虚拟同步发电机单机并网小信号模型及其稳定性分析

同步电机课后习题参考答案

14-1水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？ 14-2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？ 14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？ 14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz电网上，转速为150r/min的水轮发电机的极数为多少？ 14-5 一台三相同步发电机S N=10kV A，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N和额定运行时的发出的有功功率P N和无功功率Q N。 14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？ 14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？ 14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？ 14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？ 答案： 14-3 2p=40 14-4 I N=14.43A，P N=8kW，Q N=6 kvar

15-1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每相的值？ 15-2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响：（1）铁心饱和程度增加；（2）气隙增大；（3）电枢绕组匝数增加；（4）励磁绕组匝数增加。 15-9 (1) * 0E =2.236， (2) *I =0.78（补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) *0E =1.771, 0E =10.74kV ， 4.18=θ 15-11 0 2.2846E * =, 013.85kv E =，32.63θ= 15-12 012534.88v E =，57.42ψ=，387.61A d I =，247.7A q I = 16-1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降到0.5n 1则短路特性，测量结果有何变化？ 16-2 什么叫短路比，它与什么因素有关？ 16-3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘd 非和Kc 的方法。 16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组Y 接法，额定容量S N =7500kV A ，额定电压U N =6300V ，额定功率因数cos φN =0.8（滞后），频率f =50Hz 。由实验测得如下数据： 空载实验 短路实验测得N k I I =时，A 208fk =I ，零功率因数实验I =I N ，U =U N 时测得A 433fN0=I 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性求出X σ和I fa ；（3）额定运行情况下的I fN 和u ?。 16-5 一台15000kV A 的2极三相Y 联接汽轮发电机， kV 5.10N =U ，8.0cos N =?（滞 09.2*** （2）额定负载时的励磁电流标么值。

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略 作者：丁明， 杨向真， 苏建徽， DING Ming， YANG Xiangzhen， SU Jianhui 作者单位：合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心,安徽省合肥市,230009 刊名： 电力系统自动化 英文刊名：AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS 年，卷(期)：2009,33(8) 被引用次数：12次 参考文献(14条) https://www.wendangku.net/doc/a113723566.html,SSETTER R;AKHIL A;MARNAY C Integration of distributed energy resources.,the CERTS microgrid concept 2008 2.FIRESTONE R;MARNAY C Energy manager design for microgrids 2008 3.WANG Zhutian;HUANG Xinhong;JIANG Jin Design and implementation of a control system for a microgrid involving a fuel cell power module 2007 4.KATIRAEI F;IRAVANI R;HATZIARGYRIOU N Microgrids management 2008(03) 5.KROPOSKI B;LASSETER R;ISE T Making microgrids work 2008(03) 6.BARSALI S;CERAOLO M;PELACCHI P Control techniques of dispersed generators to improve the continuity of electricity 2002 7.LOPES J A P;MOREIRA C L;MADUREIRA A G Defining control strategies for microgrids islanded operation[外文期刊] 2006(02) 8.CONTI S;GRECO A M;MESSINA N Generators control systems in intentionally islanded MV microgrids 2008 9.LOPES J A P;MOREIRA C L;MADUREIRA A G Control strategies for microgrids emergency operation 2005 10.何仰赞;温增银电力系统分析 2002 11.李光琦电力系统暂态分析 1995 12.王兆安;黄俊电力电子技术 2005 13.刘维烈电力系统调频与自动发电控制 2006 14.孙莹;王葵电力系统自动化 2004 引证文献(12条) 1.时珊珊.鲁宗相.闵勇.王阳无差调频过程中微电源功率分配策略设计[期刊论文]-电力系统自动化 2011(19) 2.杨浩.牛强.吴迎霞.罗建.张磊.江宇飞负荷中心含微电网的小干扰电压稳定性分析[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(18) 3.郑竞宏.王燕廷.李兴旺.王忠军.王小宇.朱守真微电网平滑切换控制方法及策略[期刊论文]-电力系统自动化2011(18) 4.余宏桥.陈水明微电网中合闸空载电缆时的过电压[期刊论文]-电力系统自动化 2010(6) 5.陈卫民.汪伟.蔡慧一种智能型光伏发电逆变器设计[期刊论文]-中国计量学院学报 2009(4) 6.时珊珊.鲁宗相.闵勇.王阳微电网孤网运行时的频率特性分析[期刊论文]-电力系统自动化 2011(9) 7.苏建徽.汪长亮基于虚拟同步发电机的微电网逆变器[期刊论文]-电工电能新技术 2010(3) 8.彭铖.刘建华.潘莉丽基于虚拟同步电机原理的微网逆变器控制及其仿真分析[期刊论文]-电力科学与技术学报

