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電力電子技術與電力系統(tǒng)分析課程實訓報告PAGE1-電氣2012級卓班電力電子技術與電力系統(tǒng)分析課程實習與實訓報告評語：考勤（10）守紀（10）實習報告（20）實訓過程（20）實訓報告（30分）小組答辯（10）總成績（100）專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣1201姓名：學號：201209指導教師：蘭州交通大學自動化與電氣工程學院2014年1月7日1電力電子技術MATLAB仿真（單相交流—交流變換電路）1.1單相交流調壓電路1.1.1帶電阻性負載的單相交流調壓電路仿真(1)單相交流調壓主電路原理圖單相晶閘管交流調壓電路的主電路原理如圖1所示。圖1單相交流調壓主電路原理圖(2)電阻性負載的工作情況單相晶閘管交流調壓器由兩個反相并聯(lián)的晶閘管組成。帶電阻性負載時，負載電流的波形與單相橋式可控整流交流側電流波形一致，通過改變控制角，可以改變負載電壓的有效值，達到交流調壓的目的。單相交流調壓的觸發(fā)電路完全可以套用整流觸發(fā)電路。電路的移相范圍是0~180o。(3)仿真參數(shù)設置交流電壓源參數(shù)設置：交流峰值電壓為100V，頻率為50Hz，初始相位為0；晶閘管參數(shù)設置：Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8,RS=500Ω,CS=250e-9F；電阻性負載的參數(shù)設置：R=450Ω；仿真時間和誤差參數(shù)設置：相對誤差1.0e-3；開始和結束仿真時間：0s和0.1s。(4)繪制仿真波形當=0°，Pulse1設置為0，Pulse2設置為0.01，負載電壓、負載電流、流過晶閘管電流、晶閘管端電壓以及晶閘管上的觸發(fā)信號的波形圖如下所示。圖2晶閘管端電壓圖3晶閘管電流圖4負載電壓圖5負載電流圖6觸發(fā)脈沖圖7電源電壓當=60°，Pulse1設置為0.00334，Pulse2設置為0.01334，波形圖如下所示。圖8晶閘管端電壓圖9晶閘管電流圖10負載電壓圖11負載電流圖12觸發(fā)脈沖圖13電源電壓1.1.2帶阻感性負載的單相交流調壓電路仿真(1)阻感性負載的工作情況單相晶閘管交流調壓器由兩個反相并聯(lián)的晶閘管組成。當負載為阻感負載時，設負載的阻抗角為φ，如果用導線把晶閘管完全短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流應是正弦波，其相位滯后于電源電壓的角度恰好等于阻抗角φ。在用晶閘管控制時，由于只能通過觸發(fā)延遲角推遲晶閘管的導通，所以晶閘管的觸發(fā)脈沖應在電流過零點之后，使負載電流更為滯后，而無法使其超前。若把=0的時刻仍定在電源電壓過零的時刻，阻感負載下穩(wěn)態(tài)時的移相范圍為φ<<π。(2)仿真參數(shù)設置交流電壓源參數(shù)設置：交流峰值電壓為100V，頻率為50Hz，初始相位為0；晶閘管參數(shù)設置：Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8,RS=500Ω,CS=250e-9F；電阻性負載的參數(shù)設置：R=450Ω，L=0.8H；仿真時間和誤差參數(shù)設置：相對誤差1.0e-3；開始和結束仿真時間：0s和0.1s。(3)繪制仿真波形①當=0°，Pulse1設置為0，Pulse2設置為0.01，負載電壓、負載電流、流過晶閘管電流、晶閘管端電壓以及晶閘管上的觸發(fā)信號的波形圖如下所示。圖14晶閘管端電壓圖15晶閘管電流圖16負載電壓圖17負載電流圖18觸發(fā)脈沖圖19電源電壓=2\*GB3②當=60°，Pulse1設置為0.00334，Pulse2設置為0.01334，負載電壓、負載電流流過晶閘管電流、晶閘管端電壓以及晶閘管上的觸發(fā)信號的波形圖如下所示。圖20晶閘管端電壓圖21晶閘管電流圖22負載電壓圖23負載電流圖24觸發(fā)脈沖圖25電源電壓1.2單相交流調功電路1.2.1帶電阻性負載的單相交流調壓電路仿真(1)單相交流調功主電路原理圖單相交流調功電路的主電路原理如圖26所示。圖26單相交流調功主電路原理圖(2)調功電路的工作情況交流調功電路的主電路和交流調壓電路的形式基本相同，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。交流調壓是在交流電源的半個周期內移相控制，交流調功是以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷，即負載與交流電接通幾個波，再開幾個波，通過改變接通周波數(shù)斷開周波數(shù)的比值來調節(jié)所消耗的平均功率。這種電路常用于電爐的溫度控制，因其直接調節(jié)對象是電路的平均輸出功率，所以被稱為交流調功電路。