基于matlab的频率分析_毕业设计(编辑修改稿)

基于matlab的频率分析_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

影 响电力用户设备的正常运行。 对电力系统的影响 1） 频率下降时 ， 汽轮机叶片的振动会变大 ， 影响使用寿命，严重时甚至会产生裂纹而断裂。 2）影响由异步电动机驱动的火电厂厂用机械（如风机、水泵及磨煤机等）的出力降低，导致发电机出力降低，使系统的频率进一步下降。 特别是 频率下降到 4748Hz 时 ，火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机）的出力随之下降 ， 从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。 不能及时制止 ， 出现频率雪崩会造成大面积停电 ， 甚至使整个系统瓦解。 3） 发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动的，系统频率降 低将使电动机功率降低，影响电厂正常运行。 4） 电力系统频率下降时 ， 异步电动机和变压器的励磁电流增加 ， 所消耗的无功功率增大，在电力系统备用无功功率电源不足的情况下，会引起系统电压的下降。 当频率下降到 4546Hz时，各发电机及励磁机的转速均显著下降，致使各发电机的电势下降，全系统的电压水平大为降低。 如果系统原来电压水平偏低，还可能引起电压不断下降，出现电压崩溃现象。 而出现频率崩溃和电压崩溃，会使整个电力系统瓦解，造成大面积停电的恶性事故。 沈阳农业大学学士论文 5 5)发电机低频运行时，其通风量减少，而为了维持发电机的正常电压需要增加 励磁电流，致使发电机定子和转子中的温升增加。 为了不超过温升的限额，将不得不降低发电机所发的功率。 6)核电厂反应堆的冷却介质泵对频率有严格要求，当频率降低到一定数值时就会跳闸，使反应堆停止运行。 频率变化产生的原因 频率 ， 衡量 电力系统 的一个重要指标。 频率变化对发电厂运行有不良影响，使各机组和发电厂的负载发生变化，从而使动力系统的经济运行方式遭到破坏，直接影响用户的产品质量，影响电子计算机的正常工作。 引起电力系统频率变化的原因有以下几方面： 1） 发电机出力与负荷功率不平衡引起系统频率变化 由电机学原理 可知，电力系统的频率与同步发电机的转速有一个固定的关系。 运行中的电力系统，同步发电机转速的变化会引起系统频率的变化。 当同步发电机输入的机械功率和输出的电磁功率、原动机与发电机内的各种有功功率损耗达到平衡时，同步发电机的转速可以维持在某一固定值附近。 则电力系统的频率是一个固定值。 当电力系统中的有功负荷变化时，系统频率也将发生变化。 发电机的频率调整是由原动机的调速系统来实现的，当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机和调速系统将自动改变原动机的进汽（水）量，相应增加或减少发电机的出力。 当调速器的调节 过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功功率同频率之间的关系称为发电机组的有功功率一频率静态特性。 当电力系统由于负荷变化引起频率变化，依靠一次调频作用已不能保持在允许范围内时，就需要由发电机组的频率调整器动作，使发电机组的有功功率一频率静态特性平移来改变发电机的有功功率，以保持电力系统的频率不变或在允许范围内。 同理，如果发电机减出力，系统频率也将明显降低，要靠系统稳定装置或调度员干预来维持频率合格。 2） 短路功率引起频率降低 系统发生三相短路时 ， 在短路电流所流经的元件上都要消耗一定的有功功率， Rc、Xc是系统某处至故障点的短路电阻和电抗，最严重的短路发生在 Rc=Xc处的三相短路，有功损耗为无功损耗的一半。 对于容量在 300兆瓦以下的小系统，在低压网络内发生故障，且切除时间较长时，这种附加的功率损耗对系统的影响是不可忽略的；对于大容量系统，变电网络不易出现 Rc=Xc 的条件，短路功率损耗的相对值较小，且切除故障时间较短，故短路有功损耗对频率的影响可忽略不计。 3） 系统振荡及异步运行引起频率 的 变化 当系统振荡及异步运行时，由于均衡电流的流动而使有功损耗增加 ， 随着电势夹角的增大，电流也增大。 基于 MATLAB 的频率分析 6 当电势夹角达到 180度瞬间，电流达最大值，即相当于系统的电气中心发生三相短路一样，该电流在系统中引起的有功损耗是很大的，在功率缺额较大的受端系统将引起附加的频率降低。 异步运行时，各发电机的频率不同而造成各点脉动电压频率不等。 4） 感应及同步电机反馈电压的频率变化 当供电线路切除时 ， 受端变电所的电压不会立刻消失，这是由于同步电机和感应电机惯性转动而维持一个频率衰减的电压所致。 同步电机在励磁开关未断开情况下转动就如同发电机一样运行，感应电机也因系统有电容器而形成自激发电方式。 一般情况下，感应电机在断开电源 5秒的时间内保持一个 高于额定电压 20%左右的低电压。 