2.1同步发电机数学模型及运行特性

2.1同步发电机数学模型及运行特性 本节主要阐述同步发电机稳态数学模型及运行特性：包括向量图、等值电路与功率方程以及功角特性。 2.1.1 同步发电机稳态数学模型 理想电机假设： 1）电机铁心部分的导磁系数为常数； 2）电机定子三相绕组完全对称，在空间上互差120度，转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称； 3）定子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在空气隙中按正弦规率分布； 4）定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。 同步电动机是一种交流电机，主要做发电机用，也可做电动机用，一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机和矿井通风机等。近年由于永磁材料和电子技术的发展，微型同步电机得到越来越广泛的应用。同步电动机的特点之一是稳定运行时的转速n与定子电流的频率f1之间有严格不变的关系，即同步电动机的转速n与旋转磁场的转速n0相同。“同步”之名由此而来。 同步发电机是电力系统中的电源，它的稳态特性与暂态行为在电力系统中具有支配地位。虽然在电机学中已经学过同步电机，但那时侧重于基本电磁关系，而现在则从系统运行的角度审视发电机组。 1.同步发电机的相量图 设发电机以滞后功率因数运行，三相同步发电机正常运行时，定子某一相空载电势Eq，输出电压或端电压U和输出电流I间的相位关系如图2-1所示。δ是Eq领先U的角度，称为功角，是功率因数角，即U与I的相位差， Eq与q轴（横轴或交轴）重合，d为纵轴或直轴。U和I的d、q分量为： 图 2-1电势电压相量图 电机学课程中已经讨论过，端电压和电流的分量与Eq间的关系为： （2-3）

虚拟同步发电机并网运行适应性分析及探讨附录

,f f L C 分别为滤波电感和电容；g L 为电网与VSG 之间的电感 图A1 电压控制型VSG 等效电路 Fig.A1 Equivalent circuit of voltage-controlled VSG 图A2 电压控制型VSG 控制框图 Fig.A2 Control scheme of voltage-controlled VSG 图A3 电流控制型VSG 等效电路 Fig.A3 Equivalent circuit of current-controlled VSG 图A4 电流控制型VSG 控制框图 Fig.A4 Control scheme of current-controlled VSG

Fig.B1 Fault currents of conventional renewable energy and voltage-control VSG Fig.B2 Fault currents of conventional renewable energy and current-control VSG

图C1 风电VSG-同步电机仿真系统示意图 Fig.C1 Wind VSG and synchronous generator system 图C2 8m/s） Fig.C2 Comparisons of frequency nadirs under different penetration levels with and without wind frequency support 图C3不同风速情况下，风电VSG和风电不调频系统频率偏差最低点对比（新能源占比20%） Fig.C3 Comparisons of frequency nadirs under different wind speeds with and without wind power frequency support

上海交大电机学实验+三相同步发电机并网运行

电机学实验报告 实验五 三相同步发电机并网运行 班级：姓名：学号： 同组成员： 实验时间： 实验地点： 一、 实验目的 1掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。 2.掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。 二、 实验内容 1. 用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。 2. 三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。 (1) 测取输出功率等于零时三相同步发电机的 V 形曲线。 (2) 测取输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的 V 形曲线。 三、 实验接线图 1. 图5-1三相同步发电机与电网并联运行接线图 四、实验设备 1. T 三相感应调压器 2. G 同步发电机 P N =2kW U N =400V I N = 3.61A I fN =3.6A n N =1500r/min 3. M 直流电动机 P N =2.2kW U N =220V I N =12.4A U N =220Vn N =1500r/min * 1 A J * W A1 电+ 枢 G 电 C A2 B2 A B1 B2 +励磁电源 B 相 交 流 断 电 源 V A A W A 并车开关 1 A B o B 闭 C g 合 开C o

4.变阻器励磁变阻器Rf1 0/500 Q 1A 5.并车开关 6.直流电流表30A（电枢） 7.直流电流表4A（励磁） 8.直流电压表400V 9.交流电压表500V 10.交流电流表10A 11.功率表 五、实验数据记录 1.P2~0时无功功率调节实验数据 2P2=0.5PN 六、计算及问题分析 1.根据实验操作过程，简要说明发电机与电网并联运行时无功功率调节的方法。 在保持同步发电机的有功功率不变的情况下，调节同步发电机的励磁电流I f，改变了功率因数角，调节电机的无功功率输出。在励磁电流变化的过程中, 在励磁电流取某一值的时候，定子电流会出现一个最小值，这时功率因数角为

