同步发电机机端三相短路的建模与仿真课设
同步发电机机端三相短路是电力系统中一种常见的故障情况，对于电力系统的稳定运行和设备的安全运行具有重要影响。因此，对同步发电机机端三相短路进行建模与仿真分析是电力工程专业学生进
行课程设计的一项重要内容。
建模与仿真是电力工程领域中常用的方法，通过建立系统的数学模型并利用计算机软件进行仿真，可以模拟出系统在不同工况下的运行情况，从而帮助工程师分析系统的稳定性、安全性和经济性等方面的问题。
在进行同步发电机机端三相短路的建模与仿真时，首先需要建立电力系统的数学模型。通常，可以采用dq轴定子参考框架下的同步发电机数学模型，将机端三相短路作为外部故障输入到系统中。
接下来，需要确定故障的类型和位置。同步发电机机端三相短路可以分为对称短路和非对称短路，对称短路是指三相之间短路电阻相等，而非对称短路则是指三相之间短路电阻不相等。根据实际情况，可以选择不同的故障类型和位置进行仿真分析。
然后，需要确定电力系统的参数。包括同步发电机的电气参数、传动系统的参数以及负载的参数等。通过测量和计算可以得到这些参数的
数值。
在确定了模型和参数之后，可以利用电力系统仿真软件（如PSCAD、Simulink等）进行仿真分析。通过改变故障类型、故障位置以及系
统参数的数值，可以模拟不同的故障情况，并观察系统的响应。
最后，根据仿真结果可以对同步发电机机端三相短路进行评估和分析。可以通过观察发电机的转速、电流、电压、功率等参数的变化情况，来评估故障对系统的影响。同时，还可以分析电力系统的保护装置的动作情况，判断保护装置的可靠性和动作速度等。
总之，同步发电机机端三相短路的建模与仿真是电力工程学生进行课程设计的一项重要任务。通过建立电力系统的数学模型，确定故障类型和位置，确定系统参数，利用仿真软件进行仿真分析，可以评估和分析故障对电力系统的影响，为电力工程的实际应用提供有价值的参考。
第1章绪论 电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大。在这种情况下，许多大型的电力科研试验很难进行，一是实际的条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。因此，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具必不可少。而在众多的仿真工具中，MATLAB 以其优越的运算能力、方便和完善的绘图功能脱颖而出。 1.1设计目的 让学生综合运用Matlab/Simulink仿真工具箱，建立电力系统仿真模型，对系统三相短路和单相短路等故障形式进行设计、仿真、分析，加深对供电和电力系统知识的了解，并进一步熟悉MATLAB电力系统这一仿真工具。 1.2设计任务 1.运用Simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真，对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。 2.建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。 1.3设计要求 1.要求每个学生独立完成设计任务。 2.针对每个仿真要给出详细的结果分析。 3.完成实训任务书。 4.要求提交成果：报告书一份。
第2章MATLAB语言的概述 2.1 MATLAB简介 MATLAB是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台，所具有的程序设计灵活，直观，图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科，多平台的强大的大型软件。MATLAB提供的Simulink工具箱是一个在MATLAB环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。它提供了用方框图进行建模的接口，与传统的仿真建模相比，更加直观、灵活。Simulink的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个系统。每个程序块由输入向量，输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。在计算前，需要初始化并赋初值，程序块按照需要更新的次序分类。然后用 ODE计算程序通过数值积分来模拟系统。MATLAN含有大量的 ODE计算程序，有固定步长的，有可变步长的为求解复杂的系统提供了方便。MATLAB在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块SimPowerSystem 来完成的。 由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。