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：