无刷直流电机数学模型(完整版)

电机数学模型 以二相导通星形三相六状态为例，分析BLDC的数学模型及电磁转矩等特性。为了便于分析，假定： a)三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称； b)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响； c)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布； d)磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。 则三相绕组的电压平衡方程可表示为： 错误！未找到引用源。(1) 式中：错误！未找到引用源。为定子相绕组电压(V)；错误！未找到引用源。为定子相绕组电流(A)；错误！未找到引用源。为定子相绕组电动势(V)；L为每相绕组的自感(H)；M为每相绕组间的互感(H)；p为微分算子p=d/dt。 三相绕组为星形连接，且没有中线，则有 错误！未找到引用源。(2) 错误！未找到引用源。(3) 得到最终电压方程： 错误！未找到引用源。(4) e c c 图.无刷直流电机的等效电路 无刷直流电机的电磁转矩方程与普通直流电动机相似，其电磁转矩大小与磁通和电流幅值成正比 错误！未找到引用源。(5) 所以控制逆变器输出方波电流的幅值即可以控制BLDC电机的转矩。为产生恒定的电磁转矩，要求定子电流为方波，反电动势为梯形波，且在每半个周期内，方波电流的持续时间为120°电角度，梯形波反电动势的平顶部分也为120°

电角度，两者应严格同步。由于在任何时刻，定子只有两相导通，则：电磁功率可表示为： 错误！未找到引用源。(6) 电磁转矩又可表示为： 错误！未找到引用源。(7) 无刷直流电机的运动方程为： 错误！未找到引用源。(8) 其中错误！未找到引用源。为电磁转矩；错误！未找到引用源。为负载转矩；B为阻尼系数；错误！未找到引用源。为电机机械转速；J为电机的转动惯量。 传递函数： 无刷直流电机的运行特性和传统直流电机基本相同，其动态结构图可以采用直流电机通用的动态结构图，如图所示： 图2.无刷直流电机动态结构图 由无刷直流电机动态结构图可求得其传递函数为: 式中： K1为电动势传递系数，错误！未找到引用源。，Ce 为电动势系数； K2为转矩传递函数，错误！未找到引用源。，R 为电动机内阻，Ct 为转矩系数；T m为电机时间常数，错误！未找到引用源。，G 为转子重量，D 为转子直径。基于MATLAB的BLDC系统模型的建立 在Matlab中进行BLDC建模仿真方法的研究已受到广泛关注，已有提出采用节点电流法对电机控制系统进行分析，通过列写m文件，建立BLDC仿真模型，

同步发电机模型整理

同步电机定转子侧变量对应关系及名称 112X ()q q 励磁电动势=i 空载电动势（后面的电动势）=瞬变电动势（后面的电动势）q 轴超瞬变电动势（后面的电动势）d 轴超瞬变电动势（后面的电动势）→→'''→=''''''→=+-''''''→=-→=-'→=-f f f f ad f f d q ad f ad f q d q f f ad D q d q D f f D f D ad aq Q d d Q Q q d aq g a q d u u E E X r E E X i X ψE X E ψX X ψE X E X ψX ψX X X X ψE X E ψX i E X i X i E ????????????????????? q g g ψX 同步发电机16各变量： 13个电磁变量：定子侧6个（dq u 、dq i 、dq ψ）；转子侧7个（f u 、fDQ i 、fDQ ψ） 3个机电变量：（m T 、r ω、δ） 同步发电机10个基本方程（dqfDQ u 、dqfDQ ψ）： 00=-+-??=-++??=-+??=-+?=-+??=-++??=-+?=-++??=-++??=-+?d d d r q q q q r d f f f f D D D Q Q Q d d d ad f ad D q q q aq Q f ad d f f ad D D ad d ad f D D Q aq q Q Q u ri p ψωψu ri p ψωψu r i p ψr i p ψr i p ψψx i x i x i ψx i x i ψx i x i x i ψx i x i x i ψx i x i 三阶实用模型： 这种模型的导出基于如下假定： 忽略定子绕组暂态和阻尼绕组作用，计及励磁绕组暂态和转子动态 （1）忽略定子d 、q 轴暂态，即定子电压方程中d p ψ、q p ψ均为0； （2）在定子电压方程中，1(..)≈r ωp u ，在速度变化不大的过渡过程中，误差很小；