MATLAB 的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。通过MATLAB 的 SimPowerSystem的模块对电力系统中的应用进行仿真，从而说明其在电力系统仿真中的运用电力系统的仿真可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，通过故障仿真得出了相关的电压稳定性方面的结论，从而证明了这种仿真的正确性和在分析应用中的可行性。 2.2 Simulink简介 Simulink是Matlab软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB软件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。 由于 Simulink可以很方便地创建和维护一个完整的模型，评估不同算法和结构并验证系统性能，另外Simulink还可以与MATLAB中的DSP工具箱、信号处理工具箱以及通讯工具箱等联合使用，进而实现软硬件的接口，从而成为实用的
同步发电机机端三相短路的建模与仿真课设 同步发电机机端三相短路是电力系统中一种常见的故障情况，对于电力系统的稳定运行和设备的安全运行具有重要影响。因此，对同步发电机机端三相短路进行建模与仿真分析是电力工程专业学生进 行课程设计的一项重要内容。 建模与仿真是电力工程领域中常用的方法，通过建立系统的数学模型并利用计算机软件进行仿真，可以模拟出系统在不同工况下的运行情况，从而帮助工程师分析系统的稳定性、安全性和经济性等方面的问题。 在进行同步发电机机端三相短路的建模与仿真时，首先需要建立电力系统的数学模型。通常，可以采用dq轴定子参考框架下的同步发电机数学模型，将机端三相短路作为外部故障输入到系统中。 接下来，需要确定故障的类型和位置。同步发电机机端三相短路可以分为对称短路和非对称短路，对称短路是指三相之间短路电阻相等，而非对称短路则是指三相之间短路电阻不相等。根据实际情况，可以选择不同的故障类型和位置进行仿真分析。 然后，需要确定电力系统的参数。包括同步发电机的电气参数、传动系统的参数以及负载的参数等。通过测量和计算可以得到这些参数的
数值。 在确定了模型和参数之后，可以利用电力系统仿真软件（如PSCAD、Simulink等）进行仿真分析。通过改变故障类型、故障位置以及系 统参数的数值，可以模拟不同的故障情况，并观察系统的响应。 最后，根据仿真结果可以对同步发电机机端三相短路进行评估和分析。可以通过观察发电机的转速、电流、电压、功率等参数的变化情况，来评估故障对系统的影响。同时，还可以分析电力系统的保护装置的动作情况，判断保护装置的可靠性和动作速度等。 总之，同步发电机机端三相短路的建模与仿真是电力工程学生进行课程设计的一项重要任务。通过建立电力系统的数学模型，确定故障类型和位置，确定系统参数，利用仿真软件进行仿真分析，可以评估和分析故障对电力系统的影响，为电力工程的实际应用提供有价值的参考。
基于matlab的同步发电机组建模与仿真基于matlab的同步发电机组建模与仿真I 基于MATLAB 的同步发电机组建模与仿真摘要随着电网的规模越来越大，电力系统的运行也随之越来越复杂。 同步发电机及其控制系统作为电源是电力系统中的重要组成部分，其性能对电力系统有着极大的影响，直接关系到系统的稳定运行。 为了使电力系统安全而经济地运行，我们必须对同步发电机组特性进行深入的研究。 而同步发电机组运行是一个相当复杂的过程，其动态特性随着机组的运行状态而不断变化，所以建立机组的模型并进行仿真研究是掌握发电机动态特性，评价其各个控制系统性能的有效手段，并且对工作人员的培训和研究将起到很大的作用。 同步发电机组模型的建立将涉及到机组的机理分析，有利于从理论建模中引出新的设计方法，为优化设计提供理论依据。 本文将对同步发电机及其励磁系统、调速系统的数学模型进行研究，利用MATLAB/Simulink 搭建同步发电机组的仿真模型，建立单机无穷大系统，最后对模型进行仿真，并分析仿真结果。 关键词：
电力系统；单机无穷大系统；MATLAB/Simulink；仿真；同步发电机组华北电力大学本科毕业设计（论文）摘要II SYNCHRONOUS GENERATOR UNIT MODELING AND SIMULATION BASED ON MATLAB Abstract With the enlargement of the power grid scale, the operation of the power system is becoming more and more complex. As supply unit of the system, synchronous generator and its control system plays an important part in the power system. Their performance also imposes great