sync_in_paralell。 f. 加入 （设置 time=250s）和 ，使并列后的发电机励磁掌握器的参考输入电压为 1.005，如下图所示： g. 将电网等值电源改为抱负电源，如下图所示： h. 计算时间为 350s。计算步长为 100 s m ，使运行时间缩短； i. 点击 。 （2）打开 sync_exciter_governor1，运行。 12. 试验记录 （1）sync_in_paralell 转变参考电压的运行结果，包括： a. 发电机输出有功变化曲线； b. 发电机输出无功变化曲线； c发电机电角速度变化曲线； d. 发电机机械转矩变化曲线； e. 发电机励磁电流变化曲线； f. 发电机励磁电流变化曲线； e. 发电机机端电压变化曲线 （2）sync_exciter_governor1 的运行结果，包括： a. 发电机输出有功变化曲线