电力电子与电力系统报告兰州交通大学汇编.docx

1、电力电子与电力系统报告兰州交通大学汇编学习-好资料企业课程实习与实训（2）报告评语：实训过程 （50 分）实训报告 （40 分）答辩（10）总成绩（100）专 业： 电气工程及其自动化班 级： 电气1301 姓 名： 马清宗 学 号： 201309431指导教师： 张蕊萍 兰州交通大学自动化与电气工程学院2015 年 12 月 14 日学习-好资料1实训报告1.1实训题目 1.1.1课题一：三相桥式全控整流电路仿真仿真三相晶闸管整流器，Us=220V（相电压），fs=50Hz,R=2丄=10mH， 。1.1.2课题二：直流降压斩波电路仿真已知直流电源200V，要求将电压降低到100V，负载为电

2、阻电感反电动势负 载，电阻为2，电感为5mH，反电动势为80V。设计一个直流降压斩波器，并选 择斩波频率、占空比。1.1.3课题三：单相电压型半桥逆变电路仿真设计单相电压型半桥逆变电路模型， Ud1=Ud2=100V，脉冲周期为0.02s,以及输出负载的电压电流波形。1.1.4课题四：单相交流调压电路（阻感负载）仿真一单相交流调压器，输入交流电压为 220V，50Hz,负载为电阻电感，其中R=8， L=6。仿真触发角为60时的输出电压、电流的波形。1.1.5课题五：同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真假设一台有阻尼绕组的同步发电机，PN = 200MW ,Un =13.8kV，f50Hz， X

3、d =1.0， Xq = 0.6， xd = 0.30，xd = 0.21 ， %= 0.31 ， r = 0.005， Xf = 0.18， XaD =0.25， x$=0.1，Td0 =5S，Td =2s，Tq=1.4s。若发电机空载，端电压为额 定电压，端子突然发生三相短路，且a=0,利用MATLAB/Simulink建立仿真模型， 并根据已知参数对各模块进行参数设置。1） 合理选择仿真算法和故障模块中的短路类型，仿真结束时间取为 1s，试完成同步发电机端发生突然三相短路故障的暂态过程仿真，并绘制：1给出各个元件模块参数设置的窗口图；2短路发生后的三相定子电流波形；3短路发生后的定子电流

4、的d轴和q轴分量id、iq以及励磁电流if的波形；2） 分析并回答对应a=0，故障模块中的短路发生时间该如何设置？1.2详细设计及计算 1.2.1课题一：三相桥式整流电路仿真设计步骤学习-好资料（1）根据三相桥式整流电路原理图（如图1所示）组织仿真设计电路图（如图2 所示）。晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极 组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组 中与a b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。编号如图示， 晶闸管的导通顺序为 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6。DLB / V I ； V

5、T. 也图1三相桥式整流电路原理图Synchrairized AH IS i IGontinuau下 VT VT d,图2三相桥式整流电路仿真电路图1） 电源参数设置：三相电源 Ua=220 _V=311V，初相角设为0, Ub=311V, 滞后A相120 , Uc=311V,超前A相120。2） 三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。3） 6脉冲发生器设置：频率为50Hz，脉冲宽度取10%，取双脉冲触发方式。4） 触发角设置：可以根据需要将alph设置为30。5） 负载可以根据需要设成纯电阻、纯电感、阻感等，本次仿真中为阻感负载R=2，L=10mH。（3）设置仿真参数。设置仿真时间为 0.0

6、8s，仿真变步长算法为ode23tbbVdtaeirtvn学习-好资料(4)启动仿真，观察仿真结果。仿真结果如图 3o122课题二：直流降压斩波器设计仿真步骤(1)根据直流降压斩波器原理图(如图 4所示)组织仿真设计电路图(如图 5 所示)0降压斩波电路工作原理：当V导通的时候，电源E向负载供电，负载电压uO=E, 负载电流按指数曲线上升。当 V关断时，负载电流经二极管 VD续流，负载电压 uO近似为0,负载电流呈指数曲线下降。TZ-E图4直流降压斩波器原理图JUUILMfl SurrertCouhniiouspcwergui图5直流降压斩波器仿真图(2)设置元器件参数。1)电源参数设置：直流

7、电源 E=200V,反电动势为80V。2)脉冲发生器设置：脉冲周期为1ms，脉冲占空比： 。3)负载 L=5mH，R=2。(3)设置仿真参数。设置仿真时间为 0.02s,仿真算法为ode23tbo(4)启动仿真，观察仿真结果。仿真结果如图 6.图6直流降压斩波器仿真结果1.2.3课题三：电压型单相半桥逆变电路设计仿真步骤(1)根据单相电压型半桥逆变电路原理图(如图 7所示)组织仿真设计电路图(如图8所示)。电压型半桥逆变电路有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二 极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的连接点便成 为直流电源的中点。 3 身丰 上 ZSVD,图7电