influence to the power system and has a direct connection with the power system stability. In order to ensure the safe and economic operation of the power system, we shall do a profound research on the synchronous generator unit characteristics. However, the operation of the synchronous generator unit is a extremely complex process. Its dynamic characteristics are subject to the changing states of the unit operation. Therefore, it is efficient to build a unit model and do simulations research to acquire the dynamic characteristics of the unit, and evaluate the performance of each control system. This will also play a great role in the staff training and researches. The building of the synchronous generator unit model will involve the mechanic analysis of the unit, do favor to deduce new designing methods from theoretical model building
《电力系统暂态分析》课程实验报告 姓名： **** 学号： ********* 一、实验目的 1. 学会用PSCAD软件搭建简单电力系统的仿真模型。 2. 在考虑和不考虑发电机的阻尼绕组的情况下，发电机空载运行时设置 永久性的三相对称短路故障，观察短路电流的衰减变化。 3. 学会正确分析仿真结果，与教材上的相关内容进行对比，并总结规律。 二、实验内容及步骤 1.在PSCAD软件中搭建如图1所示仿真模型。 图1 仿真模型示意图 2.选择标准同步发电机，其参数设置如图2所示。 3.选择三相两绕组变压器，其参数设置如图3所示。 4.选择三相负荷，其参数设置如图4所示。 5.选择三相故障装置，故障类型设为A、B、C三相故障。故障开始时间 为0.2 s，故障持续时间为25s，设置如图5所示。
图2 发电机参数图3 变压器参数 图4 负荷参数图5 故障控制时间6.搭建模型截图如图6所示 图6 单机无穷大系统仿真模型
7. 运行图6所示模型，0.2s发生三相短路，仿真时间为1s。测量短路电压Ea，短路电流I，以及各相电流分量Ia、Ib、Ic，励磁电流If，依次截图如图7所示。 图7 短路电流和励磁电流仿真曲线 回答问题： 1. 图7所示，如果改变故障开始时间，分别设置为0.1s和0.8s,对于故障电压电流有没有影响，有何影响？
由图可见改变故障开始时间对故障电压和电流会产生影响。若时间过短，相关电量还未进入稳态状态便故障突变，其中对励磁电流的影响较大，励磁电流增加的更大。 2. 图7中，励磁电流的直流和交流分量的衰减与哪些因素相关？定子电流的直流和交流分量的衰减与哪些因素相关？ 答：励磁电流的直流分量的衰减和励磁绕组有关。交流分量衰减和转子回路的参数有关；定子电流的直流分量的衰减和定子回路的电感有关。交流分量衰减与转子回路参数有关。
同步发电机三相短路的仿真研究 摘要：同步发电机的突然三相短路，是电力系统非常严重的故障，对电机本身和相关的电气设备都有可能产生严重地影响，研究它有着非常重要的意义。在d-q 坐标轴系下，构建了同步发电机的数学方程，通过Matlab/Simulink 仿真软件建立了相应仿真模型，同时对同步发电机三相短路故障进行了仿真，并取得了预期的仿真结果。 关键词：同步发电机；三相短路；数学模型；仿真模型 在船舶、自供电工矿企业等小型独立系统中，同步发电机作为系统电能的来源，其动态运行特性是整个系统分析的基础和核心。因此，在对小型独立系统进行仿真分析时，建立合适的同步发电机数学模型，对系统的仿真精度和动态性能分析有着重要影响。 由于同步发电机自身的特点，用于仿真的同步发电机数学模型一般由建立在dq 坐标系下的方程组进行描述，dq 坐标系与转子保持同步，这样可以消除方程组中的变系数，大大减少仿真模型分析和计算的难度。常见的同步发电机仿真模型是一个七阶模型，又称为基本 模型，模型由五阶的电路方程和两阶的转子运动方程所组成【1-2】 。基本模型是同步发电机仿 真中应用非常多的一种模型［3-4］ ，这是因为其他仿真模型都是在基本模型的基础上，根据不同的假设条件推导而来的。