三相同步发电机的并联运行实验报告

实验报告四 实验名称：三相同步发电机的并联运行实验 实验目的：1.掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。 2.掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。 实验项目：1.用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。 2.三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。 3.三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。 →测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。（一）填写实验设备表

（二）三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节 填写实验数据表格 表4-1 U=220V （Y ） f f0I =I = 0.85 A （三）三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节 填写实验数据表格 表4-2 n=1500r/min U=220V 2P 0≈W

（四）问题讨论 1.三相同步发电机投入电网并联运行有哪些条件？不满足这些条件将产生什么后果？ 答：1.发电机的频率和电网的频率相同。 2.发电机和电网的电压大小相等，相位相同。3.发电机和电网的相序相同。 不满足这些条件将产生：1.频率不同，引起系统功率下降，进而导致系统解列。2.电压不同，引起系统损耗加大。相位不同不但会使有功和无功的冲击外，还会有一个电磁力矩冲击，会导致传动部分冲击。 3.相序不同.将会发生短路，造成人身伤亡和损坏设备事故。 2. 三相同步发电机与电网并联的方法有哪些？ 答：1.直接并网，2.有电动机带动至电网电压和频率时并网。3.发电机先做电动机，再转向发电机状态。 3. 实验的体会和建议 答：熟悉了三相同步发电机并网运行的条件与操作方法，知道了如何对三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节，明白了三相同步发电机投入电网并联条件的重要性。

同步电机实用四阶模型

附录Ⅲ 同步电机实用四阶模型 当同步电机在q 轴转子上要计及和瞬变过程对应的g 绕组，但d 轴、q 轴转子仍忽略与超瞬变过程对应的D 绕组、Q 绕组时，则三阶实用模型将增阶为四阶实用模型。其导出过程与三阶实用模型相似，只是增加了一个q 轴转子的g 绕组。下面进行推导。 1. 等效实用变量引入 除三阶实用模型中所定义的励磁电动势f E 、q 轴空载电动势q E 及q 轴瞬变电动势q E '外，还需定义以下两个新的实用变量： g i 所对应的d 轴电动势 g aq d i X E -= （Ⅲ-1) g Ψ所对应的d 轴电动势 g g aq d ΨX X E -=' （Ⅲ-2） d E '又称为d 轴瞬变电动势，或“q X '后面的电动势”。d E 和d E '定义式中的负号是由于定子d 绕组电压方程中的速度电动势项－ωq Ψ中的负号引起的，即q 轴的正磁链，由于转子的旋转，在定子等值d 绕组中引起负值的速度电动势。 在稳态时，0d E =0(因为g 绕组端口短路，稳态时g i =0)。暂态时，由于忽略定子暂态，设定子电压方程中p d Ψ=p q Ψ=0，q i 要发生突变，故g i 也要发生突变，从而使g 绕组的磁链g Ψ不突变(因考虑到g 绕组的暂态)，因此暂态中和g i 成比例的d E 也要发生突变。 在暂态中，和g Ψ成比例的d E '是不突变的，其暂态初值可根据稳态值而定。 0d E '可用下式计算，证明见后面推导。 0000q q d a d d i X i r u E '-+=' （Ⅲ-3) 式中，g aq q g aq q X X X X X X X 211//-=+='为q 轴瞬变电抗。 由式(Ⅲ-3)可知，将0d E '称为“q X '后面的电动势”的物理背景。 2. 消去q Ψ及g i (d E )用的表达式导出

发电机并网设计

东北石油大学 电力系统综合设计 2017年11月17 日

电力系统综合设计任务书 题目发电机自动准同期并入电网 专业电气工程及其自动化姓名阿力木江·吐孙学号140603140133 主要内容： 根据发电机自动准同期并入电网所需的条件基本要求，完成额定容量为200MVA的发电机并网操作，要求无振荡，无冲击电流，0.2s后系统稳定运行。 1)发电机并网条件分析； 2)发电机并网模型的建立； 3)分别对发电机端电压电压与电网电压幅值、频率和初相位在各种匹配情况下， 发电机并网过程的仿真； 参考资料： [1] 刘介才.工厂供电[M] ．北京：机械工业出版社，2003.44-48. [2] 王先彬.电力系统及其自动化[M].北京：中国电力出版社，2004． [3] 何仰赞，温增银．电力系统分析[M] ．武汉：华中科技大学出版社，2004． [4] 刘平，李辉.基于Matlab的发电机并网过程仿真分析[J].2010． [5] 李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：中国电力出版社，2007． 完成期限2017.11.6至2017.11.17 指导教师高金兰徐建军 专业负责人徐建军 2017年11 月6 日