8、压型单相半桥逆变电路原理图UdiUd2图8电压型单相半桥逆变电路仿真图(2)设置元器件参数。1)电源参数设置：设置 Ud1=Ud2= Ud/2=100V2)晶闸管整流器参数设置：使用默认值。3)触发脉冲设置：周期为0.02s,脉冲宽度为50%。5)负载在本次仿真中为阻感负载 R=2 , L=0.01H。(3)设置仿真参数。设置仿真时间为 0.1s，仿真算法为ode23tb。(4)启动仿真，观察仿真结果。仿真结果见附录 I图3.输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。电路带阻感负载，t2时刻给V1 关断信号，给V2开通信号，则V1关断，但感性负载中的电流io不能立即改变方 向，于是VD2导

9、通续流，当t3时刻io降零时，VD2截止，V2开通，io开始反向, 由此得出电流波形如图9所示图9电压型单相半桥逆变电路仿真结果1.2.4课题四：单相交流调压电路(阻感负载)设计仿真步骤学习-好资料（1）根据单相交流调压电路（阻感负载）电路原理图（如图 10所示）组织仿真 设计电路图（如图11所示）。工作过程：若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于 u1的角度图10单相交流调压电路（阻感负载）电路原理图vriIMPTrfliJbOJb-yjntriuoLS为，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。图11单相交流调压电路（阻感负载）电路仿真图（2）设置元器件参数。1）

10、 电源参数设置：电源U=220 V=311V，初相角设为0。2） 晶闸管整流器参数设置：使用默认值。3） 脉冲发生器设置：频率为50Hz,脉冲宽度取30%，触发角设置为60。4） 负载可在本次仿真中为阻感负载 R=8，由于 一一 ，贝UL= o（3） 设置仿真参数。设置仿真时间为 0.1s，仿真变步长算法为ode23tb。（4） 启动仿真，观察仿真结果。仿真结果如图 12.时，先计算晶闸管的导通角_Qsin( 0.6435) = sin( 0. 6435) 翫3 3 D解上式可得晶闸管导通角为：二二2.727二156.2cos；：s i 2 72 7 cosj 0.6 43 5 2. 7 2)

11、7f 3 0. 8-1 35 5(A)Iin = loi2lvt -19.16(A)1.2.5课题五：同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真同步发电机突然三相短路暂态过程的数值计算利用MATLAB对突然三相短路后的定子电流进行计算的基本步骤如下:首先计算各衰减时间常数。查阅资料可得Ta = 0.16s，Td，0.72s，T/ = 0.34s，Td 1.64s。学习-好资料由于空载时，Eq（o）= E q（0） = E q（o）=U（）= 1 , E d （0） = 0,4 0=0,其中 Eq（）、U（） 为短路前瞬间的空载电势、机端电压，所以可得 a相定子电流表达式为_2.97t 0.608ti

12、a - -cos（： ）1.43e cos（，t： o） 2.34e cos（，tj：o）4e.3t cos（ - : 0） 0.77e_6.3t cos（2 t - ： 0）利用MATLAB对上式进行数值计算并绘图的m文件程序清单见附录。运行程序得到发电机端突然发生三相短路时的 a相定子电流，以及基频分量、倍频分量和非周期分量的波形见附录I图1,并且短路后的冲击电流标幺值为9.1927。同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真1）同步发电机端突然发生三相短路故障的暂态过程仿真（1） 同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真模型如图 13所示。（2） 各个元件模块参数设置的窗口图。同步发电机模块的参数

13、设置如图14所示，升压变压器模块的参数设置如图15 所示，利用Powergui模块的潮流计算和电机初始化窗口计算初始参数如图 16所示。图14同步发电机模块的参数设置图15升压变压器模块的参数设置图16利用Powergui模块的潮流计算和电机初始化窗口计算初始参数 Blaek Para m Trc： 1 丹电4 P杵皐豊 F suitFhU * F*.-ulT l&LI k 1皿:：i 斗Qhi bleek -tfi c-t：i*-a9 亡：匕(iK&r-i-Hi-reiiiiT* W-eF-tarar vIum-v *nj th* - Vo-u cb* fw-lv tisa-n-adirtf