因此基本模型在所有仿真模型中具有最高的仿真精度，理论上最接近同步发电机动态运行特性，但是同时模型的阶数也最高。对于一个含有上百台发电机的多机电力系统，若再加上其励磁系统、调速机和原动机的动态方程，将会出现“维数灾”， 给分析计算带来极大的困难［5］ 。因此，在实际工程问题中，常会采用不同程度简化的导出模型，在满足不同场合仿真需要的同时，减少仿真所需的计算量和时间。导出模型又称为实用模型，按照阶数的不同，可分为六阶至三阶等不同形式，阶数越低，仿真精度相对也越差。文献［5，6］详细介绍了各阶导出模型的推导过程，文献［7］则对不同阶次的导出模型进行了分析和比选，并对六阶和两阶模型进行了三相短路故障的暂态稳定性仿真。 1 同步发电机的数学模型 为了方便计算，做如下假定[8] ：（1）只考虑电机气隙基波磁场的作用；（2）忽略齿谐波的作用；（3）不计磁路饱和、磁滋和涡流；（4）就纵轴或横轴而言，转子在结构上是对称的。在这样的假设下，建立起来的方程是线性的。在d-q 坐标轴系下，可得出以x ad 基值系统表示的三相同步发电机（有阻尼绕组）的状态方程（用标幺值表示）。 1.1 磁链方程 000000000000000100000000 d d aF aD d q q aQ q F aF F FD F D aD FD D D Q aQ Q Q x x x i x x i x i x x x i x x x i x x i ψψψψωψψ-?????? ??????-???????????? -=??????-????????????-??????-?????? ??? ???（1-1） 1.2 电压方程
某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》 总结报告 题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师
摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems
同步发电机三相短路故障仿真分析 摘要：电力系统中，发电机主要采用同步发电机，现代社会中使用的交流电，几乎全部由同步电机产生。因此，同步电机对生产生活具有十分重要的意义。本 文采用MATLAB 建立同步电机仿真模型，对同步电机三相短路故障进行仿真分析，以便在同步电机运行尽量避免发生故障或在发生故障时能及时作出相应处理措施。 关键词：MATLAB 同步电机短路正序负序 1前言 同步电机是电力系统的电能供给设施，是电力系统中最重要和最复杂的设备，它的运行状态直接决定电力系统的安全与稳定。在电力系统运行过程中，如果同 步电机发生突然短路，则短路的暂态过程所产生的的冲击电流可能达到额定电流 的十几倍，对同步电机本身和整个电力系统都可能产生严重的影响，因此，对同 步电机的运行进行仿真及研究就显得尤为重要。 2发电机短路故障理论分析 同步发电机的电磁暂态过程是一个很复杂的过程，为此假设同步发电机是理 想机，即： (1)电机转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称，定子三相绕组也完全 对称，在空间上相差为120°。 (2)定子电流在气隙上产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组之间的互 感磁通也在气隙中按正弦规律分布。 (3)定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感。 此外，还假设： (1)在暂态过程期间同步发电机保持同步转速不变。
(2)发生短路后励磁电压始终保持不变。 (3)短路发生在电机的出线端口。 突然短路后，定子各相绕组出现的电流，可以根据各相绕组必须维持在短路瞬间的磁链不变的条件来确定。为此，首先必须研究定子各相绕组磁链的变化规律。 假定短路前电机处于空载状态，短路前空载稳态运行时,转子以的转速旋转，主磁通交链定子abc绕组，即三相绕组的磁通如下式： 在t=0(短路时刻)瞬间，各绕组的磁链初值为： 由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值。 3 仿真模型的建立 设计一个只由发电机供电的简单电力网，该系统由一额定功率为500MW，额定电压为156KV的发电机和一负载构成。在仿真模型图中，发电机用一采用简化同步电机模块（Simplified Synchronous Machine），其联结类型为3-wier Y；负载用三相串联RLC负载模块（3-phase Series RLC Branch）模拟；故障则用三相故障模块（Three-phase fault）,故障设置根据故障类型设定。仿真电路图如图1所示：
电力系统分析课程报告姓名 学院自动化与电气工程学院 专业控制科学与工程 班级 指导老师 二〇一六年五月十三
