電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)分析課程實習(xí)與實訓(xùn)報告

1、 電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)分析課程實習(xí)與實訓(xùn)報告評語：考 勤（10）守 紀(jì)（10）實習(xí)報告（20）實訓(xùn)過程（20）實訓(xùn)報告（30分）小組答辯（10）總成績（100）專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)分析課程實習(xí)與實訓(xùn)報告 PAGE 16 -1電力電子技術(shù)MATLAB仿真（三相半波整流與有源逆變電路）1.1 三相半波整流電路1.1.1三相半波整流電路仿真(1) 三相半波整流電路原理圖三相半波整流電路的主電路原理如圖1所示，為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。圖1 三相半波整流電路原理圖(2) 晶閘管仿真參數(shù)設(shè)置R=

2、0.001，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=500，Cs=250e-9F(3)負(fù)載的參數(shù)設(shè)置負(fù)載使用RLC串聯(lián)模塊，其負(fù)載大小根據(jù)類型不同做不同的調(diào)整。1.1.2 仿真思路分析對于三相半波整流電路，在晶閘管和負(fù)載參數(shù)給定后，主要是脈沖發(fā)生器模塊的參數(shù)設(shè)置，由于交流電壓源的頻率為25Hz，則Pulse模塊的脈沖周期為0.04s，脈沖寬度設(shè)置為脈寬的50%，脈沖高度為1，脈沖移相角通過“相位角延遲”進(jìn)行設(shè)置。由于三項半波整流電路的移相角零位定在三相交流電壓的自然換流點(diǎn)，所以在計算延遲角時，還必須增加30相位。且對于電阻性負(fù)載(0，150)，對于阻感性負(fù)載(0，90)，在電源頻率為25Hz時，這

3、一角度對應(yīng)的延遲時間為0.0033s，另外，Pulse模塊依次延遲120，對應(yīng)的時間為0.0132s，相對誤差設(shè)置為0.001v，開始仿真時間為0，停止仿真時間為0.1。1.1.3 帶電阻負(fù)載三相半波整流電路仿真三相半波整流中，自然換相點(diǎn)是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角的起點(diǎn)，即=0，要改變觸發(fā)角只能是在此基礎(chǔ)上增大它，即沿時間坐標(biāo)軸向右移。當(dāng)=0時， Pulse1=0.0033s，Pulse2=0.0166s，Pulse3=0.0300s，整流電壓Ud、負(fù)載電流Id和晶閘管兩端電壓UVT1的波形如圖2所示：圖2 =0時波形圖當(dāng)=30時，Pulse1=0.0066s

4、，Pulse2=0.0200s，Pulse3=0.0333s，整流電壓Ud、負(fù)載電流Id和晶閘管兩端電壓UVT1的波形如圖3所示：圖3 =30時波形圖當(dāng)=60，Pulse1=0.0100s，Pulse2=0.0233s，Pulse3=0.0366s，整流電壓Ud、負(fù)載電流Id和晶閘管兩端電壓UVT1的波形如圖4：圖4 =60時波形圖當(dāng)=90時，Pulse1=0.0133s，Pulse2=0.0266s，Pulse3=0.0400s，整流電壓Ud、負(fù)載電流Id和晶閘管兩端電壓UVT1的波形如圖5：圖5 =90時波形圖當(dāng)=120時，Pulse1=0.0166s，Pulse2=0.0300s，Pul

5、se3=0.0433s，整流電壓Ud、負(fù)載電流Id和晶閘管兩端電壓UVT1的波形如圖6：圖6 =120時波形圖當(dāng)=150時，Pulse1=0.0200s，Pulse2=0.0333s，Pulse3=0.0466s，整流電壓Ud、負(fù)載電流Id和晶閘管兩端電壓UVT1的波形如圖7：圖7 =150時波形圖1.1.4 帶阻感負(fù)載的三相整流電路仿真如果負(fù)載為阻感負(fù)載，電感L=20mH，如圖8所示。90即可。 必須要有外接的直流電源E，并且直流電源E也要可以改變極性，并且|E|Ud|。上述條件必須同時滿足，才能實現(xiàn)有源逆變。所以，三相有源逆變電路的設(shè)置基本和三相半波整流電路相同，只是E設(shè)置為120V，且要

6、求晶閘管的控制角90,Ud為負(fù)值，直流電動勢的極性和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)的平均電壓即|Ed|Ud|。1.2.2三相有源逆變電路的仿真結(jié)果保證逆變能正常工作，使晶閘管的換相能在電壓負(fù)半波換相區(qū)之內(nèi)完成換相，觸發(fā)脈沖必須超前一定的角度，也就是說，逆變角必須要有嚴(yán)格的限制，換相重疊角由于整流變壓器存在漏抗，使晶閘管在換相時存在換相重疊角。值隨電路形式、工作電流大小不同而不同，一般選取1525電角度。晶閘管關(guān)斷時間Tg所對應(yīng)的電角度，晶閘管從導(dǎo)通到完全關(guān)斷需要一定的時間，這個時間Tg一般由管子的參數(shù)決定，通常為200300us，折合到電角度約為4 5.4。當(dāng)=90時，整流電壓Ud