目录 1 设计要求 (1) 2 发电机并网条件分析 (1) 2.1 并网的理想条件 (1) 2.2 相位差、频率差和电压差对滑差的影响 (1) 3 发电机并网模型建立 (3) 3.1 仿真模型 (3) 3.2 系统仿真模型的建立 (4) 3.3 发电机并网仿真分析 (6) 3.4 仿真结果及分析 (6) 4 结论 (8) 参考文献 (9)

1 设计要求 通过发电机并网模型的建立与仿真分析，掌握发电机并网方法和 Matlab/Simulink中的电力系统模块（PSB），深化对发电机并网技术的理解，培养分析、解决问题的能力和Matlab软件的应用能力。 4)发电机并网条件分析； 5)发电机并网模型的建立； 6)分别对发电机端电压电压与电网电压幅值、频率和初相位在各种匹配情况下， 发电机并网过程的仿真； 7)理论分析结果与仿真分析结果的比较。 2 发电机并网条件分析 2.1 并网的理想条件 同步发电机组并列运行，并列断路器合闸时冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值一般不宜超过1-2倍的额定电流；发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。 为了减小电网与发电机组组成的回路内产生的瞬时冲击电流，需保证同步发电机电压与电网并网瞬时电压相等，所以发电机并网的理想条件为： ●应有一致的相序。 ●方应有相等的电压有效值。 ●方应有相同或者十分接近的频率和相位。 若满足理想条件，则并列合闸冲击电流为零，且并列后发电机与电网立即进入同步运行，无任何扰动现象。但在实际操作中，三个条件很难同时满足，而并列合闸时只要冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后发电机组能迅速拉入同步运行且对电网影响较小，因此实际并列操作允许偏离理想条件一定范围时进行合闸操作。 2.2 相位差、频率差和电压差对滑差的影响 利用Matlab绘图工具可得到各种情况下滑差电压波形，设电网电压为=wt U，图2-1为频差为0.5Hz、电压差和相位差为零的滑差电压波形。 ) + 100α sin( 图2-2为频差为0.5Hz、相位差为60°、电压差为零的滑差电压波形。图2-3为电压差为10V、频差为0.5Hz相位差为零的滑差电压波形。

同步发电机的并网运行

同步发电机的并网运行 本章概述： 单机供电的缺点： ①不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得 停电); ②无法实现供电的灵活性和经济性。这些缺点可以通过多机并联来改善。 通过并联可将几台电机或几个电站并成一个电网。现代发电厂中都是把几台同步发电机并联起来接在共同的汇流排上，一个地区总是有好几个发电厂并联起来组成一个强大的电力系统(电网)。 并网运行(Parallel Operation)优点： ①提高了供电的可靠性，一台电机发生故障或定期检修不会引起停电事故。 ②提高了供电的经济性和灵活性。 ③提高了供电质量，同步发电机并联到电网后，它的运行情况要受到电网的制约，也就是说它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。

17-1 并联条件及其方法 一、并网条件 把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、整步。 在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。 并网条件： ①电压有效值应相等即U=U1； ②频率和相位应相等f=f1、j =j1； ③双方应有一致的相序。 若以上条件中的任何一个不满足则在开关K的两端，会出现差额电压，如果闭合K，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。 二、并联方法 并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。通常用电压表测量

电网电压，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。再借助同步指示器检查并调整频率和以确定合闸时刻。 同步指示器法 (1) 灯光明暗法(看动画） 将三只灯泡直接跨接于电网与发电机的对应相之间。 并车方法为： ①通过调节发电机励磁电流使得发电机的端电压等于电网电压； ②电压调整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替，如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致； ③通过调节发电机的转速改变其频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时，

三相同步发电机并网运行实验

三相同步发电机并网运行 一. 实验目的 1. 学习三相同步发电机投入并网运行的方法。 2. 测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。 3. 研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。 4. 测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。 二. 实验原理 1. 同步发电机的并网运行 把同步发电机并联至电网的手续称为整步亦称为并列或并车。在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。双方应有相同的相序，相同的电压，相同的或接近相同的频率，相同的电压初相位。 2. 同步发电机的静态稳定性 所谓同步发电机的静态稳定性是指发电机在某个运行下，突然受到任意的小干扰后，能恢复到原来的运行状态的能力。同步发电机在并网运行中受到较小的扰动后，若能自动保持同步运行，则该机就具有静态稳定的能力。 发电机输出的电磁功率与功角的关系为：δδsin sin max 0P X E P s E U = = 发电机的功角特性曲线如图所示 假定在某一正常运行情况下，发动机向无限大系统输送的功率为P 0,由于忽略了发动机内部损耗及机组的摩擦、风阻等损耗假定在某一正常运行情况下，，风阻等损耗，P0即等于原动机输出的机械功率Pr .。由图可见，当输送P0时 有两个运行点a 和b 。考虑到系统经常不断受到各种小的扰动，从下面的分析可以看到，只有a 点是能保持静态稳定的实际运行点，而b 点是不可能维持稳定运行的。 先分析a 点的运行情况。如果系统中楚湘某种顺势的微小扰动，使功角增加了一个微小增量 ，则发呆年技术处的电磁功率达到与图中a ’相对应的值。这是，由于原