一、同步发电机三相短路仿真 1、仿真模型的建立 选取三相同步发电机模型,以三相视图表示;励磁电压和原动机输入转矩Ef 与Tm均为定常值,且发电机空载;当运行至时,发电机发生三相短路故障;同步发电机三相短路实验仿真模型如图1所示; 图1 同步发电机三相短路实验仿真模型 2、发电机参数对仿真结果的影响及分析 衰减时间常数Ta对于直流分量的影响 三相短路电流的直流分量大小不等,但衰减规律相同,均按指数规律衰减,衰减时间常数为Ta,由定子回路的电阻和等值电感决定大约;pscad同步发电机模型衰减时间常数Ta对应位置如图3所示当前Ta=; 图3 同步发电机模型参数Ta对应位置
1Ta=时,直流分量的衰减过程以励磁电流作为分析如图4所示; 图4 Ta=发生短路If波形 2Ta=时,直流分量的衰减过程以励磁电流作为分析如图5所示; 图5 Ta=发生短路If波形 短路时刻的不同对短路电流的影响 由于短路电流的直流分量起始值越大,短路电流瞬时值就越大,而直流分量的起始值于短路时刻的电流相位有关,即直流分量是由于短路后电流不能突变而产生的; Pscad模型中对短路时刻的设置如图6所示 图6 Pscad对于短路时刻的设置 1当在t=时发生三相短路,三相短路电流波形如图7所示; 图7 t=时三相短路电流波形 2）当在t=时发生三相短路,三相短路电流波形如图8所示; 图8 t=6时三相短路电流波形 Xd、Xd`、Xd``对短路电流的影响 1 Xd的影响 Pscad中对于Xd的设置如图9所示： 图9 Pscad对于D轴同步电抗Xd的设置 下面验证不同Xd时A相短路电流的稳定值; i.Xd=标幺制,下同时,仿真波形如图10所示 图10 Xd=时A相短路电流波形 ii.Xd=10时,仿真波形如图11所示 图11 Xd=时A相短路电流波形 2Xd`的影响 在Pscad中暂态电抗Xd`的设置如图13所示： 图13 Pscad对于暂态电抗Xd的设置 下面验证不同Xd`时A相短路电流的暂态过程; i.Xd`=时A相短路电流的波形如图14所示：
三相同步发电机的突然短路实验 一、实验目的 1、掌握超导体闭合回路磁链守恒原则。 2、熟悉三相突然短路的物理分析，短路电流及时间常数的计算。 3、了解瞬变电抗和超瞬变电抗及其测定方法。 4、观察三相同步发电机在空载状态下突然短路时定子绕组以及励磁绕组通过的瞬间电流波 形。 二、预习要点 1、三相同步电机突然短路的数学分析 三、实验项目 1、观察突然短路时定子绕组以及励磁绕组的瞬间电流。 四、实验方法 2、控制屏上挂件顺序 D52 3、观察三相同步发电机突然短路瞬间的电流波形 （1）、按照图5-9接线，其中校正直流测功机的励磁电阻R f1选用R1上的900Ω加900Ω共1800Ω阻值，限流电阻选用R2上的90Ω串联90Ω共180Ω阻值。电阻R选用R 上的650Ω并联650Ω共325Ω阻值，再调到5Ω。R f2选用R3上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。交流电流表选用MET01上的数模双显智能交流电流表，开关S选用D52上的交流接触器。同步机的励磁电源选用D52上提供的电源。启动之前电阻R1调至最大位置，R f1调至最小位置，电阻R f2调至最大位置。开关S处于断开状态。 （2）、先接通校正直流测功机的励磁电源，然后接通电枢电源，同时使电机的转向符合正转要求。升高电枢电压至220V，将启动电阻R1调至最小位置使校正直流测功机在额定电压下运行，再调节励磁电阻R f1使其转速达到同步转速1500r/min。 （3）、然后调节同步电机的励磁电流使同步电机输出电压等于额定电压110V。在表5-19中记录此时电机的转速、电压、定子电流、励磁电流以及校正直流测功机的电枢电流。
图5-9 三相同步发电机突然短路实验接线图 （5）、按下D52上的停止按钮使三相同步发电机开路。将示波器的探头接至励磁绕组所串联电阻R f2两端，按步骤（4）所述方法用数字式记忆示波器摄录短路瞬间三相同步发电 机的励磁电流的波形，并在图5-10中画出突然短路瞬间励磁电流的波形。 五、实验报告 1、画出三相同步发电机在空载额定电压下三相同步发电机突然短路时定子绕组的电 流波形。
同步发电机突然三相短路控制系统仿真 1引言 同步发电机是电力系统中最重要和最复杂的元件，由多个具有电磁耦合关系 的绕组构成。同步发电机突然短路的暂态过程所产生的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响，因此对同步发电机动态特性的研究历来是电力系统中的重要课题之一。而同步电机的突然三 相短路，是电力系统的最严重的故障，它是人们最为关心、研究最多的过渡过程。虽然短路过程所经历的时间是极短的（通常约为0.1〜0.3s），但对电枢短路电流和转子电流的分析计算，却有着非常重要的意义。 为了保证发电机、变压器、断路器、互感器等的可靠运行，必须计算短路电流的最大瞬时值，为了决定继电保护装置的工作条件，需要知道短路电流的变化规律，此外，为了保证励磁系统的可靠运行以及强行励磁对短路电流的影响，需要进行励磁电流的计算。