7、、負(fù)載電流Id和晶閘管兩端電壓UVT1的波形如圖14所示：圖14 =90時波形圖當(dāng)=120時，整流電壓Ud、負(fù)載電流Id和晶閘管兩端電壓UVT1的波形如圖15所示：圖15 =120時波形圖1.3 回答以下思考題1.如何解決主電路和觸發(fā)電路的同步問題?在本實驗中，主電路三相電源的相序可任意設(shè)定嗎? 答：采用寬脈沖觸發(fā)或雙脈沖觸發(fā)發(fā)式。在本實驗中使脈沖寬度大于1/6個周期。在除法某個晶閘管的同時，前一個晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖，即用兩個窄脈沖替代寬脈 沖。 2.在本實驗的整流及逆變時，對角有什么要求？為什么? 答：在本實驗的整流時，移相角度角度為0-90，這是因為移相角度超過90就會進(jìn)入逆變狀態(tài)。結(jié)合仿真結(jié)

8、果，回答以下問題1.該三相半波可控逆變電路在=60，90時輸出的電壓有何差異? 答：因為Ud=2.34U2cos，所以為90時Ud為0。而為60時是有輸出電壓的。2.在MATLAB/Simulink環(huán)境下仿真如何設(shè)置控制角？ 答：=0時,Pulse1=0.0033s，Pulse2=0.0166s，Pulse3=0.0300s。 =30時,Pulse1=0.0066s，Pulse2=0.0200s，Pulse3=0.0333s。 =60時,Pulse1=0.0100s，Pulse2=0.0233s，Pulse3=0.0366s。 =90時,Pulse1=0.0133s，Pulse2=0.0266

9、s，Pulse3=0.0400s。 =120時,Pulse1=0.0166s，Pulse2=0.030s，Pulse3=0.0433s。 =150時,Pulse1=0.0200s，Pulse2=0.033s，Pulse3=0.0466s。 2電力系統(tǒng)MATLAB仿真2.1仿真題目：小電流接地系統(tǒng)單相故障在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，由于故障點(diǎn)的電流很小，而且三相之間的線電壓仍然保持對稱，對負(fù)荷的供電沒有影響，因此，在一般情況下有允許系統(tǒng)再繼續(xù)運(yùn)行12小時，而不必立即跳閘，這也是采用小電流接地系統(tǒng)運(yùn)行的主要優(yōu)點(diǎn)。但是在單相就地以后，其他兩相的對地電壓要升高3倍，為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點(diǎn)或

10、多點(diǎn)接地短路，就應(yīng)及時發(fā)出信號，以便運(yùn)行人員采取措施予以消除。2.2小電流接地系統(tǒng)單相故障特點(diǎn)分析對于中線點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，正常情況下，接于中性點(diǎn)N與大地之間的消弧線圈無電流流過，消弧線圈不起作用；當(dāng)接地故障發(fā)生后，中性點(diǎn)將出現(xiàn)零序電壓，在這個電壓的作用下，將有感性電流流過消弧線圈并注入發(fā)生接地故障的電力系統(tǒng)，從而抵消在接地點(diǎn)流過的電容性接地電流，消除或者減輕接地電弧電流的危害。需要說明的是，經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后，接地點(diǎn)將不再有容性電弧電流或者只有很小的電容性電流流過，但是接地確實發(fā)生了，接地故障可能依然存在；其結(jié)果是接地相電壓降低而非接地相電壓依然很高，長期接地運(yùn)行依然是不允許的。2.3中性

11、點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型及計算在仿真模型中，電源采用“Three-phase source”模型，參數(shù)設(shè)為Yn連接，10.5e3，50Hz，0.00529Ohms，0.00014H，25e3。模型中共有4條輸電線路Line1Line4，均采用“Three-phase PI Section Line”模型，線路的長度分別為130km、175km、1km、150km，其他參數(shù)設(shè)置為50Hz，0.01273 0.3864Ohms/km，0.9337e-3 4.1264e-3H/km，12.74e-9 7.751e-9F/km。需要說明的是，在實際的10kv配電系統(tǒng)中，單回架空線的輸送容量一般在

12、0.22MVA，輸送距離的適宜范圍為620km。在本仿真中加長輸電線路的長度是為了仿真時的故障特征更為明顯，而且不用很多輸電線的出線路數(shù)，不影響仿真結(jié)果的正確性。線路負(fù)荷Load1、Load2、Load3均采用“Three-phase Series RLD Load”模型，其有功負(fù)荷分別為1MW、0.2MW、2MW，其他參數(shù)相同，Load1參數(shù)設(shè)置為10e3Vrms，50Hz，1.0e6W，0.4e6 positive var，0 negative var。每一線路的始端都設(shè)有三相電壓電流測量模塊“Three-phase V-I Measurement”將測量到的電壓、電流信號轉(zhuǎn)變成Simul

