電力電子與電力系統(tǒng)報(bào)告-蘭州交通大學(xué)

1、企業(yè)課程實(shí)習(xí)與實(shí)訓(xùn)（2）報(bào)告評(píng)語(yǔ)：實(shí)訓(xùn)過(guò)程（50分）實(shí)訓(xùn)報(bào)告（40分）答 辯（10）總成績(jī)（100）專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣1301 姓 名： 馬清宗 學(xué) 號(hào)： 201309431 指導(dǎo)教師： 張蕊萍 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2015 年12月14日 （電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)分析）課程實(shí)訓(xùn)報(bào)告 1實(shí)訓(xùn)報(bào)告1.1 實(shí)訓(xùn)題目1.1.1課題一：三相橋式全控整流電路仿真仿真三相晶閘管整流器，Us=220V（相電壓），fs=50Hz,R=2,L=10mH，=30°。1.1.2課題二：直流降壓斬波電路仿真已知直流電源200V，要求將電壓降低到100V，負(fù)載為電阻電感反

2、電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，電阻為2，電感為5mH，反電動(dòng)勢(shì)為80V。設(shè)計(jì)一個(gè)直流降壓斬波器，并選擇斬波頻率、占空比。1.1.3課題三：?jiǎn)蜗嚯妷盒桶霕蚰孀冸娐贩抡嬖O(shè)計(jì)單相電壓型半橋逆變電路模型，Ud1=Ud2=100V，脈沖周期為0.02s，以及輸出負(fù)載的電壓電流波形。1.1.4課題四：?jiǎn)蜗嘟涣髡{(diào)壓電路（阻感負(fù)載）仿真一單相交流調(diào)壓器，輸入交流電壓為220V，50Hz，負(fù)載為電阻電感，其中R=8，L=6。仿真觸發(fā)角為60°時(shí)的輸出電壓、電流的波形。1.1.5課題五: 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過(guò)程的仿真假設(shè)一臺(tái)有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)，。若發(fā)電機(jī)空載，端電壓為額定電壓，端子突然發(fā)生三相短路，且0=0，

3、利用MATLAB/Simulink建立仿真模型，并根據(jù)已知參數(shù)對(duì)各模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。1)合理選擇仿真算法和故障模塊中的短路類型，仿真結(jié)束時(shí)間取為1s，試完成同步發(fā)電機(jī)端發(fā)生突然三相短路故障的暫態(tài)過(guò)程仿真，并繪制：給出各個(gè)元件模塊參數(shù)設(shè)置的窗口圖；短路發(fā)生后的三相定子電流波形；短路發(fā)生后的定子電流的d軸和q軸分量id、iq以及勵(lì)磁電流if的波形；2)分析并回答對(duì)應(yīng)0=0，故障模塊中的短路發(fā)生時(shí)間該如何設(shè)置？1.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)及計(jì)算1.2.1課題一：三相橋式整流電路仿真設(shè)計(jì)步驟(1)根據(jù)三相橋式整流電路原理圖（如圖1所示）組織仿真設(shè)計(jì)電路圖（如圖2所示）。晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖

4、示的順序編號(hào)，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1、VT3、VT5， 共陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。編號(hào)如圖示，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?VT1VT2VT3VT4VT5VT6。圖1 三相橋式整流電路原理圖圖2 三相橋式整流電路仿真電路圖(2)設(shè)置元器件參數(shù)。1)電源參數(shù)設(shè)置：三相電源Ua=2202V=311V，初相角設(shè)為0°，Ub=311V，滯后A相120°，Uc=311V，超前A相120°。2)三相晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。3)6脈沖發(fā)生器設(shè)置：頻率為50Hz，脈沖寬度取10%，取雙脈沖觸發(fā)

5、方式。4)觸發(fā)角設(shè)置：可以根據(jù)需要將alph設(shè)置為30°。5)負(fù)載可以根據(jù)需要設(shè)成純電阻、純電感、阻感等，本次仿真中為阻感負(fù)載R=2，L=10mH 。(3)設(shè)置仿真參數(shù)。設(shè)置仿真時(shí)間為0.08s，仿真變步長(zhǎng)算法為ode23tb。(4)啟動(dòng)仿真，觀察仿真結(jié)果。仿真結(jié)果如圖3。圖3 =30°是三相整流電路仿真結(jié)果1.2.2課題二：直流降壓斬波器設(shè)計(jì)仿真步驟(1)根據(jù)直流降壓斬波器原理圖（如圖4所示）組織仿真設(shè)計(jì)電路圖（如圖5所示）。降壓斬波電路工作原理：當(dāng)V導(dǎo)通的時(shí)候，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓u0=E，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。當(dāng)V關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓u0

