同步发电机三相短路仿真分析

一、同步发电机三相突然短路的电磁暂态分析 同步发电机正常稳态运行时，励磁机施加于励磁绕组两端的电压为恒定的ᵱᵅ，励磁绕组中流过大小不变的直流电流ᵅᵅ,产生与定子绕组交链的磁链，在定子绕组中感应产生空载电势ᵃᵅ。定子绕组与外部电路接通时，绕组中将有同步频率的交流电流ᵅᵆ。 各绕组电流分量物理过程分析： 1、短路前稳态运行，有强制分量ᵅᵆ[0]和ᵅᵅ[0]。 2、短路瞬间，由于外界阻抗减小，定子绕组产生基频电流增量ᵮᵅᵆ，为强制分量。 3、励磁绕组磁链守恒：定子ᵮᵅᵆ出现导致相应的电枢反应磁链也增大，将减小励磁绕组原有的磁链，励磁绕组磁链守恒，励磁绕组中将增加一个直流分量ᵮᵅᵅᵄ，并导致在定子回路中感应出一个附加的基频电流分量ᵮᵅᵆ′，这两个电流都是没有外部电源供给的自由分量。短路过程中，Δiw′将随Δifa以定子绕组短接时励磁绕组的时间常数Td′按指数规律衰减到 0。 4、定子绕组磁链守恒：电枢反应磁链的增大（包括ᵮᵅᵆ和ᵮᵅᵆ′二者所引起的磁链增量），将改变原有磁链的大小，为保持定子磁链守恒，短路瞬间定子绕组中必须产生一个大小与电枢反应磁链的增量相等、方向与之相反的磁链，定子绕组中应有一直流电流分量，该脉动直流可分解为恒定直流电流ᵅᵄᵅ和两倍同步频率的交流电流ᵅ2ᵆ两个分量，同时在励磁绕组中感应出一同步频率的交流电流ᵮᵅᵅᵆ。短路过程中，ᵮᵅᵅᵆ将随（ᵅᵄᵅ + ᵅ2ᵆ）以励磁绕组短接时定子绕组的时间常数ᵄᵄ按指数规律衰减到 0。 二、同步发电机三相突然短路的仿真 2.1 同步发电机突然三相短路电路模型 同步发电机选用 matlab/Simulink 中的简化模型，参数如下： 负载选用三相并联 RLC 负载元件，参数如下： 短路通过三相电路短路故障发生器元件实现，参数如下： 仿真时间为0.5s，故障发生器设定0.05s 时发生短路故障，0.4s 故障切除,仿真步长设为可变，算法为ode15s(stiff/NDF)。仿真之前，进行初始化，同步发电机的机械功率和励磁电压自动设为3.19413e+08W 和 254615V。 2.2 仿真结果 A 相电流波形图 稳态时，A 相电流正弦变化，幅值为1650A；在 0.05s 时，发生三相短路，A相电流波形上移，最大幅值为3300A 左右，然后逐步下移；0.4s 时，短路故障切除，A 相电流回复稳态运行。 B 相电流波形图 稳态时，B 相电流正弦变化，幅值为1650A；在 0.05s 时，发生三相短路，B相电流波形下移，最大幅值为-2600A 左右，然后逐步上...