浅谈虚拟同步发电机控制策略的发展趋势

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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。

同步发电机励磁自动控制系统练习参考答案

一、名词解释 1．励磁系统 答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。 2．发电机外特性 答：同步发电机的无功电流与端电压的关系特性。 3．励磁方式 答：供给同步发电机励磁电源的方式。 4．无刷励磁系统 答：励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。 5．励磁调节方式 答：调节同步发电机励磁电流的方式。 6．自并励励磁方式 答：励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。 7．励磁调节器的静态工作特性 答：励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。 8.发电机调节特性 答：发电机在不同电压值时，发电机励磁电流IE与无功负荷的关系特性。 9．调差系数 答：表示无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。 10．正调差特性 答：发电机外特性下倾，当无功电流增大时，发电机的端电压随之降低的外特性。11．负调差特性 答：发电机外特性上翘，当无功电流增大时，发电机的端电压随之升高的外特性。12．无差特性 答：发电机外特性呈水平．当无功电流增大时，发电机的端电压不随之变化的外特性。

13．强励 答：电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。 二、单项选择题 1．对单独运行的同步发电机，励磁调节的作用是( A ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．保持机端电压恒定和调节发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 2．对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( B ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．调节机端电压和发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 3．当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功 PG = EGUG sinδ为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。 X d A．U G sinδ； B．E Gsinδ； C．1 X d ?sinδ； D．sinδ。 4．同步发电机励磁自动调节的作用不包括( C )。 A．电力系统正常运行时，维持发电机或系统的某点电压水平； B．合理分配机组间的无功负荷； C．合理分配机组间的有功负荷； D．提高系统的动态稳定。 5．并列运行的发电机装上自动励磁调节器后，能稳定分配机组间的( A )。A．无功负荷；

交流电机控制技术II

东北大学继续教育学院 交流电机控制技术II 试卷（作业考核线上2）A 卷（共6 页） 一、判断题（20分）正确用√表示，错误用X表示，请将判断结果填入各题的（）中： 1. 间接变频装置的中间直流环节采用大电感滤波的属于电压源变频装置。（X） 2. 恒磁通变频调速协调控制原则是U/f为常数（√） 3. 异步电动机矢量控制中，MT坐标系的电磁量是直流量。（√） 4. 在矢量控制中以转子a轴为参考轴的坐标系是dq坐标系。（X） 5. 在SPWM的正弦参考信号中加入3次谐波后，可以拓宽线性控制范围（X） 6. 交-交变频器的最大输出频率是50Hz。（X） 7. 规则采样法的采样区间是等宽的（√） 8. 串联二极管的电流型逆变器换流中的尖峰电压与负载漏抗有关（√） 9. 在选择逆变器的开关器件时，可以不考虑元件承受反压的时间。（X） 10. 交直交变频器是直接变频器。（√） 11.按照VT1~VT6顺序导通逆变器主开关为三相异步电动机提供变频电源，ABC三相的下桥臂开关编号分别是VT2、VT3、VT6。（X） 12.变频调速时，在基频以下通常采用恒磁通变频调速，其协调控制原则为U/f等于常数。（X） 等于常数。（√） 13.恒功率变频调速，其协调控制原则为 14.基频以下调速时为了维持最大转矩恒定，在频率较低时应适当提高转子电压。（X） 15.变频器按变换的环节分为交—交变频器和交—直—交变频器。（√） 16.变频器按直流环节储能元件不同分为电流型变频器和电压型变频器。（√） 17.矢量控制理论中涉及的三个主要坐标系分别是ABC 、αβ 和 MT ；其中ABC和αβ