6、近似為0，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。 圖4 直流降壓斬波器原理圖圖5 直流降壓斬波器仿真圖(2)設(shè)置元器件參數(shù)。1)電源參數(shù)設(shè)置：直流電源E=200V，反電動(dòng)勢(shì)為80V。2)脈沖發(fā)生器設(shè)置：脈沖周期為1ms，脈沖占空比：=50%。 3)負(fù)載L=5mH，R=2。(3)設(shè)置仿真參數(shù)。設(shè)置仿真時(shí)間為0.02s，仿真算法為ode23tb。(4)啟動(dòng)仿真，觀察仿真結(jié)果。仿真結(jié)果如圖6.圖6 直流降壓斬波器仿真結(jié)果1.2.3課題三：電壓型單相半橋逆變電路設(shè)計(jì)仿真步驟(1)根據(jù)單相電壓型半橋逆變電路原理圖（如圖7所示）組織仿真設(shè)計(jì)電路圖（如圖8所示）。電壓型半橋逆變電路有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)可控

7、器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容，兩個(gè)電容的連接點(diǎn)便成為直流電源的中點(diǎn)。圖7 電壓型單相半橋逆變電路原理圖圖8 電壓型單相半橋逆變電路仿真圖(2)設(shè)置元器件參數(shù)。1)電源參數(shù)設(shè)置：設(shè)置Ud1=Ud2= Ud/2=100V。2)晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。3)觸發(fā)脈沖設(shè)置：周期為0.02s，脈沖寬度為50%。5)負(fù)載在本次仿真中為阻感負(fù)載R=2，L=0.01H 。(3)設(shè)置仿真參數(shù)。設(shè)置仿真時(shí)間為0.1s，仿真算法為ode23tb。(4)啟動(dòng)仿真，觀察仿真結(jié)果。仿真結(jié)果見(jiàn)附錄I圖3.輸出電壓uo為矩形波，其幅值為Um=Ud/2。電路帶阻感負(fù)載，t2時(shí)刻給V

8、1關(guān)斷信號(hào)，給V2開(kāi)通信號(hào)，則V1關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流，當(dāng)t3時(shí)刻io降零時(shí)，VD2截止，V2開(kāi)通，io開(kāi)始反向，由此得出電流波形如圖9所示。圖9 電壓型單相半橋逆變電路仿真結(jié)果1.2.4課題四：?jiǎn)蜗嘟涣髡{(diào)壓電路（阻感負(fù)載）設(shè)計(jì)仿真步驟(1)根據(jù)單相交流調(diào)壓電路（阻感負(fù)載）電路原理圖（如圖10所示）組織仿真設(shè)計(jì)電路圖（如圖11所示）。工作過(guò)程：若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為，當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。圖10 單相交流調(diào)壓電路（阻感負(fù)載）電路原理圖圖11 單相交流調(diào)壓電路（阻感負(fù)載）電路仿真圖

9、 (2)設(shè)置元器件參數(shù)。1)電源參數(shù)設(shè)置：電源U=2202V=311V，初相角設(shè)為0°。2)晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。3)脈沖發(fā)生器設(shè)置：頻率為50Hz，脈沖寬度取30%，觸發(fā)角設(shè)置為60°。4)負(fù)載可在本次仿真中為阻感負(fù)載R=8，由于=2T=20.02=100，則L=6100=0.02H。(3)設(shè)置仿真參數(shù)。設(shè)置仿真時(shí)間為0.1s，仿真變步長(zhǎng)算法為ode23tb。(4)啟動(dòng)仿真，觀察仿真結(jié)果。仿真結(jié)果如圖12.圖12 單相交流調(diào)壓電路（阻感負(fù)載）電路仿真圖負(fù)載阻抗及負(fù)載阻抗角分別為：，因此開(kāi)通角的變化范圍為：，即當(dāng)=60°時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角解上式可

10、得晶閘管導(dǎo)通角為： 1.2.5課題五: 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過(guò)程的仿真 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過(guò)程的數(shù)值計(jì)算利用MATLAB對(duì)突然三相短路后的定子電流進(jìn)行計(jì)算的基本步驟如下：首先計(jì)算各衰減時(shí)間常數(shù)。查閱資料可得，。由于空載時(shí)，其中、為短路前瞬間的空載電勢(shì)、機(jī)端電壓，所以可得a相定子電流表達(dá)式為利用MATLAB對(duì)上式進(jìn)行數(shù)值計(jì)算并繪圖的m文件程序清單見(jiàn)附錄。運(yùn)行程序得到發(fā)電機(jī)端突然發(fā)生三相短路時(shí)的a相定子電流，以及基頻分量、倍頻分量和非周期分量的波形見(jiàn)附錄I圖1，并且短路后的沖擊電流標(biāo)幺值為9.1927。同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過(guò)程的仿真1)同步發(fā)電機(jī)端突然發(fā)生三相短路故障的暫態(tài)過(guò)程