(3)仿真參數(shù)設置交流電壓源參數(shù)設置：交流峰值電壓為100V，頻率為100Hz，初始相位為0；晶閘管參數(shù)設置：Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0V,RS=500Ω,CS=250e-9F；電阻性負載的參數(shù)設置：R=450Ω；仿真時間和誤差參數(shù)設置：相對誤差1.0e-3；開始和結束仿真時間：0s和0.1s。(4)繪制仿真波形=1\*GB3①Pulse設置：頻率25Hz，脈沖寬度為60%，負載電壓、負載電流流過晶閘管電流、晶閘管端電壓以及晶閘管上的觸發(fā)信號的波形如下圖所示。圖27晶閘管端電壓圖28晶閘管電流圖29負載電壓圖30負載電流圖31觸發(fā)脈沖圖32電源電壓=2\*GB3②Pulse設置：頻率25Hz，脈沖寬度為30%，負載電壓、負載電流流過晶閘管電流、晶閘管端電壓以及晶閘管上的觸發(fā)信號的波形如下圖所示。圖33晶閘管端電壓圖34晶閘管電流圖35負載電壓圖36負載電流圖37觸發(fā)脈沖圖38電源電壓1.2.2分析并回答問題(1)交流調壓與交流調功的電路結構是否相同，控制方式有何不同？答：交流調壓和交流調功電路的結構形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同：交流調壓電路是在交流電源的每個周期對輸出電壓波形進行控制。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。交流調壓電路廣泛用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，也用于異步電動機調速。在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節(jié)變壓器一次電壓。交流調功電路常用于電爐溫度這樣時間常數(shù)很大的控制對象。由于控制對象的時間常數(shù)大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。(2)兩者對脈沖發(fā)生器模塊（Pulse）的參數(shù)設置有何不同？答：交流調壓和交流調功電路對脈沖發(fā)生器模塊（Pulse）的參數(shù)設置主要表現(xiàn)在周期和觸發(fā)角的不同。交流調壓電路一個電源周期對每個晶閘管觸發(fā)1次，觸發(fā)角根據(jù)需要而定；交流調功電路改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值，其周期是電源周期的整數(shù)倍，觸發(fā)角為零。1.3單相斬控式交流調壓電路1.3.1單相斬控式交流調壓電路仿真(1)單相斬控式交流調壓電路原理圖單相斬控式交流調壓電路原理圖如圖39所示。圖39單相交流調功主電路原理圖(2)交流調壓電路的工作情況斬控式交流調壓電路采用全控型器件作為開關器件。其基本原理和直流斬波電路有類似之處，只是直流斬波電路的輸入是直流電壓，而斬控式交流調壓電路的輸入是正弦交流電壓。在交流電源Ui的正半周，用VT1進行斬波控制，用VT3給負載電流提供續(xù)流通道；在Ui的負半周，用VT2進行斬波控制，用VT4給負載電流提供續(xù)流通道。設載波器件（VT1或VT2）導通時間為Ton，開關周期為T，則導通比a=Ton/T。和直流斬波電路一樣，也可以通過改變來調節(jié)輸出電壓。(3)仿真參數(shù)設置交流電壓源參數(shù)設置：交流峰值電壓為100V，頻率為50Hz，初始相位為0；IGBT參數(shù)設置：Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8V,RS=500Ω,CS=3.0e-7F；電阻性負載的參數(shù)設置：R=200Ω；仿真時間和誤差參數(shù)設置：相對誤差1.0e-3；開始和結束仿真時間：0s和0.1s。(4)繪制仿真波形①觸發(fā)信號的脈沖寬度為50%時，電源電壓、負載電壓、負載電流、流過IGBT的電流及端電壓、觸發(fā)信號的波形如圖所示。圖40電源電壓圖41觸發(fā)脈沖圖42負載電壓圖43負載電流圖44IGBT電流圖45IGBT電壓觸發(fā)信號的脈沖寬度為20%時，電源電壓、負載電壓、負載電流、流過IGBT的電流及端電壓、觸發(fā)信號的波形如圖所示。圖46電源電壓圖47觸發(fā)脈沖圖48負載電壓圖49負載電流圖50IGBT電流圖51IGBT電壓1.3.2分析并回答問題(1)比較斬控式交流調壓電路與相控交流調壓電路的功率因數(shù)有何不同？答：相控作用使電流發(fā)生滯后，并且波形也發(fā)生畸變，所以即使純電阻負載功率因數(shù)也不為1。而且控制角越大，功率因數(shù)越低，這是相控電路普遍存在的一個缺點。斬控式調壓電路電阻性負載時電源電流的基波分量是和電源電壓同相位的，即位移因數(shù)為1。