是静止坐标系。（ X ） 18.通过坐标变换将定子电流分解为两个相互独立的量，其中为1T i 磁场分量； 1M i 为转矩分量，可以实现解耦控制。（ X ） 19.在矢量控制理论中将三相坐标系下的三个时间变量写成2[()()()]A A B C x k x t ax t a x t =++形式的空间矢量,是以任意x 轴为参考轴的空间矢量表达式。（ X ） 20.三相坐标系下，空间矢量a A j x x e θ-=是以转子a 轴为参考轴的空间矢量表达式。（ X ） 二、选择题（20分）请将正确答案填入各题的（）中： 1. 变频技术中智能功率模块的英文缩写是（ B ） A ．PIC B. IPM C. SPWM D. GTR 2．基频以下变频调速时为了维持最大转矩恒定，在较低频率时应适当提高（ B ）。 A.定子电流 B.定子电压 C. 电源频率 D. 电机转速 3. 由D 触发器构建的环形分配器，如果在任意时刻都有三个Q 端输出1，则可得到宽（ B ）的六路脉冲输出。 A.120° B. 180° C. 150° D. 不确定 4. 对变频器调速系统的调试工作应遵循先（ A ）的一般规律。 A 、先空载、后轻载、再重载 B 、先轻载、后空载、再重载 C 、先重载、后轻载、再空载 D 、先轻载、后重载、再空载 5. 180°导电型的三相桥式逆变电路的换流是在（ C ）之间进行的。 A. 相邻相的上桥臂或者下桥臂 B. 相邻相的上下桥臂 C. 同一相的上下桥臂 D. 不确定桥臂 6. 电流型变频器带异步电动机在电动状态下运行时，变频器的逆变器处于（ B ）状态。 A. 空载 B.逆变 C.截止 D.无法确定 7.变频调速系统控制单元通过（ B ）得到控制脉冲的高低电平。 A. 锁相环 B. 比较器 C. 函数发生器 D. 极性鉴别器 8. 磁场轨迹法采用相邻电压矢量作为辅助矢量，在主矢量u(561)转换为主矢量u(612)以前，采用（ A ）作为辅助矢量。

同步电机的控制原理

同步电机的控制原理 一、控制原理 主机结构，包括定子、转子以及控制系统。 定子和异步电机完全相同。转子和线绕异步电机转子相同，有三个线圈，其中两个是励磁绕组，一个是阻尼绕组。励磁绕组通直流电，形成和定子对应的转子磁极，转子磁极在定子旋转磁场的作用下旋转，和定子保持同步。阻尼绕组的作用是防止已进入同步运转的电机失步。 启动状态下，转子的三个绕组起异步启动作用，产生感应电流，使电机逐步升速，直到接近于投磁前的亚同步状态。电机被拉入同步以前，两个励磁绕组经凸轮控制器串联，阻尼绕组经线路转换开关自成回路，这时通入直流电，把异步运转的电机强行拉入同步。 同步运转状态下，阻尼绕组和旋转磁场之间没有相对运动，不产生电流；失步状态下，阻尼绕组和旋转磁场之间有相对运动，产生电流和电动力，电动力的方向刚好和电机失步的方向相反，因此能起到阻止电机失步的作用。 控制系统包括一次系统控制回路和二次系统控制回路两部分。 一次系统控制回路主要是一台六氟化硫开关和一系列保护。有差动保护，过流保护，低电压保护，接地方向保护。 差动保护针对的是定子内部的短路或接地，定子内部短路或接地时，差动保护动作。过流保护主要保护电机的过载，在过载情况下动作。低电压保护在电网出现较长时间低电压情况下动作。接地方向保护在6kV单相完全接地或不完全接地情况下动作。各种保护动作，在切断主回路的同时，也切断直流回路。 二次回路包括励磁控制和启动回路。励磁控制是一套可控硅系统，功能和直流电机控制系统类似而较为简单，没有那么多反馈控制环，只有一个电流反馈控制环； 另外有联锁回路和失步、失磁、过激保护回路。励磁投入必须具备一定条件，如各种保护都没有动作，慢动电机处于脱开的位置，电机启动已进入亚同步状态的信号已送出，等。根据这些条件来准备控制可控硅的投入时间就是连锁，相应的回路称为连锁回路。 相对于一次回路的保护而言，失步、失磁和过激保护属于二次回路的保护。失步保护保护电动的失步。电机失步的破坏性很大，形成的异步力量能剪切转子线圈，所以这个保护功能必须可靠，否则一旦发生失步，后果很严重。该回路检测定子电流、电压。 众所周知，电机运行在功率因数超前状态，定子电流比定子电压滞后；运行在功率因数滞后状态，定子电流比定子电压超前。不论超前还是滞后，6kV回路的电流波和电压波之间都没有相对运动。如果电机失步，电机的电流波和电压波之间立即产生来来回回的相对运动，失步检测回路即捕捉此电流波和电压波来回运动时重合的脉冲。重合一次证明失步一次，重合两次失步保护动作。 失磁是欠激的极限状态，不清楚为什么有失磁保护而没有欠激保护，请各位探讨。失磁信号和过激信号的确定都通过比较放大器实现，比较放大器的给定可以调整。 二、启动过程 同步电机启动必须满足三个条件：1、继电器30C不激磁（过电流保护50/51未动作，接地方向继电器67G未动作，差动继电器87未动作，欠压继电器27未动作，故障继电器86X未动作，激磁变压器一次侧空气开关未跳，故障包括：失磁，失步，过激，启动限时，凸轮控制器及线路转换开关过载保护49AX，慢动电机总空气开关，慢动抱闸空气开关，慢动热保护49I，可控硅风机开关，及其热保护49FX，