13、ink信號，相當(dāng)于電壓、電流互感器的作用，其參設(shè)置為Use a label Line1_Vabc，Line1_Iabc。在仿真模型中，選擇在第3條出線的1km處（即Line3與Line4之間）發(fā)生A相金屬單相接地，故障模塊的參數(shù)設(shè)置為A相短路，0.001ohms，接地故障，0.001ohms，1 0，0.04 1，1e6ohms。系統(tǒng)的零序電壓3U0及每條線路始端的零序電流3I0采用如圖16所示方式得到（以線路1為例）。圖16 零序電壓、電流獲取方法故障點(diǎn)的接地電流ID則可以用如圖17所示的萬用表測量方式得到。圖17 故障點(diǎn)接地電流獲取方法根據(jù)以上設(shè)置的參數(shù)，可以通過計算得到系統(tǒng)在第3條出線的

14、1km處（即Line3與Line4之間）發(fā)生A相金屬性單相接地時各線路始端的零序電流有效值為3I0=3UC0=3*（10.5/3）*103*314*7.751*10-9*130A=5.75A同理可得3I0=7.75A，3I0=3I0+3I0=(5.75+7.75)A=13.5A接地點(diǎn)的電流為ID=20.18A2.4中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型及計算建立中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型如圖18所示，即在電源的中性點(diǎn)接入一個電感線圈，其他參數(shù)不變。在各級電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流超過一定數(shù)值（對于36kv電網(wǎng)超過30A、10kv電網(wǎng)超過20A、2266kv電網(wǎng)超過10A）時就應(yīng)裝設(shè)消弧

15、線圈。圖18 中心點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真圖如果要使接地點(diǎn)的電流近似為0（即完全補(bǔ)償），就應(yīng)滿足L = 1/3C式中，L為消弧線圈的電感；C為系統(tǒng)三相對地電容。根據(jù)所給的線路參數(shù)，可求得C = 3.534*10-6F，因此為實現(xiàn)完全補(bǔ)償應(yīng)有L = 0.9566H，由于完全補(bǔ)償存在串聯(lián)諧振過電壓問題，因此實際工程常采用過補(bǔ)償方式，當(dāng)取過補(bǔ)償度為10%時，經(jīng)計算消弧線圈的電感L = 0.8697H。通過以上計算，模型中消弧線圈的參數(shù)設(shè)置為30Ohms，0.8697H，線圈所串電阻為阻尼電阻。2.5仿真結(jié)果及分析在仿真開始前，選擇離散算法，仿真的結(jié)束時間取0.2s，利用Powergui模塊設(shè)置采樣時

16、間為1*10-5s，系統(tǒng)在0.04s時發(fā)生A相金屬性單相接地。2.6中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果及分析設(shè)置好參數(shù)，運(yùn)行10kv中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真模型，系統(tǒng)的零序電壓3U0及每條線路始端的零序電流3I0、消弧線圈電流IL、故障點(diǎn)的接地電流ID波形如圖19所示。圖19 零序電壓、電流、消弧線圈電流、故障點(diǎn)接地電流波形圖從圖19中可知，當(dāng)單相接地故障的暫態(tài)過程結(jié)束后，故障點(diǎn)的接地電流ID的有效值在2.94A左右，遠(yuǎn)小于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的接地電流，因此補(bǔ)償?shù)男Ч置黠@。對于非故障線路來說，其零序電流仍是本身的電容電流，零序電流超前零序電壓90o，電容電流的實際方向為由母線流向線路，這

17、與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)時相同的。但是對于故障線路來說，其零序電流將大于本身的電容電流，并且電容電流的實際方向也是由木箱流向母線。因此，在這種情況下無法用電流方向的差別來判斷故障線路，也很難用零序電流的大小來找出故障線路。 3 總結(jié)本次企業(yè)課程實習(xí)與實訓(xùn)歷時四周，與我們本學(xué)期電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)分析課程的基礎(chǔ)理論緊密結(jié)合。實訓(xùn)期間，完成了電子電子技術(shù)單相交流交流變換電路的MATLAB仿真、簡單電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性分析與仿真等課題。電子電子技術(shù)MATLAB仿真涉及交流調(diào)壓電路、交流調(diào)功電路、斬控式交流調(diào)壓電路，通過繪制電路原理圖，在simulink環(huán)境下建立其仿真模型并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，利用示波器觀察輸入、輸出及器件的電壓電流波形，加深了對交交變換電路的認(rèn)識，并逐漸掌握了simulink仿真方法。通過電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性分析與仿真，學(xué)習(xí)了電力系統(tǒng)元件模型及模型庫的使用，并初步掌握電力線路發(fā)生兩相接地短路時，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的仿真方法。4 參考文獻(xiàn)1 于群.MATLAB電力系統(tǒng)建模與仿真M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.2