另外，通過傅里葉分析可知，電源電流中不含低次諧波只含和開關周期T有關的高次諧波,這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除。這時電路的功率因數(shù)接近1,功率因數(shù)相對較高。(2)兩者對脈沖發(fā)生器模塊（Pulse）的參數(shù)設置有何不同？答：相控式調壓電路脈沖頻率等于電源電壓頻率，斬控式調壓電路脈沖頻率為電源電壓頻率20倍。2電力系統(tǒng)MATLAB仿真（電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性分析與仿真）2.1仿真題目選取如下圖所示的單機無窮大系統(tǒng)，分析在f點發(fā)生兩相接地短路，通過線路兩側開關同時斷開切除故障線路后，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。圖52單機無窮大系統(tǒng)發(fā)電機的參數(shù)如下：，，，變壓器T-1的參數(shù)如下：變壓器T-2的參數(shù)如下：線路的參數(shù)如下：線路的零序阻抗為正序阻抗的5倍。運行條件如下：2.2故障分析與計算(1)等效電路圖該單機無窮大系統(tǒng)的零序和負序以及短路時的等效電路如下圖所示。圖53負序網(wǎng)絡圖54零序網(wǎng)絡圖55短路時的等值電路(2)網(wǎng)絡參數(shù)及運行參數(shù)計算；取SB=250MVQUOTEA，UBⅢ=115KV。為使變壓器不出現(xiàn)非標準變化，各段基準電壓為UBⅡ=UBⅢ×KT2=115×220／121KV=209.1KV，UBⅠ=UBⅡ×kTⅠ=9.07KV各元件參數(shù)歸算后的標幺值如下：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=1.101Xdˊ∑=Xdˊ+XTL=0.769運算參數(shù)的計算結果如下：U0=U0/UBⅢ=115/115=1;P0=P0/SB=250/250=1;Q0=P0QUOTE=0.329E0=QUOTE=1.47δ0=QUOTE=31.54°(3)系統(tǒng)轉移電抗和功率特性計算；當f點發(fā)生兩相短路時的負序和零序等值網(wǎng)絡如圖所示X2∑=QUOTE=QUOTE=0.178X0∑=QUOTE=QUOTE=0.12兩相接地時的短路附加電抗為QUOTE=0.072短路時的等值電路如圖6-7ab所示，系統(tǒng)的轉移電抗和功率特性分別為QUOTE=0.52QUOTE故障切除后系統(tǒng)的轉移電抗和功率特性分別為QUOTE=1.062QUOTE=1.384QUOTE(4)系統(tǒng)極限切除角計算應用等面積定則，可求得極限切除角QUOTE為：QUOTE=1.1102式中，臨界角QUOTE=2.334以上的角度都是用弧度表示的，換算成度數(shù)為QUOTE，QUOTE=133.73°2.3Simulink仿真(1)系統(tǒng)的Simulink仿真模型結合單機無窮大系統(tǒng)圖，搭建其暫態(tài)穩(wěn)定性的Simulink仿真模型見附圖5。(2)結合分析計算所得參數(shù)，發(fā)電機模塊、無窮大系統(tǒng)模塊、輸電線路、斷路器參數(shù)設置的窗口圖如下所示。圖56發(fā)電機模塊的參數(shù)設置圖57輸電線路的參數(shù)設置圖58無窮大系統(tǒng)電源模塊的參數(shù)設置圖59斷路器模塊的參數(shù)設置(3)故障發(fā)生后0.2s和0.5s切除故障線路，發(fā)電機轉速變化的曲線圖如下圖所示。圖60故障0.2s后切除線路，發(fā)電機轉速變化曲線圖圖61故障0.5s后切除線路，發(fā)電機轉速變化曲線圖2.4分析并回答問題(1)故障發(fā)生后0.2s和0.5s切除故障線路，發(fā)電機轉速變化反映出什么信息？答：故障發(fā)生后0.2s和0.5s切除故障線路，從發(fā)電機轉速變化的仿真曲線可以看出，當f點發(fā)生兩相接地短路故障0.2s后切除故障線路時，發(fā)電機的轉速隨時間的增加而逐漸減?。ㄔ?.99到1.01之間變化），趨于穩(wěn)定值，因此系統(tǒng)是穩(wěn)定的；當故障后0.5s切除故障線路時（切除時間已大于極限切除時間），發(fā)電機的轉速隨時間的增大而增大，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。(2)Powergui模塊中，潮流計算部分應如何進行初始化設置？答：利用Powergui模塊對電機進行初始化設置。單擊Powergui模塊，打開“潮流計算和電機初始化”窗口，設置發(fā)電機節(jié)點的類型為PV節(jié)點，機端電壓10.5kV，輸出功率300MV.A，頻率為50Hz然后更新系統(tǒng)潮流?！俺绷饔嬎愫碗姍C初始化”窗口設置如下圖所示。圖62潮流計算和電機初始化設置3總結本次企業(yè)課程實習與實訓歷時四周，與我們本學