基于matlab的同步发电机励磁系统仿真分析与调试毕业论文设计

基于MATLAB的同步发电机励磁系统仿真分析与调试 摘要 同步发电机为电力系统提供能量，其控制性能的好坏将直接决定电力系统的安全与稳定运行状况。通过掌握利用MATLAB对励磁控制进行分析和研究的技能，能灵活应用MATLAB的SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。通过使用这一软件工具从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。 文章介绍了MATLAB/Simulink的主要特点、基本模块和功能，分析了同步发电机励磁调节系统的组成及其各个部分原理，建立了基于MATLAB的同步发电机及其励磁调节系统仿真模型，最后建立了以PID和PSS为励磁控制方式的同步发电机励磁调节系统数学模型，在Simulink环境下进行了仿真，收到了很好的效果。 关键词：MATLAB；同步发电机；励磁调节系统；建模；仿真；校正

ABSTRACT Synchronous generator is the energy of the power system provider, and its performance will directly determine the quality of power system security and stability in operation. Through mastering the use of MATLAB for analysis of the excitation control and research skills, flexibility SIMULINK of MATLAB simulation software to analyze performance of the system. Through the use of the software tools from the boring red tape out of the computational burden, and more reflection on the nature of the problem used to solve practical production and research issues. The article introduced the main features of the MATLAB/Simulink，the basic module and function，illustrated the composition of synchronous generator excitation system and its principle of every part，established the simulation model of generator from MATLAB and that of generator excitation system，established synchronous generator excitation system mathematical model that is controlled by the way of PID and PSS，simulate it in the environment of Simulink，get pretty good results. Key words: MATLAB；synchronous generator；excitation control system；modeling；simulation；Correction

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

同步发电机励磁控制实验..

实验报告 课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法； 6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 图1 励磁控制系统示意图 实验用的励磁控制系统示意图如图l 所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控 专业： 电气工程及其自动化 姓名： 学号： 日期： 地点：教2-105

桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F (保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90?；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90?，实现逆变灭磁。 三、实验项目和方法 (一) 不同α角(控制角)对应的励磁电压波形观测 (1)合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄； (2)励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器 面板“它励”指示灯亮； (3)励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面 板上的“恒α”指示灯亮； (4)合上励磁开关，合上原动机开关； (5)在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮 即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。 注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需

交流电机控制技术I复习

交流电机控制技术I复习 一、判断题 1?间接变频装置的中间直流环节采用大电感滤波的属于电压源变频装置。 （X） 2.恒磁通变频调速协调控制原则是U/f为常数（J） 3.异步电动机矢量控制中，MT坐标系的电磁量是直流量。（V ） 4.在矢量控制中以定子A轴为参考轴的坐标系是dq坐标系。（X ） 5.交交变频器输出电压频率与输入电网电压的频率相同。（X ） 6.交-交变频器的最大输出频率是50Hzo （X ） 7.规则采样法的采样区间是等宽的（V ） 8.在矢量控制理论中ABC和a B是静止坐标系，MT是旋转坐标系。（J） 9.矢量控制采用的是转子磁场定向的控制方法。（V ） 10.180°导电型的三相桥式逆变电路在任意区间有3只开关管同时导通. （J） 二、选择题 从（A）、（B）、（C）、（D）中选择正确的答案，填入下面各题的（）中： 1.变频技术中正弦脉冲宽度调制的英文缩写是（C ） A. PIC B. IPM C. SPWM D. GTR 2.基频以下变频调速时为了维持最大转矩恒定，在较低频率时应适当提高 （B ）。 A.定子电流 B.定子电压 C.电源频率 D.电机转速 3.I1ID触发器构建的环形分配器，如果在任意时刻都有2个Q端输出1,则可得到宽（A ）的六路脉冲输出。 A. 120° B. 180° C. 150° D.不确定 4.对变频器调速系统的调试工作应遵循先（A ）的一般规律。

