仿真ink

第10卷第32期2010年11月1671一】815f2010)32—8046—05科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVo1.
10No.
32Nov.
2010④2010Sci.
Teeh.
Engng.
机电技术基于MATLAB/Simulink的漫水湾水电厂电气主接线系统建模与仿真褚晓锐杨关建王伟鹏宋飞张克亮李玲(西昌学院工程技术学院,西昌615013)摘要基于MATLAB/Simulink建立了四川省凉山浸水湾水电厂的电气主接线系统模型,仿真了正常和各种故障运行状态,仿真结果与理论情况一致,仿真表明该仿真模型具有实际可行性,为该电厂电气运行和维护提供理论参考.
关键词水电厂电气主接线系统建模仿真中图法分类号TM743;文献标志码BMATLAB是一个高级的数学分析与运算软件,可以用作动态系统的建模与仿真.
MATLAB是一个开放的环境,在这个环境下,人们开发了许多具有特殊用途的工具箱软件,如控制系统、信号处理、最优控制及模糊控制工具箱等.
其编程方便,并在图形显示、打印操作上亦很方便….
MATLAB/Simulink下的电力系统工具箱(PSB)及Simulink强大的二次开发功能和丰富的工具箱,能快速而准确地对电路及更复杂的电气系统进行仿真、计算.
此外,MATLAB在优化领域也得到广泛的应用.
因此,它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析、优化设计和辅助分析的理想的工具J.
l漫水湾水电厂介绍漫水湾水电厂位于安宁河中游末端,距四川省西昌市有五十余公里.
漫水湾镇附近是一座以发电为主,兼有防洪、灌溉、航运和水产养殖等综合效益的大型水利水电工程.
坝址控制流域面积达9340km,占全流域面积的63.
5%.
水库正常蓄水2010年8月25Et收到第一作者简介:褚晓锐(1977一),男,四川南部人,讲师,工学硕士,研究方向:电力系统保护及自动化.
E-mail:swjtucxr@163.
corn.
位65nfl,相应库容50.
17亿in,设计洪水位70.
13111,相应库容为67.
71亿nl.
.
校核洪水位73.
01m,相应库容为79.
2亿m(总库容),为多年调节水库.
电厂正常运行的情况下,日发电量至少要到38万千瓦时左右.
其电气主接线如图1.
主接线系统中,Gl、G2为两台并列运行的水轮发电机,发电机分别经Tl和T2变压器接人110kV母线,再经母线把电能分配到地方l10kV系统和地方负荷中.
从110kV母线到地方l10kV系统线路长约60km,从110kV母线到地方负荷用电大约为20km.
G1T1卜1OMW12.
5MVAG2T2④——/卜—/一*—/10MW】2.
5MVA图1漫水湾水电厂电气主接线图发电机G1:容量10MW,频率50Hz,功率因数0.
8,机端电压为1n5kV;发电机C2:容量10MW,频率50Hz,机端电压为10.
5kV,功率因数0.
8;升压变压器T1:容量12.
5MVA,变比10.
5/110;升压变压器T2:容量l2.
5MVA,变比10.
5/110;60km输电线路:正序电阻0.
41812/km,零序电阻为1.
233f//km;20km输电线路:正序电阻0.
418D.
/km,零序电阻为1.
233l'~/km32期褚晓锐,等:基于MATLAB/Simulink的漫水湾水电厂电气主接线系统建模与仿真80472仿真建模图2主接线系统仿真模型图基于MATLAB/Simulink建模对象针对漫水湾水电厂的主接线系统具有一定的针对性和适用性,可以用此建模方法运用于其它水电厂及变电站.
模型的基本元件有发电机、升压变压器、输电线路、负载、系统以及用来仿真线路正常及各种短路故障的模型、示波器等信号输出回路].
主接线系统仿真模型图如图2所示.
2.
1发电机模块发电机G1、G2的参数相同且如图3所示,其发电机G容量10MW,机端电压10.
5kV,发电机发出电能的频率为50Hz,接线方式为三相三线接线.
2.
2升压变压器模块升压变压器T1、的参数相同且如图4所示,变压器T容量12.
5MVA,低压侧接线方式为三角形接线,高压侧接线方式为星型接线,两升压变压器变比为10.
5/110.
2.
3线路模块2.
3.
160km线路线路使用于系统的频率为50Hz,线路正序电阻0.
418DVkm,零序电阻为1.
233l'//km,输电线路长60km.
2.
3.
220km线路模块线路使用于系统的频率为50Hz,线路正序电Simpl疆iedsyneon"秸achi螂如k)~iak)图3发电机模块参数设置图阻0.
418DVkm,零序电阻为1.
233lVkm,输电线路长60km.
科学技术与工程10卷—Three-PhaseTre~xsformer娌we~indings)~mask)air&)}Thisblockimplemitsat醅ee—phasetransformerbyusingj;threesin~e—phasetransformers.
SetthewindingonnectiontoYwhenyouw觇t=oacctheneutralpointoftheyei一…Perameters……一一Nominpowerandfrequency[Pn嘲k)h辨z)】l鬻lWindinge^Bcconneetion:iDeira01)v…Windingp~rmetera【vlPh怖ms),R111)L1lu)3i[105e30002008]Winding2(abc)connectionWindingparameters【1;i.
2Ph-PhCms)R21)【2(pu)】l[1lOe30002008]Sat~Ir曲leCOteM~etizationresistanceRmu)、一Mag~etizationreactanceb)1500MeasurementslNone,[二四一—曼曼—一~一图4升压变压器模块参数设置图.