11、仿真 (1)同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過(guò)程的仿真模型如圖13所示。 (2)各個(gè)元件模塊參數(shù)設(shè)置的窗口圖。同步發(fā)電機(jī)模塊的參數(shù)設(shè)置如圖14所示，升壓變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置如圖15所示，利用Powergui模塊的潮流計(jì)算和電機(jī)初始化窗口計(jì)算初始參數(shù)如圖16所示。圖13 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路暫態(tài)過(guò)程的仿真模型圖14 同步發(fā)電機(jī)模塊的參數(shù)設(shè)置圖15 升壓變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置圖16 利用Powergui模塊的潮流計(jì)算和電機(jī)初始化窗口計(jì)算初始參數(shù)圖17 故障模塊的參數(shù)設(shè)置2.1.5 MATLAB/Simulink環(huán)境下仿真波形及分析回答1)同步發(fā)電機(jī)端突然發(fā)生三相短路故障的暫態(tài)過(guò)程仿真波形 (1)發(fā)電機(jī)端

12、突然三相短路時(shí)的定子電流仿真波形圖見(jiàn)附錄I，圖2所示。 (2)發(fā)電機(jī)端突然三相短路時(shí)id、iq 以及if 的電流仿真波形圖見(jiàn)附錄I，圖3所示。2)分析回答 對(duì)應(yīng)0=0，故障模塊中的短路發(fā)生時(shí)間該如何設(shè)置？ 答：從圖12可以看出，a相電流滯后a相電壓4.43，即電流與電壓波形的過(guò)零點(diǎn)相差0.25ms。因此在故障模塊中設(shè)置0.02025s時(shí)發(fā)生三相短路故障()，其他參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置。2 總結(jié)經(jīng)過(guò)三個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)不斷的從一無(wú)所知到查資料，到自己的慢慢理解，吸收，到最終能靈活的運(yùn)用一開(kāi)始覺(jué)得陌生的知識(shí)后。我覺(jué)得這三周過(guò)得很充實(shí)，很有意義。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足。首先，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們綜合

13、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程，這次課程設(shè)計(jì)，我從中學(xué)到很多的東西，同時(shí)鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。其次，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，電子電子技術(shù)MATLAB仿真涉及三相半波整流電路，有源逆變電路，交流調(diào)壓電路、交流調(diào)功電路、斬控式交流調(diào)壓電路，通過(guò)繪制電路原理圖，在simulink環(huán)境下建立其仿真模型并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，利用示波器觀察輸入、輸出及器件的電壓電流波形，加深了對(duì)相關(guān)電路的認(rèn)識(shí)，并逐漸掌握了simulink仿真方法。只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)

14、，在實(shí)踐中得出結(jié)論，才能更好的提高自己的獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的很多的不足，自己知識(shí)的缺乏，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固等問(wèn)題，這使得我們以后學(xué)習(xí)會(huì)更加細(xì)致，更加認(rèn)真的對(duì)待學(xué)習(xí)中遇到的每一個(gè)問(wèn)題。3 參考文獻(xiàn)1李傳琦.電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)M.北京:電子工業(yè)出版社,2007.2于群,曹娜等.MATLAB/Simulink 電力系統(tǒng)建模與仿真M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.3王兆安,劉進(jìn)軍等.電力電子技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.4于永源,楊綺雯等.電力系統(tǒng)分析M.北京:中國(guó)電力出版社,2007.附錄I 同步發(fā)電

15、機(jī)突然三相短路暫態(tài)過(guò)程的仿真MATLAB/Simulink下系統(tǒng)模型圖及運(yùn)行結(jié)果程序%*N=48;t1=(0:0.02/N:1.00);fai=0*pi/180;%空載短路全電流表達(dá)式Ia=(-cos(2*pi*50*t1+fai)-1.43*exp(-2.97*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)-2.34*exp(-0.608*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)+4*exp(-6.3*t1).*cos(-fai*pi/180)+0.77*exp(-6.3*t1).*cos(2*2*pi*50*t1+fai);%基頻分量Ia1=-cos(2*pi*50*t1+fai

16、)-1.43*exp(-2.97*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)-2.34*exp(-0.608*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai);%倍頻分量Ia2=0.77*exp(-6.3*t1).*cos(2*2*pi*50*t1+fai);%非周期分量Iap=4*exp(-6.3*t1).*cos(-fai*pi/180);subplot(4,1,1); %繪制空載短路全電流波形圖plot(t1,Ia);grid on;axis(0 1 -10 10);ylabel('Ia(p.u.)');subplot(4,1,2); %繪制基頻分量波形圖plot(t1,Ia1);grid on;axis(0 1 -10 10);ylabel('Ia1(p.u.)');subplot(4,1,3); %繪制倍頻分量波形圖plot(t1,Ia2);grid on;axis(0 1 -1 1);ylabel('Ia2(p.u.)');subplot(4,1,4); %繪制非周期分量波形圖plot(t