14、itLy 土rat Tht- dialer (Kx g* azan-L- Ait KtTfm.il . C-cal 弓trri白： If vw ctrnk Th * RjvcwhbI KfHTr* bfl, . ih* ivtR*3inout wSIL aoDear.Fk-H r 4.耳】 = 寸 Fili三U Pk-aiii C :Fd 芒Pi_lt raiE-t&J7CK Ron CotA=DK Cancel tis- a i图17故障模块的参数设置学习-好资料2.1.5 MATLAB/Simuli nk 环境下仿真波形及分析回答1） 同步发电机端突然发生三相短路故障的暂态过程仿真波形（1

15、）发电机端突然三相短路时的定子电流仿真波形图见附录 I,图2所示。发电机端突然三相短路时id、q以及if的电流仿真波形图见附录I，图3所示。2） 分析回答 对应00=0,故障模块中的短路发生时间该如何设置？答：从图12可以看出，a相电流滞后a相电压4.43?，即电流与电压波形的过零 点相差0.25ms。因此在故障模块中设置0.02025S寸发生三相短路故障（讥=：0），其 他参数采用默认设置。2总结经过三个星期的课程设计，经过不断的从一无所知到查资料，到自己的慢慢 理解，吸收，到最终能灵活的运用一开始觉得陌生的知识后。我觉得这三周过得 很充实，很有意义。同时也发现了自己的很多不足。首先，课程设

16、计是培养我们综合运用所学知识发现，提出,分析和解决实际问题 锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程，这次课 程设计，我从中学到很多的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很 多在书本上所没有学到过的知识。其次，通过这次课程设计使我懂得了理论联系实际的重要性，电子电子技术 MATLAB仿真涉及三相半波整流电路，有源逆变电路，交流调压电路、交流调功 电路、斩控式交流调压电路，通过绘制电路原理图，在simulink环境下建立其仿真 模型并进行参数设置，利用示波器观察输入、输出及器件的电压电流波形，加深 了对相关电路的认识，并逐渐掌握了 simulink仿真方法。只有把

17、所学的理论知识与 实践相结合起来，在实践中得出结论，才能更好的提高自己的独立思考的能力。 在设计的过程中，我们会遇到各种各样的问题，会发现自己的很多的不足，自己 知识的缺乏，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固等问题，这 使得我们以后学习会更加细致，更加认真的对待学习中遇到的每一个问题。3参考文献1李传琦电力电子技术计算机仿真实验 M.北京：电子工业出版社,2007.2于群,曹娜等.MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真M.北京:机械工业出版社,2012.3王兆安，刘进军等电力电子技术M.北京:机械工业出版社,2009.4于永源，杨绮雯等电力系统分析M.北京：中国电力出

18、版社,2007.附录 I 同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真MATLAB/Simulink 下 系统模型图及运行结果程序%*N=48;t1=(0:0.02/N:1.00);fai=0*pi/180;% 空载短路全电流表达式Ia=(-cos(2*pi*50*t1+fai)-1.43*exp(-2.97*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)-2.34*exp(-0.608*t1).*cos(2*pi*基频分50*t1+fai)+4*exp(-6.3*t1).*cos(-fai*pi/180)+0.77*exp(-6.3*t1).*cos(2*2*pi*50*t1+fai);% 量Ia

19、1=-cos(2*pi*50*t1+fai)-1.43*exp(-2.97*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)-2.34*exp(-0.608*t1).*cos(2*pi *50*t1+fai);% 倍频分量Ia2=0.77*exp(-6.3*t1).*cos(2*2*pi*50*t1+fai);% 非周期分量 Iap=4*exp(-6.3*t1).*cos(-fai*pi/180);subplot(4,1,1); %绘制空载短路全电流波形图plot(t1,Ia);grid on;axis(0 1 -10 10);ylabel(Ia(p.u.);subplot(4,1,2); %

20、绘制基频分量波形图plot(t1,Ia1);grid on;axis(0 1 -10 10);ylabel(Ia1(p.u.);subplot(4,1,3); %绘制倍频分量波形图plot(t1,Ia2);grid on;学习-好资料axis(O 1-1 1);ylabel(la2(p.u.);subplot(4,1,4); %绘制非周期分量波形图plot(t1,lap);grid on;axis(0 1 -10 10);ylabel(I ap(p.u.);xlabel(t/s);程序运行结果：(1)发电机端突然三相短路时的a相定子电流仿真波形:图1发电机端突然发生三相短路时的 a相定子电流波形图(2)发电机端突然三相短路时的定子电流仿真波形：学习-好资料图2发电机端突然三相短路时的定子电流仿真波形图发电机端突然三相短路时id、iq以及if的电流仿真波形:图3发电机端突然三相短路时id、iq以及if的电流仿真波形图