武汉大学电气工程学院丁涛老师综合自动化PSCAD仿真实验

武汉大学

电气工程学院

综合自动化PSCAD仿真实验

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学号:20***********

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。

具体参见教材《电力系统自动化》或《自动装置原理》。

1.实验预习

清楚同步发电机准同期并列的概念和原理。

2.实验目的

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.实验步骤

（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，注意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 (sμ): 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；

μ，用计算输出的数据来说明，第一个数据的时间坐标是0s, 如上图的200s, 50s

μ。

最后一个数据的时间是200s，每两个数据的时间坐标相差50s

Channel plot step (sμ): 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。记下点击菜单开始运行和结束运行的实际时间，两者之

差就是运行时间，该时间与电脑性能密切相关。

（3）学习各个元件的使用。

a. 在帮助中没有介绍的元件

例如，双击后有，

表明：点击菜单运行图标，程序计算时间从0开始计时，当计算时间是时，

该元件的输出由0变为1.

b. 在帮助中有介绍的元件

例如选择器：，A、B是输入，右端是输出。A双击后有

点击‘Help’, 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）励磁控制器；（b）原动机与调速器；（c）准同期并列操作控制

（5）准同期并列操作控制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；

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。

(b) 双击断路器，找到控制断路器开断的控制信号，

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 = 。并列成功后，Wref = 1。如下图所示；（7）再次打开sync_in_paralell，Workspace如下图所示

设置发电机的初始参考角速度Wref = 。并列成功后，Wref = 1。如下图所示；

4. 实验记录

（1）对准同期并列操作控制模型的认识

将各部分图形插入下面对应处：

a.电压比较；

b.频率比较；

c.越前相角判断。

（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；

（7）断路器两侧电压矢量的相对运动图（注意观察两种不同参考速度时，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）

注意，要求图形在各个时间点的变化清晰可见，与实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（用鼠标框出关心图形部分），而不是整个运行期间的。

5. 实验分析

a.相角差检测有必要如模型所示考虑两种情况吗

答:有必要，因为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.并列逻辑控制中为何有延时环节

答:延时环节是因为考虑到中央处理单元发出合闸信号DOA断路器主触头闭合时需要经历一段时间，确保合闸时间的准确性。

c.在前述两种不同并列参考角速度时，Ryq有何区别（从正负符号上说明）

答:

当Wref=时

当Wref=时

Wref=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=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足一定条件，可能能够合闸。

d.在前述两种不同并列参考角速度时，PH有何区别由记录图形说明。

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=时，由于Wref W，PH的值有负逐渐变为正，呈上升趋势。

Wref=时, PH的变化情况图如下:

Wref=时, PH的变化情况图如下:

e. Wref = ，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 = 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 = ，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 = 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还是逆时针。因为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. W ref = 时，并列是否成功依据是什么Wref = 时呢

答: Wref = 时，并列是成功的，依据是当系统达到稳态时，发电机的频率和系统频率达到一致，且相位差稳定在一个合理的范围内。由此依据，也可得出Wref = 时，并列也是成功的。

6. 进一步思考

观察准同期并列效果，如何改善

答: 实验示例中的准同期并列过程虽然比较顺利，但过程并不十分平缓，为改善并列效果，利用相角差的定义公式：00()si G S PH t ωϕϕ=+- 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（主要改变发电机初始角速度）。

二、同步发电机的频率与有功控制数字仿真实验

同步发电机调速系统分为机械液压式和电气液压式，承担调频和有功控制任务。 具体参见教材《电力系统自动化》或《自动装置原理》。

4. 实验预习

清楚同步发电机调速控制系统的分类、原理和作用。

5. 实验目的

了解数字仿真软件中发电机组的构成，对调速控制系统的频率与有功控制功能仿真。

6. 实验步骤

（8） 打开sync_in_paralell ，

a. 加入（设置Time=250s ）和，使并列后的发电机调速