计算机仿真实验-基于Simulink的简单电力系统仿真

实验七 基于Simulink 的简单电力系统仿真实验

一． 实验目的

1) 熟悉Simulink 的工作环境及SimPowerSystems 功能模块库； 2) 掌握Simulink 的的powergui 模块的应用；

3) 掌握发电机的工作原理及稳态电力系统的计算方法； 4）掌握开关电源的工作原理及其工作特点； 5）掌握PID 控制对系统输出特性的影响。

二．实验内容与要求

单机无穷大电力系统如图7-1所示。平衡节点电压0

44030 V V =∠︒ 。负荷功率10L P kW =。线路参数：电阻1l R =Ω；电感0.01l L H =。发电机额定参数：额定功率100n P kW =；额定电压440 3 n V V =；额定励磁电流

70 fn i A =；额定频率50n f Hz =。发电机定子侧参数：0.26s R =Ω，

1 1.14 L mH =，13.7 md L mH =，11 mq L mH =。发电机转子侧参数：0.13f R =Ω，1 2.1 fd L mH =。发电机阻尼绕组参数：0.0224kd R =Ω，

1 1.4 kd L mH =，10.02kq R =Ω，11 1 kq L mH =。发电机转动惯量和极对数分别

为224.9 J kgm =和2p =。发电机输出功率050 e P kW =时，系统运行达到稳态状态。在发电机输出电磁功率分别为170 e P kW =和2100 e P kW =时，分析发电机、平衡节点电源和负载的电流、电磁功率变化曲线，以及发电机转速和功率角的变化曲线。

G 发电机节点

V

负

荷

l

R l L

L

P

图 7.1 单机无穷大系统结构图

输电线路

三．实验步骤

1. 建立系统仿真模型

同步电机模块有2个输入端子、1个输出端子和3个电气连接端子。模块的第1个输入端子（Pm）为电机的机械功率。当机械功率为正时，表示同步电机运行方式为发电机模式；当机械功率为负时，表示同步电机运行方式为电动机模式。在发电机模式下，输入可以是一个正的常数，也可以是一个函数或者是原动机模块的输出；在电动机模式下，输入通常是一个负的常数或者是函数。模块的第2个输入端子（Vf）是励磁电压，在发电机模式下可以由励磁模块提供，在电动机模式下为一个常数。

在Simulink仿真环境中打开Simulink库，找出相应的单元部件模型，构造仿真模型，三相电压源幅值为4403，频率为50Hz。按图连接好线路，设置参数，建立其仿真模型，仿真时间为5s，仿真方法为ode23tb，并对各个单元部件模型的参数进行修改，如图所示。

2. 仿真波形输出

1.（1）发电机有功输出P=50W时

A.发电机转速、功率角、功率

B.电流波形

A.发电机转速、功率角、功率

B.电流波形

A.发电机转速、功率角、功率

B.电流波形

A.发电机转速、功率角、功率

B.电流波形

四、实验结论

对于电流曲线，输出定子电流，电源电流，负载电流。当发电机有功功率不同时，电流幅值几乎不变，三者频率相同，近似为正弦波。

对于发电机曲线中的电机转速，随着有功功率的改变，电机转速几乎不变；功率角随着功率的增加逐渐变大，且上下振动幅度较大，在稳定值附近不断振荡。当PM 值改为阶跃信号，有功从50kW 变到100kW 时，负载电流

几乎不变，定子电流和电源电流经过一段小时间的振动后均到达稳定值。电机转速、功率角和功率在波动一段时间后又恢复到稳定值，波动范围较小。

实验收获：通过对交流同步电机的仿真，利用powergui模块，对系统的稳态响应及发电机的初始值进行分析，利用Bus Selector模块分选出需要的发电机输出参数，对同步电机的特性有了初步的认识。