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:

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