備用電源自動投入的數(shù)字仿真實驗

1、二、備用電源自動投入的數(shù)字仿真實驗備用電源自動投入裝置（以下簡稱備自投）在主電源正常運行時作為后備，在主電源故障時投入以保證負荷供電的穩(wěn)定性。備自投是電力部門為保證用戶連續(xù)可靠供電的重要手段。具體概念及原理參見教材電力系統(tǒng)保護、電力系統(tǒng)繼電保護原理等。1.實驗預習清楚備自投的概念和原理；明確備自投對于保障負荷穩(wěn)定供電的作用及意義。2.實驗目的了解數(shù)字仿真軟件中低壓備自投的構成及實現(xiàn)方式；模擬仿真?zhèn)渥酝对谙到y(tǒng)主電源故障下的運行特性。3.實驗步驟（1） 將仿真示例copy到電腦。進入MATLAB界面，導入并打開模型power_project.slx;a.梳理power_project.slx模型中

2、的主要元件設備組成，該模型包括多級電壓網(wǎng)絡，涵蓋輸電壓級和中低壓配電網(wǎng)絡；備自投裝置封裝為“Emergency System”，其通過“By-pass system”模塊接入至低壓配電系統(tǒng)；b.熟悉不同電壓等級的電源模型參數(shù)及斷路器配置情況；c.熟悉備自投裝置“Emergency System”模型中二極管整流橋、直流電容及IGBT半橋逆變器的組成形式和工作原理，掌握離散PWM發(fā)生器的信號觸發(fā)特點。d.熟悉“By-pass system”模塊的組成結構及實現(xiàn)形式，掌握其電氣參數(shù)的設計特點；e.設置模型配置參數(shù)，運行時間為0.2s。圖 1 （2）點擊運行power_project.slx算例。1

3、. 實驗記錄power_project.slx的運行結果，包括：a.點擊模型中的“fault”模塊，展開如圖2所示，設置故障發(fā)生的時刻（如圖3），記錄“Generation Unit 10MVA , 15KV”、“15KV-6.6KV System”、“6.6KV-400V System”、“Emergency System”、“By-Pass System”中的三相電壓數(shù)據(jù)及斷路器動作特性。圖 2圖3 1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”：斷路器動作特性：2、“15KV-6.6KV System”：斷路器動作特性：3、“6.6KV-400V System”：斷路器

4、動作特性：4、“Emergency System”：5、“By-Pass System”：b.改變故障發(fā)生的時刻（請做兩組），重新記錄“Generation Unit 10MVA , 15KV”、“15KV-6.6KV System”、“6.6KV-400V System”、“Emergency System”、“By-Pass System”中的三相電壓數(shù)據(jù)及斷路器動作特性。更改故障發(fā)生的時刻，如下圖所示：1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”：斷路器動作特性：2、“15KV-6.6KV System”：斷路器動作特性：3、“6.6KV-400V System”：斷

5、路器動作特性：4、“Emergency System”：5、“By-Pass System” ：更改故障發(fā)生的時刻，如下圖所示：1、“Generation Unit 10MVA , 15KV”：斷路器動作特性：2、“15KV-6.6KV System”：斷路器動作特性：3、“6.6KV-400V System”：斷路器動作特性：4、“Emergency System”：5、“By-Pass System” ：1、 以某組故障時刻為例，記錄備自投“Emergency System”中DC電容電壓的充放電特性及脈沖發(fā)生器的輸出波形（見圖4）；記錄備自投“Emergency System”中二極管整

6、流橋及IGBT半橋逆變器的輸入輸出電流特性。電容電壓的充放電特性：脈沖發(fā)生器的輸出波形：二極管整流橋輸入輸出電流特性：IGBT半橋逆變器的輸入輸出電流特性：2、 以某組故障時刻為例，調(diào)整備自投“Emergency System”中DC電容的原有設計參數(shù)（三組為例，建議成倍數(shù)比例提高或降低現(xiàn)有的電容設計參數(shù)），仿真記錄不同電容值下的DC充放電特性；同時記錄“Emergency System”的三相電壓輸出波形。（1）將電容參數(shù)進行調(diào)整，將電容值由1000e-6更改為1000e-7：DC充放電特性：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：（2）電容值為1000e-6時：DC充放電特

7、性：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：（2） 將電容參數(shù)進行調(diào)整，將電容值由1000e-6更改為1000e-5：DC充放電特性：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：3、 以某組故障時刻為例，調(diào)整備自投“Emergency System”中脈沖發(fā)生器的通斷頻率Carrier frequency（三組為例，建議成倍數(shù)比例提高或降低現(xiàn)有的Carrier frequency），仿真記錄不同通斷頻率下“Emergency System”的三相電壓輸出波形，結合對比“By-Pass System”中的三相電壓輸出波形(見圖5)。圖4圖5（1）備自投“Emergen

8、cy System”中脈沖發(fā)生器的通斷頻率Carrier frequency初始值為2000Hz，在通斷頻率為2000Hz時：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：“By-Pass System”中的三相電壓輸出波形：（2）調(diào)整備自投“Emergency System”中脈沖發(fā)生器的通斷頻率Carrier frequency為200Hz，在通斷頻率為200Hz時：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：“By-Pass System”中的三相電壓輸出波形：（3）調(diào)整備自投“Emergency System”中脈沖發(fā)生器的通斷頻率Carrier frequenc

9、y為20000Hz，在通斷頻率為20000Hz時：“Emergency System”的三相電壓輸出波形：“By-Pass System”中的三相電壓輸出波形：注意，將圖粘貼在所交實驗報告上（以plot作圖的形式，而不是截屏），要求圖形在各個時間點的變化清晰可見，與實驗分析結合能說明問題。為此，可取某變量的部分時間段細節(jié)圖，而不是整個運行期間的。2. 實驗分析a. 備自投的動作響應時間？答：備自投的動作響應時間為0.001s。b. “Emergency System”仿真模型中Controlled Voltage Source的作用？答：“Emergency System”仿真模型中Contr

10、olled Voltage Source是電壓源，其輸出電壓即為400V側電壓，作為備用系統(tǒng)中整流橋的輸入電壓。c. “Emergency System” 仿真模型中DC電容的功效，其參數(shù)設計與充放電特性之間的關系？答：DC電容的主要功效是維持整流橋輸出電壓的穩(wěn)定，減小輸出電壓的紋波；時間常數(shù)，電容越小，時間常數(shù)越小，充放電越快。d. “Emergency System” 仿真模型中Filter模塊所起的作用？答：“Emergency System”仿真模型中Filter模塊所起的作用主要是濾波作用，即將逆變器輸出的含諧波較多的多電平波變成更接近正弦波的電壓波形，從而提高系統(tǒng)的整體性能。e. 備自投中采用二極管不控整流和IGBT半橋逆變的組成形式，PWM控制模塊的通斷頻率對備自投的運行性能有何影響？答：PWM控制模塊的通斷頻率越高，所產(chǎn)生的SPWM波的諧波越少，SPWM波形更接近正弦波，而且響應時間會相應縮小，備自投的補償效果越好。3. 進一步思考（1）若備用電源的容量不能夠滿足全負荷的要求，應如何操作，是否應選擇性切除部分負荷，怎么考慮與重合閘之間的配合？答：當備用電源不能滿足全部供電容量要求則應在投入備用電源前有選擇地切除部分負荷，同時閉鎖這些線路的重合閘，防止重合閘裝置誤動作。（2）本仿真實例中所應