34电力课程设计报告

电气2012级“卓班”企业课程实习与实训(2)报告评语：考勤（10）守纪（10）实习报告（20）实训过程（20）实训报告（30分）小组答辩（10）总成绩（100）专业：电气工程及其自动化班级：电气1201姓名：王亚龙学号：201209613指导教师：于晓英兰州交通大学自动化与电气工程学院2014年12月25日企业课程实习与实训报告-1-1电力电子技术MATLAB仿真（单相交流—交流变换电路）1.1单相交流调压电路1.1.1带电阻性负载的单相交流调压电路仿真(1)单相交流调压主电路原理图单相晶闸管交流调压电路的主电路原理如图1所示。三相电源输出v单相交流调压ADJK03器件G1K1G2K2VT1VT2A1B1U0I0电阻性负载电阻电感性负载图1单相交流调压主电路原理图(2)电阻性负载的工作情况单相晶闸管交流调压器由两个反相并联的晶闸管组成。带电阻性负载时，负载电流的波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致，通过改变控制角，可以改变负载电压的有效值，达到交流调压的目的。单相交流调压的触发电路完全可以套用整流触发电路。电路的移相范围是0~180º。(3)仿真参数设置交流电压源参数设置：交流峰值电压为100V，频率为50Hz，初始相位为0；晶闸管参数设置：Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8，RS=500Ω，CS=250e-9F；电阻性负载的参数设置：R=450Ω；仿真时间和误差参数设置：相对误差1.0e-3；开始和结束仿真时间：0s和0.1s。(4)绘制仿真波形①当=0°，Pulse1设置为0s，Pulse2设置为0.01s，负载电压、负载电流、流过晶闸管电流、晶闸管端电压以及晶闸管上的触发信号的波形图如图2~7所示。图2晶闸管端电压企业课程实习与实训报告-2-图3晶闸管电流图4负载电压图5负载电流图6触发脉冲图7电源电压②当=60°，Pulse1设置为0.00334s，Pulse2设置为0.01334s，波形图如图8~13所示。图8晶闸管端电压企业课程实习与实训报告-3-图9晶闸管电流图10负载电压图11负载电流图12触发脉冲图13电源电压1.1.2带阻感性负载的单相交流调压电路仿真(1)阻感性负载的工作情况单相晶闸管交流调压器由两个反相并联的晶闸管组成。当负载为阻感负载时，设负载的阻抗角为φ，如果用导线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流应是正弦波，其相位滞后于电源电压的角度恰好等于阻抗角φ。在用晶闸管控制时，由于只能通过触发延迟角推迟晶闸管的导通，所以晶闸管的触发脉冲应在电流过零点之后，使负载电流更为滞后，而无法使其超前。若把=0企业课程实习与实训报告-4-的时刻仍定在电源电压过零的时刻，阻感负载下稳态时的移相范围为φπ。(2)仿真参数设置交流电压源参数设置：交流峰值电压为100V，频率为50Hz，初始相位为0；晶闸管参数设置：Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8，RS=500Ω，CS=250e-9F；电阻性负载的参数设置：R=450Ω，L=0.8H；仿真时间和误差参数设置：相对误差1.0e-3；开始和结束仿真时间：0s和0.1s。(3)绘制仿真波形①当=0°，Pulse1设置为0s，Pulse2设置为0.01s，负载电压、负载电流、流过晶闸管电流、晶闸管端电压以及晶闸管上的触发信号的波形图如图14~19所示。图14晶闸管端电压图15晶闸管电流图16负载电压图17负载电流图18触发脉冲企业课程实习与实训报告-5-图19电源电压②当=60°，Pulse1设置为0.00334s，Pulse2设置为0.01334s，负载电压、负载电流流过晶闸管电流、晶闸管端电压以及晶闸管上的触发信号的波形图如图20~25所示。图20晶闸管端电压图21晶闸管电流图22负载电压图23负载电流图24触发脉冲企业课程实习与实训报告-6-图25电源电压1.2单相交流调功电路1.2.1带电阻性负载的单相交流调压电路仿真(1)单相交流调功主电路原理图单相交流调功电路的主电路原理如图26所示。LOAD脉宽可调节矩形波信号发生器图26单相交流调功主电路原理图(2)调功电路的工作情况交流调功电路的主电路和交流调压电路的形式基本相同，只是控制的方式不同，它不是采用移相控制而采用通段控制方式。交流调压是在交流电源的半个周期内移相控制，交流调功是以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，即负载与交流电接通几个波，再开几个波，通过改变接通周波数断开周波数的比值来调节所消耗的平均功率。这种电路常用于电炉的温度控制，因其直接调节对象是电路的平均输出功率，所以被称为交流调功电路。(3)仿真参数设置交流电压源参数设置：交流峰值电压为100V，频率为100Hz，初始相位为0；晶闸管参数设置：Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0V，RS=500Ω，CS=250e-9F；电阻性负载的参数设置：R=450Ω；仿真时间和误差参数设置：相对误差1.0e-3；开始和结束仿真时间：0s和0.1s。(4)绘制仿真波形①Pulse设置：频率25Hz，脉冲宽度为60%，负载电压、负载电流流过晶闸管流、晶闸管端电压以及晶闸管上的触发信号的波形如图27~32所示。企业课程实习与实训报告-7-图27晶闸管端电压图28晶闸管电流图29负载电压图30负载电流图31触发脉冲图32电源电压②Pulse设置：频率25Hz，脉冲宽度为30%，波形如图33~38所示。企业课程实习与实训报告-8-图33晶闸管端电压图34晶闸管电流图35负载电压图36负载电流图37触发脉冲图38电源电压1.2.2分析并回答问题(1)交流调压与交流调功的电路结构是否相同，控制方式有何不同？答：交流调压和交流调功电路的结构形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同：交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。企业课程实习与实训报告-9-交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。(2)两者对脉冲发生器模块(Pulse)的参数设置有何不同？答：交流调压和交流调功电路对脉冲发生器模块(Pulse)的参数设置主要表现在周期和触发角的不同。交流调压电路一个电源周期对每个晶闸管触发1次，触发角根据需要而定；交流调功电路改变接通周波数与断开周波数的比值，其周期是电源周期的整数倍，触发角为零。1.3单相斩控式交流调压电路1.3.1单相斩控式交流调压电路仿真(1)单相斩控式交流调压电路原理图单相斩控式交流调压电路原理图如图39所示。VD1VD2VD4VD3VT1VT2VT3VT4RLUiU0图39单相交流调功主电路原理图(2)交流调压电路的工作情况斩控式交流调压电路采用全控型器件作为开关器件。其基本原理和直流斩波电路有类似之处，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路的输入是正弦交流电压。在交流电源Ui的正半周，用VT1进行斩波控制，用VT3给负载电流提供续流通道；在Ui的负半周，用VT2进行斩波控制，用VT4给负载电流提供续流通道。设载波器件（VT1或VT2）导通时间为Ton，开关周期为T，企业课程实习与实训报告-10-则导通比=Ton/T。和直流斩波电路一样，也可以通过改变来调节输出电压。(3)仿真参数设置交流电压源参数设置：交流峰值电压为100V，频率为50Hz，初始相位为0；IGBT参数设置：Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8V，RS=500Ω，CS=3.0e-7F；电阻性负载的参数设置：R=200Ω；仿真时间和误差参数设置：相对误差1.0e-3；开始和结束仿真时间：0s和0.1s。(4)绘制仿真波形①触发信号的脉冲宽度为50%时，电源电压、负载电压、负载电流、流过IGBT的电流及端电压、触发信号的波形如图40~45所示。图40电源电压图41触发脉冲图42负载电压图43负载电流图44IGBT电流企业课程实习与实训报告-11-图45IGBT电压③触发信号的脉冲宽度为20%时，电源电压、负载电压、负载电流、流过IGBT的电流及端电压、触发信号的波形如图46~51所示。图46电源电压图47触发脉冲图48负载电压图49负载电流图50IGBT电流企业课程实习与实训报告-12-图51IGBT电压1.3.2分析并回答问题(1)比较斩控式交流调压电路与相控交流调压电路的功率因数有何不同？答：相控作用使电流发生滞后，并且波形也发生畸变，所以即使纯电阻负载功率因数也不为1。而且控制角越大，功率因数越低，这是相控电路普遍存在的一个缺点。斩控式调压电路电阻性负载时电源电流的基波分量是和电源电压同相位的，即位移因数为1。另外，通过傅里叶分析可知，电源电流中不含低次谐波只含和开关周期T有关的高次谐波,这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。这时电路的功率因数接近1,功率因数相对较高。(2)两者对脉冲发生器模块(Pulse)的参数设置有何不同？答：相控式调压电路脉冲频率等于电源电压频率，斩控式调压电路脉冲频率为电源电压频率20倍。2电力系统MATLAB仿真（电力系统的暂态稳定性分析与仿真）2.1仿真题目选取如下图所示的单机无穷大系统，分析在f点发生两相接地短路，通过线路两侧开关同时断开切除故障线路后，系统的暂态稳定性。GL1L2T-1T-2U0UGIfP0cosφ0图52单机无穷大系统发电机的参数如下：SGN=352.5MV·A，PGN=300MW，UGN=10.5Kv，xd=1，xd`=0.025，xd``=0.252，xq=0.6，xq``=0.234，xl=0.18，Td`=1.01，Td``=0.053，Tq``=0.1，Rs=0.0028，H(s)=4s；TJN=8s；负序电抗:x2=0.2。变压器T-1的参数如下：STN1=360MV·A，UST1%=14%，kT1=10.5/242；企业课程实习与实训报告-13-变压器T-2的参数如下：STN2=360MV·A，UST2%=14%，kT2=220/121。线路的参数如下：l=250km，UN=220kV，xL=0.41Ω/km，rL=0.07Ω/km，线路的零序阻抗为正序阻抗的5倍。运行条件如下：U0=115kV，P0=250MV，cosφ0=0.95。2.2故障分析与计算(1)等效电路图该单机无穷大系统的零序和负序以及短路时的等效电路如下图所示。jX2jXT1j1/2XLjXT2U2图53负序网络j1/2XLjXT2jXT1U0图54零序网络jX´djXT1j1/2XLjXT2EUjXΔ图55短路时的等值电路(2)网络参数及运行参数计算；取SB=250MV错误!未找到引用源。A，UBⅢ=115KV。为使变压器不出现非标准变化，各段基准电压为UBⅡ=UBⅢ×KT2=115×220／121KV=209.1KV，UBⅠ=UBⅡ×kTⅠ=9.07KV各元件参数归算后的标幺值如下：Xd=0.95，Xq=0.57，Xd，=0.238，RL=0.1，XL=0.586，XL0=5XL=2.93，XT1=0.13，XT2=0.108，X2=0.19，TJ=11.28sXTL=XT1+1/2XL+XT2=0.13+1/2×0.586+0.108=0.531Xd∑=Xd+XTL=0.95+0.531=1.481Xq∑=Xq+XTL=1.101企业课程实习与实训报告-14-Xdˊ∑=Xdˊ+XTL=0.769运算参数的计算结果如下：U0=U0/UBⅢ=115/115=1;P0=P0/SB=250/250=1;Q0=P0tanφ0错误!未找到引用源。=0.329E0=错误!未找到引用源。=1.47δ0=错误!未找到引用源。=31.54°(3)系统转移电抗和功率特性计算；当f点发