同步发电机失磁异步运行Simulink仿真报告

《大型变压器与发电机运行》
仿真实验报告
仿真课题：同步发电机失磁异步运行的仿真姓名：
班级：
学号：
实验时间：
指导教师：
一、实验目的
1、学习熟悉MATLAB软件Simulink工具；
2、熟悉建立模型的过程；
3、学会分析模型、分析输出波形的方法；
4、对电力仿真建立一定程度的认识；
5、深入理解同步发电机失磁异步运行后各参数的变化。

二、仿真模型的建立
Simulink模型建立的主要步骤：
（1）建立模型窗口；
（2）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口；
（3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型。

同步发电机失磁(突然部分失磁或全部失磁)异步运行,是指同步发电机失磁后,仍带有一定的有功功率,以小滑差与电网并列运行的一种运行方式。

同步发电机的失磁故障占机组故障的比例最大,是电力系统中常见故障之一,特别是大型机组,励磁环节较多,造成励磁回路短路或开路的几率增大。

发电机失磁后, 励磁电流将逐渐衰减至零, 发电机的感应电势Ed 随着励磁电流的减小而减小, 电磁转矩将小于原动机的转矩, 因而转子加速, 使发电机的功角增大。

当功角超过静态稳定极限角时, 发电机与系统失去同步。

发电机失磁后将从系统中吸取感性无功供给转子励磁电流, 转子出现转差, 在定子绕组中感应电势。

依照模型建立的步骤执行，建立了如下同步发电机失磁异步运行的仿真实验模型如图一所示。

图一：单击—无穷大系统模型
Power GUI用于计算系统稳态潮流及初始值设定，其目的是为了保证仿真从稳定状态下开始运行。

用三相电源模拟无穷大系统。

各部件参量：
同步发电机的机械功率使用一个常数发生器设置，数值设为111.9e3
同步发电机的电压幅值使用阶跃信号发生器设置，初值设为17.8876，设置跳跃时间为1.5，计时间1.5后信号跳跃为0，以模拟失磁。

同步电机参数如下：
图二：同步发电机参数设置
在进行仿真计算前，先在Power GUI下进行稳态潮流计算，设置初始运行条件。

如果没有进行系统初始值设置或者设置不合理，将使系统长期处于不稳定状态。

三、仿真结果与分析
1．仿真结果
运行仿真模型后，点击示波器观察同步发电机各参量的波形图。

1.5S后同步电机失磁。

（1）三相定子电流波形图：
（2）励磁电流波形图：
（3）有功功率波形图：
（4）无功功率波形图：
（5）定子电压波形图：
（6）转子转速变化波形图：
（7）电磁转矩波形图：
2、仿真结果分析
由仿真结果波形图得知：
（1）定子电流明显增大且摆动
同步发电机失磁异步运行时, 由于需要建立工作磁通和漏磁通, 故使无功功率的分量增大。

同时,定子电流以及从电网吸收的无功功率, 均随转差的增大而增加, 因而使定子电流明显增大。

同时又发生摆动，摆动的原因简单地说是由于转子回路中有差频脉动电流所引起的。

（2）转子、励磁电流减少，接近于零
失磁后励磁电流显著减少。

在零点处有小摆动，最终失磁，励磁电流变为零。

失磁后转子电流迅速地依指数规律衰减,其减小的程度与失磁原因,剩磁大小有关。

（3）有功功率减小并且发生摆动
同步发电机从失磁转入异步运行的过程中, 由于转矩不平衡, 引起转子的转速升高, 故在调速器失灵区范围以外, 调速器自动关小汽门, 使原动机的输入功率减小。

此时发电机输出的功率也相应减小,直到原动机的转矩与发电机的异步转矩相平衡时, 调速器才停止动作。

因此, 有功功率表的指示值必然小于失磁前的数值。

（4）无功功率为负值
同步发电机失磁转入异步运行后, 一方面向系统输送有功功率, 另一方面也从系统吸收无功功率以磁化转子, 因此, 无功功率为负值。

（5）定子电压下降
发电机失磁前向系统送出无功功率,失磁后从系统吸收无功功率,这样将造成系统较大的无功功率差额,使系统电压水平下降,特别是失磁发电机附近的系统电压将严重下降,威胁安全生产。

此外会造成发电机组过电流。

（6）转子转速升高
发电机失去励磁后，电磁功率减小，在转子上出现转矩不平衡，促使发电机加速，转子被加速至超出同步转速运行，以致最后失步。

当发电机超出同步转速运行时，发电机转子和定子旋转磁场之间有了相对运动，于是在转子绕组、阻尼绕组以及转子的齿与槽锲中分别感应出滑差频率的交流电流，这些电流产生制动的异动转矩。

转速的增大，一直继续到出现的制动异步转矩与汽轮机的旋转转矩相等为止。

（7）电磁转矩波形与输出有功功率波形一致，减小且有摆动
当发电机超出同步转速运行时，发电机转子和定子旋转磁场之间有了相对运动，于是在转子绕组、阻尼绕组以及转子的齿与槽锲中分别感应出滑差频率的交流电流，这些电流产生制动的异步转矩，发电机开始向电力系统送出有功功率。

四、总结与心得体会
通过仿真实验，我熟悉了运用MATLAB软件Simulink工具进行电力仿真的步骤，熟悉了很多与电力系统有关的仿真模块。

仿真成功与否与选用的模块连接匹配，参数设定有很大的关联。

在经过查阅书籍与网络资料，学习后。

我找到一个进相运行的仿真模型。

在同步发电机进相运行的模型上做了改动，简化了励磁系统、原动机该用阶跃信号发生器与常数发生器代替。

删去了变压器等元件。

在了解了各元件参数的设置后。

我终于建立了一个简单的由同步发电机、负荷、三相电源模拟的无穷大系统、测量元件等组成的仿真模型，来模拟同步发电机失磁异步运行。

在后期处理波形图时，我试了多种方法，最后用“画图”软件解决了将SCOPE 波形图以白色背景呈现于WORD文件中。

本次仿真实验，达到了预期的目标。

我认识到了Simulink仿真工具的强大，关于该工具还有许多该学习的地方，我讲在以后的学习中继续探究，逐步掌握它，使它成为我学习电力系统及其他的一种有利的工具。