基于虚拟同步发电机的光储并网发电控制技术

2018年12 月电工技术学报Vol.33 Sup.2 第33卷增刊2 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Dec. 2018 DOI: 10.19595/https://www.wendangku.net/doc/a113723566.html,ki.1000-6753.tces.L80095 基于虚拟同步发电机的光储并网发电控制技术 陈文倩辛小南程志平 （郑州大学产业技术研究院郑州 450001） 摘要光伏并网功率不断增加，其频率和电压主要由电网提供支撑，但对电网几乎不提供转动惯量。为提高光伏发电系统的稳定性，该文对基于虚拟同步发电机（VSG）的光储并网逆变器 控制策略进行了研究。针对光伏发电系统和储能系统独立并入电网的结构特点，建立并网逆变器 的VSG数学模型，设计基于一次调频和一次调压的并网有功、无功调节方案，建立VSG的小信 号分析模型，对虚拟惯性和阻尼参数对并网功率跟踪的影响进行了分析。最后，在Matlab/Simulink 平台上搭建仿真模型，验证VSG控制策略的正确性和有效性。仿真结果表明，该控制策略将惯性 和阻尼引入功率控制环中，光储并网发电系统可模拟同步发电机实现一次调频和一次调压。 关键词：虚拟同步发电机并网逆变器光储系统虚拟惯性和阻尼 中图分类号：TM464 Control of Grid-Connected of Photovoltaic System with Storage Based on Virtual Synchronous Generator Chen Wenqian Xin Xiaonan Cheng Zhiping （Industrial Technology Research Institute Zhengzhou University Zhengzhou 450001 China）Abstract With the continuous increase of photovoltaic (PV) grid-connected power, its frequency and voltage are mainly supported by the power grid, but it provides almost no rotational inertia to the grid. In order to improve the stability of PV power generation systems, the control strategy of grid-connected inverter of the PV system with storage is studied based on virtual synchronous generator (VSG). The PV power generation system and energy storage system are integrated into the grid independently. The VSG mathematical model of a grid-connected inverter is built based on the characteristics of the system. The regulations of active and reactive powers are researched, respectively, based on primary frequency modulation and primary voltage modulation. A small-signal model of the VSG is established and the influence of different virtual inertia and damping parameters on power tracking of grid-connected inverters are discussed. Finally, a simulation model is built under the Matlab/Simulink platform to verify the correctness and effectiveness of the VSG control strategy. The results show that the control strategy can introduce the inertia and damping into the power control loop, and realize the primary frequency modulation and primary voltage regulation characteristics of the synchronous generator simulated by the PV system with storage. Keywords：Virtual synchronous generator, grid-connected inverter, photovoltaic system with storage, virtual inertia and damping 国家自然科学基金青年科学基金项目（61803343）、河南省高等学校重点科研项目（18A470017、18A470015、17A120014、19A120012）和中国博士后科学基金面上项目（2018M630835）资助。 收稿日期2018-06-22 改稿日期2018-09-13 万方数据

清华大学电力系统 同步发电机的数学模型21

长江三峡水电枢纽

同步汽轮发电机的转子同步水轮发电机的转子气隙 定子 同步发电机的FLASH.SWF 11

定子上3个等效绕组 a 相绕组 b 相绕组 c 相绕组 转子上3个等效绕组 同步发电机简化为：定子3个绕组、转子3个绕组、气隙、定子铁心、转子铁心组成的6绕组电磁系统励磁绕组 d 轴等效的阻尼绕组轴等效的阻尼绕组Q 15d 轴 q 轴120度 120度 120度 定子、转子铁心同轴（忽略定、转θ sin )M F =磁动势零点 θ 的，无饱和，无磁滞和涡流损耗，