电机动态过程的仿真一般是先建立电机的数学模型，在此基础上在编程进行仿真。传统编程语言的编程效率不高，作动态响应曲线也不够方便快捷，而Matlab语言扩展能力强，能方便地调用C语言的已有程序，特别适用于矩阵计算，并且在数学建模、动态仿真及图形描述等方面都有其它高级语言难以比拟的优点。 2同步发电机的数学模型 为了方便计算，做如下假定：①只考虑电机气隙基波磁场的作用（气隙谐波磁场只在差漏磁场中加以考虑）：②忽略齿谐波的作用；③不计磁路饱和、磁滋和涡流；④就纵轴或横轴而言，转子在结构上是对称的。在这样的假设下，建立起来的方程是线性的。在d-P坐标系统下，可得出以基值系统表示的三相同步电机（有阻尼绕组）的状态方程（用标幺值表示）。 2.1回路电压方程 定子回路：U a = —G i a * e a =「r a i a * 9 邑=-口8 宀 a e = d，正电流 dt dt 产生负磁链： d屮b- U b —_r b i b e b _ _r b i b ' _ _r b i b b dt
l实验2 故障分析实验 一、实验目的 1、熟悉利用Matlab/Simulink/PSB建立电力系统仿真模型方法。 2、理解掌握同步发电机突然短路的暂态过程。 二、实验设备 Matlab/Simulink/PSB 三、实验原理 同步发电机是电力系统中最重要和最复杂的元件，它由多个有磁耦合关系的绕组构成，定子绕组同转子绕组之间还有相对运动，同步电机突然短路的暂态过程要比稳态对称运行（包括稳态对称短路）时复杂得多。稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间变化，而且在空间以同步速度旋转，它同转子没有相对运动，因此不会在转子绕组中感应电流。突然短路时，定子电流在数值上发生急剧变化，电枢反应磁通也随着变化，并在转子绕组中产生感应电流，这种电流又反过来影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程的一个显著特点。 1、同步发电机突然短路的暂态过程 下面的讨论均假设在暂态过程期间同步发电机保持同步转速以及在短路后励磁电压保持不变。 在分析同步发电机突然三相短路暂态过程时，可以利用替加原理，这样同步发电机机端突然短路相当于在发电机端口处突然加上了与电机短路前的端电压大小相等但方向相反的二相电压：在定子绕组上突然加以对称的相电压后，为了保持其无源闭合电路的磁链不变，在其定子绕组中将要引起相应的瞬变电流，而且这些瞬变电流还要按照一定的时间常数逐步衰减至稳态值。 当发电机突然短路时，定子各绕组电流将包含基频分量、倍频分量和直流分量。到达稳态后，定子电流起始值中的直流分量和倍频分量将由其起始值衰减到零，而基频分量则由其起始值衰减为相应的稳态值。同样，在转子绕组中也包含直流分量和同频率交流分量。 引入衰减因子以后，定子电流的d轴和q轴分量分别为 经过变换和整理，可得定子a相电流为
6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析 6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程 上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。 同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。 图6-6 凸极式同步发电机示意图 图6-6为凸极同步发电机的示意图。定子三相绕组分别用绕组，，表示，绕组的中心轴，，轴线彼此相差120o。转子极中心线用轴表示，称为纵轴或直轴；极间轴线用轴表示，称为横轴或交轴。转子逆时针旋转为正方向，轴超前轴90o。励磁绕组的轴线与轴重合。阻尼绕组用两个互相正交的短接绕组等效，轴线与轴重合的称为阻尼绕组，轴线与轴重合的称为阻尼绕组。 定子各相绕组轴线的正方向作为各绕组磁链的正方向，各相绕组中正方向电流产生的磁链的方向与绕组轴线的正方向相反，即定子绕组中正电流产生负磁通。励磁绕组及轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，转子绕组中正向电流产生的磁链与轴线的正方向相同，即在转子方面，正电流产生正磁通。下面分析发电机空载突然短路的暂态过程。 1.定子回路短路电流 设短路前发电机处于空载状态，气隙中只有励磁电流产生的磁链，忽略漏磁链后，穿过主磁路为主磁链匝链定子三相绕组，又设为转子轴与A相绕组轴线的初始夹角。由于转子以同步转速旋转，主磁链匝链定子三相绕组的磁链随着的变化而变化，因此 （6-17） 若在时，定子绕组突然三相短路，在这一瞬间匝链定子三相磁链的瞬时值为