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一Three—ph她tr~msmissionIinepi-sectionask)旺ink){Thisbloimplementsat~ee-phasePIsectionlinetorepresn§thrco'phasetransmisionlineThisblockrepresentson1y6hePIsectionToimplementsmorethatonePIseCtion,yousi1yneedtoconnectcopiofthisblockinserie.
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苎i…lc……j…jI-m…………m……*一一03仿真步骤MATLAB/Simulink仿真动态系统就是利用模型提供的信息,在一个给定的时间跨度内计算系统的状态和输出的过程,可分为两个阶段:模型初始化和模型执行J.
3.
1模型初始化在此期间Simulink要完成对模型具体实际情况的分析,找到电力模块模型库中与之对应的仿真模块,并设置好参数.
如:模块进行替换,对模块排序以决定执行次序,确定采样时间,设置仿真计算方法,分配并初始化用以存储各模块状态,设置好发电机参数、变压器参数、输电线路参数、负载参数等.
3.
2模型执行进入执行阶段,在从仿真开始时间到结束时间的每个时间步,利用模型提供的信息,不断地计算系统的状态量和输出量.
步长则由仿真解法和系统基本采样时间决定.
仿真开始时,模型先定义系统的初始状态和输出.
在每个仿真步内,根据计算按顺序更新系统各个模块的输入、状态和输出,并计算下一步的时间.
仿真结束时,模型将反映系统的输入、状态和输出的最终值.
32期褚晓锐,等:基于MATLAB/Simulink的漫水湾水电厂电气主接线系统建模与仿真80494仿真实验及分析4.
1正常运行状态仿真在完成建模后就可以进行各种仿真实验了.
设定仿真运行时间为T=0—0.
20S,发电机正常工作机端的电压波形如图6所示.
仿真的机端在起机时三相电压都是从0开始启动,三相对称,因此出现在起机的0s_-0.
07s时发电机机端电压出现比正常情况高的现象.
当过0.
7s后波形在系统负荷稳定的情况下进入稳定运行状态.
稳定运行时发电机机端电压约为10.
5kV.
在负荷不变的情况下,电压波形将保持正常稳定.
仿真结果和实际结果相符.
2101.
5>10.
5:出一o.
5一l一1.
5O:_||_0.
050.
1O.
15时间f/s图6正常运行状态仿真波形图4.
2故障运行状态仿真4.
2.
1单相接地短路仿真模块设定为发电机机端测A相发生单相接地短路,部分模块接线图如图7.
过渡电阻0.
0ln的金属性短路,短路模块参数设置如图8.
接地短路模块设置故障发生时间设为0.
1—0.
14s,并运行模型,通过示波器可观察到三相电压变化如图9.
可见接地相电压降得很低几乎为零,非故障相电压提升约1.
732倍.
图7单相接地短路部分模块接线图甘皇图8单相接地短路模块设置图图9单相接地短路状态仿真波形图4.
2.
2两相接地短路故障仿真模块设定为发电机机端测A、B相发生两相接地短路,过渡电阻0.
O1Q的金属性短路,故障发生时间设为0.
1__o.
14s,并运行模型,通过示波器可观察到三相电压变化如下.
可见接地相电压降得很低几乎为零,非故障相电压提升约1.
732倍.
OO.
05O.
10.
15时间r/s图10两相接地短路故障仿真波形图4.
2.
3两相短路故障仿真模块设定为发电机机端测A、B相发生两相相间短路,故障发生时间设为0.
1.
14s,并运行模型,通过示波器可观察到三相电压变化如图11.
故障两相电压相等,非故障相电压基本保持不变.
8050科学技术与工程10卷l言.
器一0一一l一;时间∥s图11两相短路故障仿真波形图4.
2.
4三相短路故障仿真模块设定为发电机机端测A、B、C三相短路,故障发生时问设为0.
1.
14S,并运行模型,通过示波器可观察到三相电压变化如图12.
可见三相短路后短路电压降得很低几乎为零.
1蚕.
一.
一一一o715瞳时间s图l2三相短路故障仿真波形图5结语本文基于MATLAB/Simulink中建立了四川I省凉山漫水湾水电厂的电气主接线系统模型,仿真了正常运行、单相接地短路、两相接地短路、两相短路和三相短路等状态,仿真结果与理论分析情况达到一致,仿真分析表明该仿真模型具有实际可行性,为凉山漫水湾水电厂电气运行和维护提供理论参考.
同时该仿真方法具有一定的针对性和适用性,以期对其它水电厂及变电站仿真分析有一定的参考价值.
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北京:国防工业出版社,2004TheModelingandSimulationfortheMainElectricConnectionSystemofManshuiwanHydropowerPlantBasedonMATLAB/SimulinkCHUXiao—rui,YANGGuan~ian,WANGWei—peng,SONGFei,ZHANGKe·liang,LILing(SchoolofEngineeringTechnology,XichangCollege,Xichang615013,P.
R.
China)[Abstract]AccordingtomakeamodelofthemainelectricconnectionsystemofLiangshanPrefecture'sManshui—wanhydropowerplantinSichuanprovinceandconductasimulationforitsnormaloperationstateandvariousfaultoperationstatesbasedonMATLAB/Simulink,thesimulationresultsagreewiththetheoreticalresults.
Thesimula—ti0nshowsthatthesimulationmodelisrealisticallyfeasibleandprovidestheoreticalreferencesfortheelectricalsystem'Soperationandmaintenanceofthishydropowerplant.
[Keywords]hydropowerplantmainelectricconnectionsystemmodelingsimulation