A、先空载、后轻载、再重载 B、先轻载、后空载、再重载 C、先重载、后轻载、再空载 D、先轻载、后重载、再空载 5.120°导电型的三相桥式逆变电路的换流是在（A ）之间进行的。 A.相邻相的上桥臂或者下桥臂 B.相邻相的上下桥臂 C.同一相的上下桥臂 D.不确定桥臂 6.电流型变频器带异步电动机在电动状态下运行时，变频器的逆变器处于（B ）状态。 A.空载 B.逆变 C.截止 D.无法确定 7.变频调速系统控制单元通过（B ）得到控制脉冲的高低电平。 A.锁相环 B.比较器 C.函数发生器 D.极性鉴别器 二常数时，称为（C ）调制方式。 A.异步 B.分级异步 C.同步 D.不能确定 9.谐波消除法就是适当安排开关角，在满足输出（B ）的条件下，消除不希望有的谐波分量。 A.基波电流 B.基波电压 C.基波频率 D.基波相位 10.余弦交截法就是用一系列余弦同步（C ）波和模拟量基准电压波的交点去决定整流器中相应晶闸管的控制角的方法。 A.电流 B.频率 C.相位 D.电压 三、填空题 1.按照VTPVT6顺序导通逆变器主开关为三相异步电动机提供变频电源，ABC三 相的下桥臂开关编号分别是（VT4 ）, （VT6 ）, （VT2 ）。 2.变频调速时，在（基频）以下通常釆用恒磁通变频调速，其协调控制原则为 U/f等于（常数）；在（基频）以上一般采用恒功率变频调速，其协调控制原则为（U/Jf ）等于常数。基频以下调速时为了维持最大转矩恒定，在频率较低时应适当提高（定子电压）。 3.变频器按变换的环节分为（交一交变频器）和（交

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。

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。

同步发电机励磁控制实验

课程名称：电力系统分析综合实验指导老师：成绩：__________________ 实验名称：同步发电机励磁控制实验实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法； 6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 实验用的励磁控制系统示意图如图l所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控

桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F(保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90?；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90?，实现逆变灭磁。 三、实验项目和方法 (一) 不同α角(控制角)对应的励磁电压波形观测 (1)合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄； (2)励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器 面板“它励”指示灯亮； (3)励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面 板上的“恒α”指示灯亮； (4)合上励磁开关，合上原动机开关； (5)在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮 即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。 注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需

基于MATLAB同步发电机励磁控制系统仿真

基于MATLAB同步发电机励磁控制系统仿真 维持发电机输出端电压或系统某点电压在给定的数值，保证并联运行的各发电机的无功功率能够合理地进行分配，提高系统的静态稳定性及动态稳定性，改善电力系统的运行条件。 有发电机功率励磁装置及自动励磁调节器构成闭环反馈系统 发电机为被控对象，功率励磁装置供给发电机转子磁场所需的直流功率，自动励磁调节器A VR，一般由调差环节，电压检测，综合放大等环节构成。 说明：由发电机电压互感器TV测量出的发电机电压Ug在综合点与电压设定器的设定电压Uref进行比较，其偏差值Uerr进入A VR放大部分进行运算，再经励磁机EX功率放大环节对发电机励磁回路进行调节 励磁系统的数学模型 同步发电机传递函数，电压测量单元传递函数，功率放大单元传递函数 同步发电机励磁控制系统框图，励磁系统的传递函数，励磁系统的动态方程 同步发电机传递函数 假设该系统中的发电机双输出绕组是严格同步变化的，在不考虑发电机磁路的饱和特性时，同步发电机的传递函数可简化为下一阶滞后环节：

