基于PSCAD的船用柴油发电机组仿真分析_图文.doc

船电技术f电机V01.30No.112010.11 .陌习 1模型| 1...............一 图I发电机组模型方框图 国电网 输出,维持机组转速在调节精度允许范围内。 调速器一般都包括转速测量放大、信号调节与伺 服放大和执行等三个主要功能环节,图2是柴油 机调节系统模型原理框图。 图2中,调速系统的输入量是转速/功率参考值∞。,和P。p和转速测量信号CO,输出量是柴 油机调节油门开度∥。测量放大环节增益‰是单 E]三兰; I r r]竺二一 F雾妻薯喜鲁婴失灵区I油动机岛‰l; 放大调节放大l型型I; 位功率调节系数,其倒数即为调速系统静态调差系数b。,该系数决定了调速系统稳态转速调节偏差。在不进行载频调节的情况下决定了并联运行的机组之间的有功负荷分配。信号调节环节是为提高调速系统的动态响应性能设置调速控制单元,视具体调速系统而定。伺服放大是将控制信号进行功率放大用于驱动执行机构的环节,通常考虑为一阶惯性环节,是对应的时间常数。失灵区用于表示机械测速装置或者油压设备存在的动作死区,它对于调速系统的灵敏性具有重要的影响。另一方面,电气液压型或者微机型调速器失灵区很小,在负荷波动比较大的情况下为了避免调速器频繁动作需要人为地设置失灵区。油动机环节是调速系统的执行组件,由配压阀和伺服马达组成。该环节相当于数学上的积分环节,采用单位反馈构成液压随动系统,执行调速控制输出指令。其中,7sM代表油动机积分时间常数, LcJ和Lc分别代表调节器门的开启和关闭速度限制,∥一和∥。抽表示调节汽门的开度限制【4】。 用于电力系统动态仿真分析的柴油机模型通常要考虑当调节油门开度变化时柴油机输出机械功率存在时滞,即当柴油机调速系统动作增大喷油量,到油料在汽缸内膨胀燃烧做功输出增大了的机械功率这一动态过程存在一个功率输出时滞。因此柴油机模型应该包含这一时滞环节。在仿真中采用时滞环节表示。如图3所示。 图3柴油机数学模型 仿真中的调速系统模型采用的是由比例一积分调节与串联超前一滞后补偿组合构成的,具体结构如图4所示。 2.2同步发电机模型 PSCAD/EMTDC模型库提供标准同步电机模型,可以直接与励磁系统、柴油机及调速系统以及主配电网络接口见图5。该模型是基于理 图4柴油机调速系统模型 想同步电机假设条件和Park变换建立【5】,适用于电力系统工频稳态和瞬时分析。PSCAD/EMTDC 12 V01.30No.112010.11船电技术f电机 图1l柴油发电机组仿真模型 图12发电机端电压波形均匀加减负载 图13发电机端电压波形突加负载 从仿真结果可以计算出稳态电压调整率为0.5,瞬态电压调整率为6.84。电压允差带UN 为l时,电压恢复时间为0.79S,可见该励磁系统具有良好的稳态和动态性能。 柴油发电机组调速系统性能即验证机组的稳态调速率以及瞬态调速率。稳态调速率仿真设计与稳态电压调整率仿真类似。瞬态调速率仿真时间为45s,t-----5S前发电机空载运行,在t-----5S 时突加50的负荷,t15s时突加负载使发电机 的总负荷为80,t25s时再突加20的负荷使柴油发电机满载运行,t35S时从满载突减负荷至空载。发电机转子转速的仿真波形如图14、15所示。 图14发电机转子转速波形均匀加减负载 图15发电机转子转速波形突加突卸负载 从仿真结果可以计算出稳态调速率为2.58 ,瞬态调速率为3.2,可见该调速系统同样具有良好的稳态和动态性能。 4结论 船舶电力系统是多台柴油发电机组组成的复 15 船电技术Ｉ电机 杂系统，系统的特性主要取决于柴油发电机组的 控制特性，柴油发电机组的控制是船舶电力系统 稳定可靠运行的核心。船舶柴油发电机组控制系 统的特性将直接影响船舶电力系统的供电质量。 通过柴油发电机组的调速及励磁系统的控制可以 明显提高电力系统的稳定性。本文针对柴油发电 机组各组成部分分别建模分析，并最终通过 ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ进行仿真，结果表明，本文所设 计的柴油发电机组模型具有良好的稳态和动态性 能。 Ｖ０１．３０ Ｎｏ．１１ ２０１０．１１ Ｖ０１．ＰＡＳ・１０４，ｐｐ．１２６２１２６７，Ｊｕｎｅ １９８５． 【５】许实章．电机学．北京机械工业出版社，１９９３． 【６】 励磁系统数学模型专家组．计算电力系统稳定用励 磁系统数学模型［Ｊ】．中国电机工程学报，１９９１，１９（５） ６５～７１． 【７】刘增煌，吴中习，周泽昕．电力系统稳定计算用励 磁系统数学模型库【Ｊ】．电网技术，１９９４，１８（５）６～ １１． ［８】Ｃｈｏｉ Ｓ Ｓ，Ｊｉａ Ｘ Ｍ．Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒ－ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｓ［Ｊ】． ｏｎ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ 参考文献 【１】王焕文．舰船电力系统及自动装置．北京科学出 版社。２００４． 【２】任震，欧开健，荆勇，余军．基于ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ 软件的直流输电系统数字仿真【Ｊ】．电力自动化设备． ２００２，２２（９）１１－１２． Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ。２０００，ｌ ５（３）９３７－９４４． Ｙｕａｎｙｉｎ．Ｅｘｅｉｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ａ 【９】Ｃｈｅｎｇ ａ Ｃｈｉｎｇｓｉｎｇ，Ｈｓｕ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓ ｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｌｏｏｋｕｐ ｔａｂｌｅ［Ｊ】． Ｓｙｓｔｅｍｓ， ＩＥＥＥ １ ９９ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ １，２７（２）２４７．２５４． 【１ ０】Ｔｚｏｕａｇｈｉ，Ｍ Ｍａｇｕｉｒａｇａ，Ｍ Ｐｏｌｏｉｊａｄｏｆｆ．Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｅｘｃｉｔｅｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｎｄ 【３】 ＩＥＥＥ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｃｉｅｔｙ．ＩＥＥＥ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ 【Ａ】． ＩＣＥＭＳ ２００１［Ｃ】．２００１，“４－４４７． ｓｙｓｔｅｍｓ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｕｄｉｅｓ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ４２１．５，１９９２． 【１１】Ｍ．Ｓ．Ｂａｌｄｗｉｎ，Ｄ．Ｐ．Ｍｃｆａｄｄｅｎ．Ｐｏｗｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｓ ［４】Ｐ．Ｋｕｎｄｕｒ，Ｄ．Ｃ．Ｌｅｅ，Ｊ．Ｐ．Ｂａｙｎｅ．Ｉｍｐａｃｔ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｏｖｅｒｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｏｎ ｕｎｉｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｒａｎｓ．， ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｄｕｒｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．， ｕｎｄｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉｓｔｕｒｂａｌｉｃｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＩＥＥＥ Ｖ０１．ＰＡＳ－１００，ＰＰ．２８４６－２８９４，Ｍａｙ １９８１． ［ｊ亍业追踪］ ●ＡＢＢ风力发电变频器 ＡＢＢ传动公司目前主要有两类产品应用于 风力发电系统，一类是应用于双馈发电机系统的 变频产品ＡＣＳ８００－－６７，一类是应用于永磁同步 电机且无齿轮箱（直驱系统）的变频产品ＡＣＳ８００ ７７，这里主要介绍ＡＣＳ８００－－６７。 控制原理 ＡＣＳ８００－－６７风力发电变频器主要和带有转 子绕组和滑环的感应式发电机一起使用，连接于 双馈发电机转子和电网之间，该变频器既可以安 装在塔基处也可以安装于发电机舱内。 当风速变化时，ＡＣＳ８００－－６７通过内部控制 快速增加或降低转子磁场的旋转速度，保证发电 机获得最优滑差，达到获得最大发电量的目的。 该传动单元也可以完成在将定子输出接入电网之 前使定子输出电压和电网电压同步的目的。在脱 离电网时，传动单元通过将转矩给定调整为零， 使定子电流减少至零，以便将发电机从电网脱离。 网侧变流器是一个基于ＩＧＢＴ模块的变流器， 将输入的三相交流电整流为所需的直流电，为转 子侧逆变器供电。网侧变流器控制对象为直流母 线电压和网侧无功功率，通过检测网侧两相电流 和直流母线电压，采用直接转矩的控制方法。 转子侧变流器包含一个或两个基于ＩＧＢＴ的 逆变器模块，将直流电逆变为产生转子磁场所需 频率和幅值的三相交流电，向转子绕组供电。转 子侧变流器控制对象为转矩和无功功率，通过对 转矩的控制实现对发电机有功功率的控制，通过 对无功功率的控制完成对发电机转子磁场的建 立，实现对发电机无功功率的控制。 １６ 万方数据 基于PSCAD的船用柴油发电机组仿真分析 作者 作者单位 刊名 英文刊名 年，卷期 李玉生， 陈瑞， Li Yusheng， Chen Rui 李玉生,Li Yusheng大连船舶重工集团有限公司军事代表室,辽宁大连,116005， 陈瑞 ,Chen Rui中国舰船研究设计中心,武汉,430064 船电技术 MARINE ELECTRIC Hsu Yuanyin Excitation control of a synchronous generator using a lookup table 199102 2.Choi S S;Jia X M Coordinated design of under-excitation limiters and power system stabilizers[外文 期刊] 200003 3.刘增煌;吴中习;周泽昕 电力系统稳定计算用励磁系统数学模型库 199405 4.励磁系统数学模型专家组 计算电力系统稳定用励磁系统数学模型 199105 5.许实章 电机学 1993 6.P.Kundur;D.C.Lee;J.P.Bayne Impact of turbine generator overspeed controls on unit perance under system disturbance conditions 1985 7.IEEE Power Engineering Society IEEE Std 421.5,IEEE recommended practice for excitation system models for power system stability studies 1992 8.M.S.Baldwin;D.P.Mcfadden Power systems perance as affected by turbine-generator controls response during frequency disturbance 1981 9.Tzouaghi;M Maguiraga;M Poloijadoff Brushless exciter dynamic model including saturation and multiple commutation overlapping effects 2001 10.任震;欧开健;荆勇;余军 基于PSCAD/EMTDC软件的直流输电系统数字仿真[期刊论文]-电力自动化设备 200209 11.王焕文 舰船电力系统及自动装置 2004 本文链接http//