19 磁链与电流、电压的参考正方向 1、设转子逆时针旋转为旋转正方向； 3、定子三相绕组端电压的极性与相电流正方向按发电机惯例来定义，即 正值电流i a 从端电压u a 的正极流出发电机，b 、c 相类似。 定子绕组的正电流产生负的磁链！！ 2、定子三相绕组磁链ψa ，ψb ，ψc 的正方向与a 、b 、c 三轴正方向一致; + -21 5、d轴上的励磁绕组f、阻磁链正方向与d轴磁链正方向与q轴的正方向一致；正电流由端电压，因此绕组电阻： a 相绕组 b 相绕组 c 相绕组 ＋

26 励磁绕组d 轴阻尼绕组 轴阻尼绕组 绕组、 28 绕组的磁链方程－6个 定子绕组的磁链a 相绕组的磁链＝ a 相绕组电流产生的自磁链＋ b 相绕组电流产生的互磁链＋ c 相绕组电流产生的互磁链＋励磁绕组电流产生的互磁链＋D 绕组电流产生的互磁链 ＋ Q 绕组电流产生的互磁链

31 转子绕组的磁链励磁绕组的磁链＝ a 相绕组电流产生的互磁链＋ b 相绕组电流产生的互磁链＋ c 相绕组电流产生的互磁链＋励磁绕组电流产生的自磁链＋D 绕组电流产生的互磁链＋ Q 绕组电流产生的互磁链 36 a 相绕组磁路磁阻（磁导）的变化与转子d 轴与a 相绕组轴线的夹角θa (=ωt )有关 磁路的磁导λaa ,自感L aa 为θa 的周 期函数，周期为π。 θa θa ＝±π/2 磁路磁导最小，自感最小 a θa ＝0，π磁路磁导最大，自感最大 a

同步发电机准同期并网实验

第1讲 实践教学目标 1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法； 3．熟悉同步发电机准同期并列过程； 4．观察、分析有关波形。 实践教学内容 同步发电机准同期并列实验 [实践项目1] 手动准同期实验 1．按准同期并列条件合闸 将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。 观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至“增速减速”灯熄灭。 此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0o位置前某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。 2．偏离准同期并列条件合闸 实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况： （1）电压差相角差条件满足，频率差不满足，在fF>fX和fFVX和VF

同步发电机模型整理

112 X ()q q 励磁电动势=i 空载电动势（后面的电动势）=瞬变电动势（后面的电动势）q 轴超瞬变电动势（后面的电动势）d 轴超瞬变电动势（后面的电动势）→→'''→=''''''→=+-''''''→=-→=-'→=-f f f f ad f f d q ad f ad f q d q f f ad D q d q D f f D f D ad aq Q d d Q Q q d aq g a q d u u E E X r E E X i X ψE X E ψX X ψE X E X ψX ψX X X X ψE X E ψX i E X i X i E ??? ? ???? ? ? ????? ? ????? q g g ψX 同步发电机16各变量： 13个电磁变量：定子侧6个（dq u 、dq i 、dq ψ）；转子侧7个（f u 、fDQ i 、fDQ ψ） 3个机电变量：（m T 、r ω、δ） 同步发电机10个基本方程（dqfDQ u 、dqfDQ ψ）： 00=-+-?? =-++??=-+??=-+? =-+?? =-++??=-+?=-++?? =-++??=-+?d d d r q q q q r d f f f f D D D Q Q Q d d d ad f ad D q q q aq Q f ad d f f ad D D ad d ad f D D Q aq q Q Q u ri p ψωψu ri p ψωψu r i p ψ r i p ψr i p ψψx i x i x i ψx i x i ψx i x i x i ψx i x i x i ψx i x i 三阶实用模型： 这种模型的导出基于如下假定： 忽略定子绕组暂态和阻尼绕组作用，计及励磁绕组暂态和转子动态 （1）忽略定子d 、q 轴暂态，即定子电压方程中d p ψ、q p ψ均为0；

