MATLAB Simulink系统建模与仿真 实验报告要点

MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真

实验报告

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专业：电气工程及其自动化

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学号：*******************

实验一无穷大功率电源供电系统三相短路仿真

1.1 无穷大功率电源供电系统仿真模型构建

运行MATLAB软件，点击Simulink模型构建，根据电路原理图，添加下列模块：

（1）无穷大功率电源模块（Three-phase source）

（2）三相并联RLC负荷模块（Three-Phase Parallel RLC Load）

（3）三相串联RLC支路模块（Three-Phase Series RLC Branch）

（4）三相双绕组变压器模块（Three-Phase Transformer (Two Windings)）

（5）三相电压电流测量模块（Three-Phase V-I Measurement）

（6）三相故障设置模块（Three-Phase Fault）

（7）示波器模块（Scope）

（8）电力系统图形用户界面（Powergui）

按电路原理图连接线路得到仿真图如下：

1.2 无穷大功率电源供电系统仿真参数设置

1.2.1 电源模块

设置三相电压110kV，相角0°，频率50Hz，接线方式为中性点接地的Y形接法，电源电阻0.00529Ω，电源电感0.000140H，参数设置如下图：

1.2.2 变压器模块

变压器模块参数采用标幺值设置，功率20MVA，频率50Hz，一次测采用Y型连接，一次测电压110kV，二次侧采用Y型连接，二次侧电压11kV，经过标幺值折算后的绕组电阻为0.0033，绕组漏感为0.052，励磁电阻为909.09，励磁电感为106.3，参数设置如下图：

1.2.3 输电线路模块

根据给定参数计算输电线路参数为：电阻8.5Ω，电感0.064L，参数设置如下图：

1.2.4 三相电压电流测量模块

此模块将在变压器低压侧测量得到的电压、电流信号转变成Simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，勾选“使用标签（Use a label）”以便于示波器观察波形，设置电压标签“Vabc”，电流标签“Iabc”，参数设置如下图：

1.2.5 故障设置模块

勾选故障相A、B、C，设置短路电阻0.00001Ω，设置0.02s—0.2s发生短路故障，参数设置如下图：

1.2.6 示波器模块

为了得到仿真结果准确数值，可将示波器模块的“Data History”栏设置为下图所示：

1.3 无穷大功率电源供电系统仿真结果及分析

得到以上的电力系统参数后，可以首先计算出在变压器低压母线发生三相短路故障时短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小，短路电流周期分量的幅值为Im=10.63kA，时间常数Ta=0.0211s，则短路冲击电流为Iim=17.3kA。

通过模型窗口菜单中的“Simulation--Configuration Parameters”命令打开设置仿真参数的对话框，选择可变步长的ode23t算法，仿真起始时间设置为0s，终止时间设置为0.2s，其他参数采用默认设置。在三相故障模块设置在0.02s时刻变压器低压母线发生三相短路故障。运行仿真，得到变压器低压侧的三相短路电流波形如下图所示：

可见，短路电流周期分量的幅值为10.64kA，冲击电流为17.39kA，与理论计算相比有差别，这是由于电源模块的内阻设置不同而造成的。

实验二同步发电机突然短路的暂态过程仿真

2.1 发电机端突然发生三相短路的Simulink仿真模型构建

根据给出的发动机参数，添加下列模块：

（1）p.u.标准同步发电机模块（Synchronous Machine pu Standard）

（2）常数模块（Constant）

（3）电压测量模块（Voltage Measurement ）

（4）放大器模块（Gain）

（5）信号选择模块（Bus Selector）

其他模块选取与前相同，建立Simulink仿真模型如下图所示：

2.2 发电机端突然发生三相短路的Simulink仿真参数设置

2.2.1 同步发电机模块

设置同步发电机功率为200MVA，电压13.8kV，频率50Hz，电抗设置如图，d轴时间常数选择“Short-circuit”，q轴时间常数选择“Open-circuit”。时间常数设置如图，定子电阻（p.u.）0.005，惯性系数3.2，摩擦系数0，极对数32，初始条件栏将由Powergui模块自动设定。参数设置如下图：

2.2.2 变压器模块

设置功率210MVA，频率50Hz，接线方式为yD1，二次侧中性点接地，绕组参数：一次侧电压13.8kV，二次侧电压230kV，电阻均为0.0027，电感均为0.08，励磁电阻500，励磁电感500。参数设置如下图：

2.2.3 Powergui模块初始化设置

双击Powergui模块，打开潮流计算和电机初始化窗口，设定同步发电机为平衡节点“Swing bus”。初始化后，与同步发电机模块输入端口相连的两个常数模块Pm和Vf以及同步发电机模块中的“Init.Cond.”将会自动设置。数据如下图所示：

2.3 发电机端突然发生三相短路的Simulink仿真结果及分析

选择Ode15算法，仿真结束时间取1s。设置故障模块在0.02025s—1s发生三相短路故障。开始仿真，得到发电机端突然三相短路后的三相定子电流波形图如下图所示：

其中，A相定子电流的冲击电流标幺值为9.1048，和理论计算值存在0.95%的误差。短路后定子电流的d轴和q轴分量Id、Iq以及励磁电流If的仿真波形如下图所示：