综上所述，系统在任何时候都保持合格的频率质量是十分重要的 ， 引起频率变化的因素较为复杂，而电力系统低频运行（很少出现高频）对电力系统安全运行危害很大。 由此，为确保电力系统安全稳定运行和提供优质电能， 必须 采取了一些技术上的措施来维持系统安全稳定运行。 2 Matlab(Simulink)在电力系统中的应用 MATLAB 是美国 MathWorks 公司开发的大型数学计算软件，它提供了强大的矩阵处理和绘图功能，可信度高，灵活性好，还带有一些强大的具有特殊功能的工具箱（ toolbox）。 在电力系统仿真中应用的工具箱为 Power System Blockset，简称 PSB。 在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，则很难准确的把一个控制系统的复杂模型输入给计算机，对其进行一步的分析和仿真。 1900 年 MathWorks 软件公司为 Matlab 提供了新的控制系统模型输入与仿真工具，并于1992 年正式将该软件命名为 Simulink。 表明该软件的两个主要功能： Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制所需要的控制系统模型，然后利用 Simulink 提供的功能来对系统进行仿真或线性化分析。 Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。 它支持线性形和非线性形系统，连接和离散时间模型，或者是两者的混合，系统还可以是多采样率的，比如系统的不同部分拥有不用的采样率。 对于建模， Simulink 提供了一个图形化的用户界面（ GUI），可以用鼠标点击和拖拉模块的图标建模，通过图形界面，可以像用铅笔在纸上画图一样画模型图。 它与传统的方针软件包用差分方程和微分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的有点。 这是以前需要用编程语言明确的用公式表达 微分方程的仿真软件包远远不能相比的。 Simulink包括 Sources（输入源）、 Sinks（输出方式）、 Discrete（离散时间模型）、 Linear（线性环节）、 Nonlinear（非线性环节）、 Connections（连接及接口）和 Extras（其他环节）等子模型库。 当然用户也可以定制或创建用户自己的模块。 所有模型是分级的，因此可以通过自上而下或者自下而上的方法建立模型。 可以在最高层面上查看一个系统，然后通过双击系统中的各个模块进入到系统的低一层面以查沈阳农业大学学士论文 7 看到模块的更多细节，这一方法提供了一个了解模型是 如何组成以及它的各个部分是如何相互联系的方法。 定义完一个模块以后，就可以通过 Simulink 的菜单或者在 Matlab 的命令窗口输入命令对它进行仿真。 菜单对于交互式工作是非常方便的，而命令行为方式对于处理成批的仿真比较有用，使用 Scopes 或者其它的显示模块，可以在运行仿真时观察到仿真的结果。 另外，还可以在仿真时改变参数并且立即就可看到有什么变化。 仿真结果可以放在 Matlab 的工作区间（ workspace）中以待进一步的处理或者可视化。 模型分析可使用的工具包括可直接通过命令行方式调用的线性化和整理（ trimming）工具， Matlab 的其他各种工具，以及所有应用程序工具箱。 因为 Matlab和 Simulink 是集成在一起的，所以用户可以在任何环境下的任意点对用户的模型进行仿真、分析或修改。 Simulink 的模块集与 Matlab 及其应用工具箱相似， MathWorks 公司为 Simulink 提供了模块集。 模块集是 Simulink 模块的集合，它们被分成不同的组。 它包括 DSP 模块集、定点运算模块集、非线性控制模块集以及电源体统模块集。 对于同步机作步进运动的数字仿真来说，电源系统模块集中包含了我们所需的酥油模块，如：电 机、电源、电力电子管等部件。 可以使我们简历模型来仿真电源系统，该模块用 Simulink 环境，可以通过点击和拖拉来建立模型。 不仅可以快速画出电路的拓扑结构，还可以建立模型进行各种参数的分析。 可以再 Simulink 中建立一个新的模型窗口，具体步骤如下： ⑴打开 Matlab 窗口，在其中输入 simulink 后，打开各种 Matlab 元件库； ⑵在 Simulink 窗口的“ File”中选择新建模型， Simulink 就可以给提供一个新建窗口。 ⑶打开“ Simulink”和“ Power System Blockset”元件 库，从中选择建立模型所需的器件。 从分析可知，要建立控制部分所需器件位于 Simulink 下的 Sinks 库中用鼠标左键点中拖入模型窗口中；再在 Power System 中拖出变压器；在 Electrical Source 中拖出所需电源；在 Connectors 中拖出“接地”后，按原理图的控制部分连接起来。 这样，找出测量点和测量元件就可以进行仿真。