备用电源自动投入的数字仿真实验
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二、备用电源自动投入的数字仿真实验
备用电源自动投入装置(以下简称备自投)在主电源正常运行时作为后备,在主电源故障时投入以保证负荷供电的稳定性。备自投是电力部门为保证用户连续可靠供电的重要手段。具体概念及原理参见教材《电力系统保护》、《电力系统继电保护原理》等。
1.实验预习
清楚备自投的概念和原理;明确备自投对于保障负荷稳定供电的作用及意义。
2.实验目的
了解数字仿真软件中低压备自投的构成及实现方式;模拟仿真备自投在系统主电源故障下的运行特性。
3.实验步骤
(1)将仿真示例copy到电脑。进入MATLAB界面,导入并打开模型power_project.slx;
a.梳理power_project.slx模型中的主要元件设备组成,该模型包括多级电压网络,涵盖输电压级和中低压配电网络;备自投装置封装为“Emergency System”,其通过“By-pass system”模块接入至低压配电系统;
b.熟悉不同电压等级的电源模型参数及断路器配置情况;
c.熟悉备自投装置“Emergency System”模型中二极管整流桥、直流电容及IGBT半桥逆变器的组成形式和工作原理,掌握离散PWM发生器的信号触发特点。
d.熟悉“By-pass system”模块的组成结构及实现形式,掌握其电气参数的设计特点;
e.设置模型配置参数,运行时间为0.2s。
图 1
(2)点击运行power_project.slx算例。
1.实验记录
power_project.slx的运行结果,包括:
a.点击模型中的“fault”模块,展开如图2所示,设置故障发生的时刻(如图3),记录“Generation Unit 10MVA , 15KV”、“15KV-6.6KV System”、“6.6KV-400V System”、“Emergency System”、“By-Pass System”中的三相电压数据及断路器动作特性。
图 2
图3
1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”:
断路器动作特性:
2、“15KV-6.6KV System”:
断路器动作特性:
3、“6.6KV-400V System”:
断路器动作特性:
4、“Emergency System”:
5、“By-Pass System”:
b.改变故障发生的时刻(请做两组),重新记录“Generation Unit 10MVA , 15KV”、“15KV-6.6KV System”、“6.6KV-400V System”、“Emergency System”、“By-Pass System”中的三相电压数据及断路器动作特性。
更改故障发生的时刻,如下图所示:
1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”:
断路器动作特性:
2、“15KV-6.6KV System”:
断路器动作特性:
3、“6.6KV-400V System”:
断路器动作特性:
4、“Emergency System”:
5、“By-Pass System”:
更改故障发生的时刻,如下图所示:
1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”:
断路器动作特性:
2、“15KV-6.6KV System”:
断路器动作特性:
3、“6.6KV-400V System”:
断路器动作特性:
4、“Emergency System”:
5、“By-Pass System”:
1、以某组故障时刻为例,记录备自投“Emergency System”中DC电容电压的充放电特性及
脉冲发生器的输出波形(见图4);记录备自投“Emergency System”中二极管整流桥及IGBT半桥逆变器的输入输出电流特性。
电容电压的充放电特性:
脉冲发生器的输出波形:
二极管整流桥输入输出电流特性:
IGBT半桥逆变器的输入输出电流特性:
2、以某组故障时刻为例,调整备自投“Emergency System”中DC电容的原有设计参数(三
组为例,建议成倍数比例提高或降低现有的电容设计参数),仿真记录不同电容值下的DC充放电特性;同时记录“Emergency System”的三相电压输出波形。
(1)将电容参数进行调整,将电容值由1000e-6更改为1000e-7:
DC充放电特性:
“Emergency System”的三相电压输出波形:
(2)电容值为1000e-6时:
DC充放电特性:
“Emergency System”的三相电压输出波形:
(2)将电容参数进行调整,将电容值由1000e-6更改为1000e-5:
DC充放电特性:
“Emergency System”的三相电压输出波形:
3、以某组故障时刻为例,调整备自投“Emergency System”中脉冲发生器的通断频率Carrier
frequency(三组为例,建议成倍数比例提高或降低现有的Carrier frequency),仿真记录不同通断频率下“Emergency System”的三相电压输出波形,结合对比“By-Pass System”
中的三相电压输出波形(见图5)。
图4
图5
(1)备自投“Emergency System”中脉冲发生器的通断频率Carrier frequency初始值为2000Hz,在通断频率为2000Hz时:
“Emergency System”的三相电压输出波形:
“By-Pass System”中的三相电压输出波形: