备用电源自动投入的数字仿真实验

二、备用电源自动投入的数字仿真实验备用电源自动投入装置（以下简称备自投）在主电源正常运行时作为后备，在主电源故障时投入以保证负荷供电的稳定性。备自投是电力部门为保证用户连续可靠供电的重要手段。具体概念及原理参见教材《电力系统保护》、《电力系统继电保护原理》等。1.实验预习清楚备自投的概念和原理；明确备自投对于保障负荷稳定供电的作用及意义。2.实验目的了解数字仿真软件中低压备自投的构成及实现方式；模拟仿真备自投在系统主电源故障下的运行特性。3.实验步骤（1）将仿真示例copy到电脑。进入MATLAB界面，导入并打开模型power_project.slx;a.梳理power_project.slx模型中的主要元件设备组成，该模型包括多级电压网络，涵盖输电压级和中低压配电网络；备自投装置封装为“EmergencySystem”，其通过“By-passsystem”模块接入至低压配电系统；b.熟悉不同电压等级的电源模型参数及断路器配置情况；c.熟悉备自投装置“EmergencySystem”模型中二极管整流桥、直流电容及IGBT半桥逆变器的组成形式和工作原理，掌握离散PWM发生器的信号触发特点。d.熟悉“By-passsystem”模块的组成结构及实现形式，掌握其电气参数的设计特点；e.设置模型配置参数，运行时间为0.2s。图1（2）点击运行power_project.slx算例。1.实验记录power_project.slx的运行结果，包括：a.点击模型中的“fault”模块，展开如图2所示，设置故障发生的时刻（如图3），记录“GenerationUnit10MVA,15KV”、“15KV-6.6KVSystem”、“6.6KV-400VSystem”、“EmergencySystem”、“By-PassSystem”中的三相电压数据及断路器动作特性。图2图31、“GenerationUnit10MVA,15KV”：断路器动作特性：2、“15KV-6.6KVSystem”：断路器动作特性：3、“6.6KV-400VSystem”：断路器动作特性：4、“EmergencySystem”：5、“By-PassSystem”：b.改变故障发生的时刻（请做两组），重新记录“GenerationUnit10MVA,15KV”、“15KV-6.6KVSystem”、“6.6KV-400VSystem”、“EmergencySystem”、“By-PassSystem”中的三相电压数据及断路器动作特性。更改故障发生的时刻，如下图所示：1、“GenerationUnit10MVA,15KV”：断路器动作特性：2、“15KV-6.6KVSystem”：断路器动作特性：3、“6.6KV-400VSystem”：断路器动作特性：4、“EmergencySystem”：5、“By-PassSystem”：更改故障发生的时刻，如下图所示：1、“GenerationUnit10MVA,15KV”：断路器动作特性：2、“15KV-6.6KVSystem”：断路器动作特性：3、“6.6KV-400VSystem”：断路器动作特性：4、“EmergencySystem”：5、“By-PassSystem”：1、以某组故障时刻为例，记录备自投“EmergencySystem”中DC电容电压的充放电特性及脉冲发生器的输出波形（见图4）；记录备自投“EmergencySystem”中二极管整流桥及IGBT半桥逆变器的输入输出电流特性。电容电压的充放电特性：脉冲发生器的输出波形：二极管整流桥输入输出电流特性：IGBT半桥逆变器的输入输出电流特性：2、以某组故障时刻为例，调整备自投“EmergencySystem”中DC电容的原有设计参数（三组为例，建议成倍数比例提高或降低现有的电容设计参数），仿真记录不同电容值下的DC充放电特性；同时记录“EmergencySystem”的三相电压输出波形。（1）将电容参数进行调整，将电容值由1000e-6更改为1000e-7：DC充放电特性：“EmergencySystem”的三相电压输出波形：（2）电容值为1000e-6时：DC充放电特性：“EmergencySystem”的三相电压输出波形：（2）将电容参数进行调整，将电容值由1000e-6更改为1000e-5：DC充放电特性：“EmergencySystem”的三相电压输出波形：3、以某组故障时刻为例，调整备自投“EmergencySystem”中脉冲发生器的通断频率Carrierfrequency（三组为例，建议成倍数比例提高或降低现有的Carrierfrequency），仿真记录不同通断频率下“EmergencySystem”的三相电压输出波形，结合对比“By-PassSystem”中的三相电压输出波形(见图5)。图4图5（1）备自投“EmergencySystem”中脉冲发生器的通断频率Carrierfrequency初始值为2000Hz，在通断频率为2000Hz时：“EmergencySystem”的三相电压输出波形：“By-PassSystem”中的三相电压输出波形：（2）调整备自投“EmergencySystem”中脉冲发生器的通断频率Carrierfrequency为200Hz，在通断频率为200Hz时：“EmergencySystem”的三相电压输出波形：“By-PassSystem”中的三相电压输出波形：（3）调整备自投“EmergencySystem”中脉冲发生器的通断频率Carrierfrequency为20000Hz，在通断频率为20000Hz时：“EmergencySystem”的三相电压输出波形：“By-PassSystem”中的三相电压输出波形：注意，将图粘贴在所交实验报告上（以plot作图的形式，而不是截屏），要求图形在各个时间点的变化清晰可见，与实验分析结合能说明问题。为此，可取某变量的部分时间段细节图，而不是整个运行期间的。2.实验分析a.备自投的动作响应时间？答：备自投的动作响应时间为0.001s。b.“EmergencySystem”仿真模型中ControlledVoltageSource的作用？答：“EmergencySystem”仿真模型中ControlledVoltageSource是电压源，其输出电压即为400V侧电压，作为备用系统中整流桥的输入电压。c.“EmergencySystem”仿真模型中DC电容的功效，其参数设计与充放电特性之间的关系？答：DC电容的主要功效是维持整流桥输出电压的稳定，减小输出电压的纹波；时间常数=RC，电容越小，时间常数越小，充放电越快。d.“EmergencySystem”仿真模型中Filter模块所起的作用？答：“EmergencySystem”仿真模型中Filter模块所起的作用主要是滤波作用，即将逆变器输出的含谐波较多的多电平波变成更接近正弦波的电压波形，从而提高系统的整体性能。e.备自投中采用二极管不控整流和IGBT半桥逆变的组成形式，PWM控制模块的通断频率对备自投的运行性能有何影响？答：PWM控制模块的通断频率越高，所产生的SPWM波的谐波越少，SPWM波形更接近正弦波，而且响应时间会相应缩小，备自投的补偿效果越好。3.进一步思考（1）若备用电源的容量不能够满足全负荷的要求，应如何操作，是否应选择性切除部分负荷，怎么考虑与重合闸之间的配合？答：当备用电源不能满足全部供电容量要求．则应在投入备用电源前有选择地切除部分负荷，同时闭锁这些线路的重合闸，防止重合闸装置误动作。（2）本仿真实例中所应用的备自投装置适用于低压层级。事实上，某些变电站内可能配置有两套及以上备自投装置，理论上各级备自投装置应相互配合，高电压等级的备自投与低电压等级的备自投，应该如何有效配合？答：当系统中存在多级备自投时．应考虑各级备自投间的关系。原则上高电压等级、高可靠性、影响面大的备自投先动作，低电压等级的、低可靠性、影响面小的备自投按躲过上级备自投整定。