Kg，发电机放大系数,取1 Td0’，时间常数，取1 电压测量单元 电压测量单元完成励磁同步发电机输出电压到数字控制器输入信号的转化，其中整流滤波电路略有延时，可用一阶惯性环节近似描述，故传递函数为： Kc，电压传感器的输入输出比例，取3 Tr ，滤波回路时间常数，取1 功率放大单元 功率放大主要是指由励磁控制器输出小的控制信号Upwm，到励磁功率器件的输出Uf之间的功率转换作用，该单元可认为是一阶惯性环节，传递函数为： Ka，放大环节的电压比例，取2 Ta，放大环节时间常数，取1 励磁系统框图 根据同步发电机励磁控制系统的结构，得出该系统的传递函数框图：

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，

三相同步发电机控制屏说明书

三相同步发电机控制屏使用说明书 1 概述 1.1 主要用途和适用范围 GGD型柴油机发电机组控制屏(下称控制屏)与1FC6系列50Hz 、400V ／230V三相四线制无刷同步发电机组配套使用，作为测量、监视、保护及输送电能之设备，控制屏具有过电流、过电压、逆功率、超速、油温高、水温高和油压过低等保护功能及手动和自动励磁调节装臵(发电机内)，能实现单机自动恒压，双机并联自动恒压，无功功率自动均衡分配。 1.2 环境条件 1.2.1 海拔高度不超过1000m。 1.2.2 周围环境温度不超过+40℃，而在24h周期内平均温度不高于35℃，周围环境温度下限为-15℃。 1.2.3 空气相对湿度在温度为+40℃时不超过50%。 1.2.4 使用环境无严重尘土，无爆炸危险的介质，无腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体，无导电微粒以及严重霉菌。 1.2.5 使用地点无剧烈振动与冲击。 1.2.6 控制屏相对于垂直基准轴的倾斜不大于5°。 2 基本结构 2.1 本产品系户内安装封闭式低压集中控制屏，其基本结构采用薄钢板及角铁焊接组合而成。 2.2 一次屏安装有隔离开关、空气断路器、电流互感器及避雷器、屏后下方

铜排为进线铜排。 2.3 二次屏的面板上装有各种测量仪表、信号灯、控制按钮、励磁调节器及各种开关的操作手柄，屏内装有各种电器元件。 2.4 控制屏具有良好的保护接地系统。. 3 控制屏的吊运、储存、安装及调试 3.1 吊运及储存 3.1.1 控制屏一般情况下应带箱吊运，在短途运输中也允许开箱吊运，但必须注意防止控制屏的外表油漆和电表等损坏。 3.1.2 控制屏应放在仓库内，用支座垫起；仓库内空气流通，相对湿度不大于75％且无有害气体、导电微粒及有爆炸危险的介质。 3.1.3控制屏严禁与化学药品、酸、碱及蓄电池等有腐蚀性的物品放在一起。 3.2 安装 3.2.1 控制屏安装处应符合本文第1.2.4~1.2.6条及第3.1.3条之要求。 3.2.2 控制屏应用螺栓固定在基础上。 3.2.3 屏面距墙应不小于1.5m，屏后距墙应在0.8~1.0m。 3.2.4 清除各处尘埃。 3.2.5 按接线图要求接线。 3.2.6 发电机主母线应按相序与控制屏主开关Q2的母线相接。 3.2.7 外部供电母线按相序与控制屏刀开关Q1的上端联接板相接。 3.2.8 发电机的中性点N应与控制屏中中性电抗器相接。 3.2.9 控制屏底部的接地螺栓应妥善接地。

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matlab的同步发电机励磁系统仿真分析与调试毕业设计

毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月 关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学

阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 基于MATLAB的同步发电机励磁系统仿真分析与调试 摘要 同步发电机为电力系统提供能量，其控制性能的好坏将直接决定电力系统的安全与稳定运行状况。通过掌握利用MATLAB对励磁控制进行分析和研究的技能，能灵活应用MATLAB的SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。通过使用这一软件工具从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。 文章介绍了MATLAB/Simulink的主要特点、基本模块和功能，分析了同步发电机励磁调节系统的组成及其各个部分原理，建立了基于MATLAB的同步发电机及其励磁调节系统仿真模型，最后建立了以PID和PSS为励磁控制方式的同步发电机励磁调节系统数学模型，在Simulink环境下进行了仿真，收到了很好的效果。 关键词：MATLAB；同步发电机；励磁调节系统；建模；仿真；校正

