基于MatlabSimulink的应急柴油发电系统仿真研究

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界
0引言
根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损
失及影响程度，各用电负荷可分为一级、二级及三级负荷。

为避免一级
负荷停电时造成重大政治经济损失，应急柴油发电系统作为备用电源
是安全系统中的重要换机。

当大电网发生故障停电时，应急柴油发电
系统必须快速启动，为重要负荷提供电源，保障系统供电可靠性。

本文在分析柴油发电系统特性的基础上，建立了柴油发电系统模
型，并对柴油机的设计了PI控制器。

在matlab/simulink仿真平台上建
立了仿真模型，并进行了仿真分析，仿真表明，当电网故障时，柴油发
电系统可以迅速启动，保障负荷供电。

1应急柴油发电系统的结构
应急柴油发电仿真系统由大电网，柴油机，同步发电机，无功补偿
器，控制系统，负载等组成，其中控制系统由励磁控制器、变桨距控制
器、柴油机控制器、频率控制器组成。

构成示意图如图1所示。

系统的
工作原理是当大电网正常工作时，柴油机不启动，作为备用电源，以减
少燃料消耗和噪音污染。

当电网发生故障时，柴油机迅速启动，保障负
荷供电。

图1应急柴油发电系统示意图
2系统仿真模型的建立
系统仿真模型主要由电网，柴油机，同步发电机，无功补偿器，控
制系统，负载等组成，其中同步发电机有高阶、多变量、强耦合的非线
性系统，建模与分析难度大，直接利用Matlab/simulink模块库中的电
机模型来建立仿真系统的同步发电机模型下面重点介绍柴油机及其
控制系统模型的建立。

2.1柴油机
式1所示为柴油机的传递函数为[1]：
G（s）=K（1+T1s）
s（1+T2s）（1+T3s）e
-sT
式中K为柴油机的增益，T1，T2，T3为时间常数；T延迟时间。

2.2控制系统
应急柴油发电系统的控制系统包括，励磁控制，柴油机控制器等，
其中励磁控制使用matlab模块库中的励磁控制模型模拟。

根据柴油
机的模型可以建立柴油机的控制器，其传递函数为：
G（s）=1+T4s
1+T5s+T6s2
其中，T4、T5、T6为控制时间常数，通过柴油机的时间常数和延迟
时间确定控制时间常数的最优参数。

如图2所示，为柴油发电系统的
控制结构图[2]，柴油发电机通过自动电压调节（AVR）模块控制其端口
电压，通过调速模块维持发电机转速恒定。

主控制单元负责接收中央
控制器MGCC的指令，确定有功、无功功率的分配。

图2柴油发电系统控制结构图
3系统仿真
根据上述模型及原理，在simulink中建立了各部分的仿真模型并
验证正确性后，将各部分组合成一个应急柴油发电系统仿真模型[3]。

其
结构图如图3所示。

图3应急柴油发电系统仿真模型
仿真计算采用0de23tb算法，仿真时间为1s。

在0-0.1s时，系统由
电网供电，0.1s时系统发生三相接地故障，0.2s后继电保护装置将电
网断开，0.3s后柴油发电系统启动，保障负荷供电。

图4为系统电压，
由图4可以看出，应急柴油发电系统启动后，可以迅速恢复系统电压，
保障负荷供电。

图4应急柴油发电系统电压
4结论
本文介绍了应急柴油发电系统的组成及原理，分析了当电网故障
时，柴油发电系统启动保障供电，提高系统供电可靠性。

该系统具有良
好的稳定性和适应性，对实际系统的设计和优化具有参考价值。

［1］邓赞高,吴必军,何再明.风力与柴油联合独立发电系统仿真研究[J].太阳能学
报,2008,29(3):332-336.
［2］郭力,富晓鹏,王成山.独立交流微网中电池储能与柴油发电机的协调控制[J].
中国电机工程学报,2012,32(25):70-78.
［3］李颖,朱泊立,张威.simulink动态系统建模与仿真基础[M].西安电子科技大学
出版社,2004.
[责任编辑:王春燕]基于Matlab/Simulink的应急柴油发电系统仿真研究
田越郑真
(上海电力学院电气工程学院,中国上海200090)
【摘要】本文在分析柴油发电系统的基础上，以保障负荷供电为目标，设计了一套应急柴油发电系统。

应急柴油发电系统由柴油机，同步发电机以及励磁系统构成。

当电网发生故障无法供电时，应急柴油发电系统迅速启动，保证重要负荷供电，提高可靠性。

【关键词】柴油发电；故障备用；
可靠性
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