同步电机数学模型

同步电机的基本方程式及数学模型 派克方程 1.1 理想电机假设 （1）电机磁铁部分的磁导率为常数，因此可以忽略掉磁滞、磁饱和的影响，也不计涡流及集肤效应作用等的影响； （2）定子的三个绕组的位置在空间互相相差120°电角度，3个绕组在结构上完全相同。同时，他们均在气隙中产生正弦分布的磁动势； （3）定子及转子的槽及通风沟等不影响电机定子及转子的电感，因此认为电机的定子及转子具有光滑的表面； 为了分析计算，还需要设定绕组电流、磁链正方向。 1.2 abc 坐标下的有名值方程 同步电机共有6个绕组分别为：定子绕组a,b,c ，转子励磁绕组f ，转子d 轴阻尼绕组D 以及转子q 轴阻尼绕组Q 。需要求出每个绕组的电压、电流和磁链未知数，因此一共需要18个方程才能求解。 电压方程： 00 a a a a b b b b c c c c f f f f D D D D Q Q Q Q u p r i u p r i u p r i u p r i u p r i u p r i ψψψψψψ=-?? =-??=-?=-?? =-≡??=-≡? D 绕组与Q 绕组均为无外接电源闭合绕组，因此电压均为0，从而上式中一共有8个方 程。 磁链方程： 11a a aa ab ac af aD aQ b b ba bb bc bf bD bQ c c ca cb cc cf cD cQ f f fa fb fc ff fD fQ Da Db Dc Df DD DQ D D Qa Qb Qc Qf QD QQ Q Q i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L L L L L L L i L L L L L L i L ψψψψψψ-???? ??????? ?-??????????-??????=? ????? ?????? ??????????????? ????? =(33)12(33)21(33)22(33)abc fDQ i L L L i ????-???????????? 在电感矩阵中（针对凸极机），定子绕组自感和互感参数是随转子位置而变化的参数， 而在转子绕组中，转子的自感和互感参数均为常数，而且D 轴与Q 轴正交，则D 轴绕组与Q 轴绕组互感为0。定子与转子之间的互感参数显然是随转子位置变化的参数。

浅谈虚拟同步发电机控制策略的发展趋势

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/a113723566.html, 浅谈虚拟同步发电机控制策略的发展趋势 作者：张晓磊郭裕祺 来源：《科技风》2018年第18期 摘要：随着分布式电源装机比例的不断提升，相继出现了系列问题，从而影响到了传统电网的电力传输，因此有学者提出了虚拟同步发电机控制策略以模拟传统电网中的同步发电机的调频调压特性，从而改善分布式系统的稳定性，有效解决分布式电网欠阻尼、低惯性的问题。本文将简要介绍虚拟同步发电机控制策略的基本类型及其发展趋势。 关键词：虚拟同步发电机；控制策略；发展趋势 随着生态坏境问题的愈加严重，以及不可再生能源的大量消耗，使可再生能源的研究和利用成为解决能源和环境问题的核心。而可再生能源发电不连续、随外界因素变化大等特点使储能技术应用而生，各种蓄电池的有效利用为可再生能源发电提供了能量缓冲平台，将可再生能源有效的存储起来，克服了弃风弃水弃光等问题。在此基础上，应用而生的虚拟同步发电机控制策略很好的模拟了传统电网自建电压、大惯性、高输出阻抗的优点。其控制策略的主要分为了电流型和电压型。本文简略介绍了虚拟同步发电机的发展现状及其现在主要采用的电压型虚拟同步发电机的工作原理。 1 虚拟同步发电机的发展现状 早在1997年， IEEE Task Force 工作组织AA.Edris等学者首次提出静止同步发电机的概念；2005年荷兰代尔夫特科技大学Johan Morren 首次在风力发电时模拟了同步发电机的转动惯量和一次调频特性；2007年，德国劳克斯塔尔工业大学的Beck教授率先提出虚拟同步机概念，通过对同步发电机完整的七阶数学模型进行建模研究，并在电力电子设备上模拟了同步发电机的转动惯量与阻尼特性；2008年K.VISSCHER教授在欧洲的联合项目“VSYNC”的基础上提出了虚拟同步发电机的概念，在直流侧加入储能支撑的基础上，通过模拟同步发电机的有功无功的一阶下垂特性以及转子的动态运动方程使电力电子设备表现出同步发电机的转动惯量与阻尼特性的外特性。随后，荷兰能源中心、代尔夫特工业大学等研究机构也对此工程做了大量的理论分析和研究，但这些方案都为电流控制型虚拟同步电机：即主要从外特性上模拟了同步发电机的摇摆方程，并没有模拟同步发电机的调压特性，仅將控制对象等效为受控电流源，在电网电压的支撑下，进一步调节逆变器输出电流的幅值和相位，所以此种控制难以为系统提供足够的电压支撑，不能在系统孤岛时使用。并且电流型虚拟同步发电机在建模时，所采用的模型阶次比较高，因此会在运行时造成震荡以及不稳定的现象，并且随模型的阶次越高，其震荡现象会越严重，早期有学者把这种震荡现象归结为PI控制器的积分参数选择不合理，但随后的研究中发现是模型选择阶次太高所致。