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。