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

三相同步发电机的组成及工作原理

三相同步发电机的组成及工作原理 2009年04月17日 12:29 不详作者：佚名用户评论（0） 三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n(rpm)旋转，根据电磁应原理，三相定子绕阻便感应交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出。若认为磁路不饱和，则电枢磁势与磁极磁势各自产生相应的磁通，并在定子绕阻内感因电势。对于极电机，电枢磁势所感应的电势可以表示为Ea=-jIaXa. Xa被称为电枢反应电抗。Xa+Xσ=Xs隐极同步发电机的同步电抗。对于凸极电机，因直轴.交轴处磁阻不同，可将电枢磁势分解成Fad和Faq分别研究。它们所感应的电势分别写成Ead=-jIdXad和Eaq=-jIqXaq，式中Xad.Xaq分别是直轴及交轴电枢反应电抗。Xad+Xσ =Xd.Xaq+Xσ=Xq,Xd和Xq分别为直轴同步电抗和交交轴同步电抗。Xσ为漏磁通引起的电抗。同步电抗是决定同步电机性能的一个重要参数，通个开路实验和稳态实验就可求取。 同步发电机的空载特性是一个很重要的特性，它直接影响着电机的其它特性，通个开路实验还可以发现励磁系统的故障。态短路特性和零功率因数特性也都属于同步电机的重要特性，和空载特性配合，可以求出同步发电机的态参数及确定出补偿电枢的励磁电流。 同步发电机的外特性曲线用来求取电机运行时的重要指标之一及电压调整率。 同步发电机的调整特性可使运行人员知道在功率因数一定时，不改变端电压值.负载电流到多小而不使励磁电流超过规定值。 国家标准"GB1029" 对三相同步电机的实验方法作了具体规定，适用于普通三相同步发电机的型式实验或检查实验。通过实验可以确定该电机各性能指标。各种电机的效率和电压调整率均在部颁标准的相应技术条件中有具体规定，将实验结果与标准规定数据比较即可确定某同步发电机的质量和性能了。 若求取额定励磁电流和电压变化率，一般用做图法，跟国家标准GB1029介绍，其具体步骤如下：（1）如图1上绘制开路特性曲线，并沿纵轴额定相电压相量UN. （2）自原点O作额定电枢电流相量IN，与纵轴成ΦN角（cosΦN 为额定功率因数）。 （3）从相量UN终端作出电枢绕组电阻压降INRa平行与相量，IN,Ra为基准工作温度时的绕组电阻（对大型电机的Ra可忽略不计，对小型电机可进可行实际测量），从INRa终端作一垂直于相量IN的保梯电抗压降相 量INXp（Xp的保梯电抗压降相量INXp（Xp的求法见下（5），UN和INRa及 和INRa及INXp的相量和为相量Ep,Ep和UN的夹角δ。 （4）由开路特性确定的对应于Ep的励磁电流为Ifp在相量终端上与纵 与纵轴成δ+ΦN角做相量Ifa （5）额定电枢电流时电枢反应的励磁电流Ifa和保梯电抗Xp的确定： 如右下图上的开路特性曲线，并在图上作F点，F点的纵坐标为额定电压，横坐标为零功率因数特性上对应于于额定电枢电压.额定电枢电流的励磁电流通过通过F点作平行于横轴的直线CF，取CF的长度等于三相稳态短特性曲线上对应于额定枢电流的励磁电流Ifk，自点C作直线平行于开路特性的直线部分于开路特性交于H，自CF作的垂线HK交CF于K，线段 HK的长度即为额定电枢电流时在保梯电流电抗Xp上的压降△Up，则保梯 电抗Xp，可按下式计算。 Xp＝△Up／IN 若用标么值绘制开路特性曲线时,则,即可直接得出.线段的长度代表对应于时的励磁电流. ?(6)与的向量和即为额定励磁电流。 （7）由开路特性曲线求出对应与开路电压。电压变化率按下式机算 △U=（U0-UN)/UN*100 注：实验室里为教学实验用的同步电机通常是小型的。