摘要 本文针对同步电机中具有代表性的凸极机，在忽略了一部分对误差影响较小而使算法复杂度大大增加的因素（如谐波磁势等），对其内部电流、电压、磁通、磁链及转矩的相互关系进行了一系列定量分析，建立了简化的基于abc三相变量上的数学模型，并将其进行派克变换，转换成易于计算机控制的d/q坐标下的模型。再使用MATLAB中用于仿真模拟系统的SIMULINK对系统的各个部分进行封装及连接，系统总体分为电源、abc/dq转换器、电机内部模拟等几个主要部分，并为其设计了专用的模块，同时对其中的一系列参数进行了配置。主要介绍了电力系统中同步发电机突然短路的仿真。 关键词：同步电机 d/q模型 MATLAB SIMULINK 仿真。 Abstract This thesis intends to aim at the typical salient pole machine in Synchronous Machine. Some quantitative analysis are made on relations of salient pole machine among current, voltage, flux, flux linkage and torque, under the condition that some factors such as harmonic electric potential are ignored. These factors have less influence on error but greatly increase complexity of arithmetic. Thus, simplified mathematic model is established on the basis of a, b, c three phase variables. By the Park transformation, this model is transformed to d, q model which, is easy to be controlled by computer. Simulink is used to masking and linking all the parts of the system. The system can be divided into four main parts, namely power system, abc/dq transformation, simulation model of the machine . Special blocks are designed for the four parts and a series of parameters in these parts are configured. Key Words:Synchronous Machine Simulation d/q Model MATLAB SIMULINK
课程设计(论文) 题目名称短路计算课程设计 课程名称电力系统暂态分析 学生姓名 学号 系、专业电气工程系、电气工程及其自动化指导教师 年月日
邵阳学院课程设计（论文）任务书 年级专业级电气工程及其自动 化 学生姓 名 学 号 题目名称短路计算课程设计 设计时 间 课程名称 电力系统暂态分 析 课程编 号 121202307 设计地 点 校内 一、课程设计（论文）目的 1.通过课程设计, 使学生掌握电力系统三相短路计算的基本原理与方法； 2.掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件； 3.采用PSCAD/MATLAB软件，做出系统三相接线图。 二、已知技术参数和条件 测试系统由三个控制区域组成，区域 1 是一种典型供电系统，总装机容量为5700MV A、最大负荷为5000MW，大部分装机容量距离负荷相对较近，即接于母线3容量为4400MV A的发电厂。另外，1300MV A是离负荷较远的核电机组，通过长距离500kV 线路向负荷送电。区域2 代表附近地区的总装机容量和总负荷，此系统总装机容量为60000MV A，最大负荷为40000MW。区域2通过2条500kV线路与区域1相连，即图1中的线路A和线路B。区域3是一个大规模相邻系统，装机容量为70000MV A ，最大负荷为50000MW，此区域也通过 2 条500kV线路与区域1 相连，即图1.1中线路F和G。
注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效； 2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
指导教师（签字）：学生（签字）： 邵阳学院课程设计（论文）评阅表 学生姓名学号 系电气工程系专业班级电气工程及其自动化题目名称短路计算课程设计课程名称电力系统暂态分析 一、学生自我总结 二、指导教师评定 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；