柴油發(fā)電機組突然三相短路是一種常見的故障，也是柴油發(fā)電機組電力系統(tǒng)保護所必須考慮的問題。突然三相短路是一個電瞬態(tài)過程。這個過程雖然短暫，但在此過程中會產(chǎn)生巨大的沖擊電流，大的短路電流是破壞發(fā)電機及其電力系統(tǒng)重要的因素，它威脅著系統(tǒng)的安全運行。研究柴油發(fā)電機組的瞬態(tài)短路，可以為柴油發(fā)電機組的合理可靠的設(shè)計及安全運行提供理論依據(jù)，短路電流大小的確定不僅對于系統(tǒng)保護裝置的整定設(shè)計具有重要的意義，而且對與其相聯(lián)的其他電機、電器及繼電保護設(shè)備的選擇和使用也有著重要的意義。發(fā)電機組突然三相短路動態(tài)過程因其時間短，沖擊電流大，往往給動態(tài)參數(shù)的實驗測量帶來較大的困難，而利用近年來發(fā)展起來的仿真技術(shù)來研究這一過程，會使工作得到大大的簡化。電力系統(tǒng)的動態(tài)仿真研究將不能在實驗室中進(jìn)行的電力系統(tǒng)運行模擬得以實現(xiàn)。

  可用于電源系統(tǒng)仿真計算的軟件很多，相比較而言，是一個用于電源系統(tǒng)仿真較為理想的軟件.。提供的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具Simulink可用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析，支持連續(xù)時間、離散時間及兩者混合的線性、非線性系統(tǒng)，也支持多變量、多速率系統(tǒng) 兒引。電力系統(tǒng)工具箱使電力系統(tǒng)模型可以在Simulink環(huán)境下直接搭建，也可以根據(jù)所研究對象的物理模型建立其數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行封裝和自定義為用戶自己的模塊庫，利用PSB工具箱設(shè)計電力系統(tǒng)，在Simulink環(huán)境下，不僅可以仿真系統(tǒng)的動態(tài)過程，還可以對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)潮流分析 ，充分顯現(xiàn)了其強大的仿真平臺以及作圖環(huán)境的優(yōu)越性。本文將利用仿真系統(tǒng)模擬分析柴油發(fā)電機組突然三相短路動態(tài)過程中各種電力參數(shù)的變化規(guī)律，為發(fā)電機組的安全使用提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)。

仿真模型

  柴油發(fā)電機組在帶負(fù)載情況下突然三相短路，可利用SimPowerSystems模塊對其短路過程中的各種電流波形和電壓波形建立模擬仿真模型。在SimPowerSystems環(huán)境下建立的柴油發(fā)電機組系統(tǒng)模型，如圖l所示，該模型包括柴油發(fā)動機模塊、同步發(fā)電機模塊、發(fā)電機測量控制系統(tǒng)模塊、勵磁系統(tǒng)模塊、三相并聯(lián)負(fù)載元件和三相短路故障模塊。

  柴油發(fā)電機組由標(biāo)幺值單位制標(biāo)準(zhǔn)同步發(fā)電機模塊和柴油機轉(zhuǎn)速電壓控制子系統(tǒng)構(gòu)成。柴油發(fā)動機調(diào)速系統(tǒng)中的Pmec為發(fā)動機輸出功率。柴油發(fā)動機內(nèi)的狀態(tài)變量不止一個，但在實際設(shè)計中采用高階模型則較困難。實踐表明 ，采用一階近似模型，不僅簡化了設(shè)計工作，并且能達(dá)到滿意的效果。仿真用同步發(fā)電機是一臺額定值為50kVA，380V，50Hz，1 500r／min的凸極式三相同步發(fā)電機。控制系統(tǒng)包括柴油機控制器模塊、勵磁系統(tǒng)模塊和電機

測量分解模塊?？刂葡到y(tǒng)的輸入信號為角速度整定值、定子電壓的均方根整定值和從發(fā)電機端輸出的復(fù)合信號；復(fù)合輸出信號為定子電壓的均方根和角速度；發(fā)電機端輸出的復(fù)合信號經(jīng)發(fā)動機調(diào)速機構(gòu)和勵磁調(diào)壓機構(gòu)到達(dá)同步發(fā)電機的輸入端構(gòu)成一個閉環(huán)控制回路。使用三相并聯(lián)負(fù)載元件模擬電路負(fù)載，負(fù)載要求380V、50Hz三相交流電，消耗功率40kW。利用三相短路故障發(fā)生器元件實現(xiàn)同步電機的三相短路。

仿真結(jié)果

1 初始狀態(tài)與仿真算法

  為了避免仿真過程中系統(tǒng)出現(xiàn)長期不穩(wěn)定狀態(tài)，必須正確設(shè)定系統(tǒng)的初始參數(shù)。仿真中，同步發(fā)電機的輸入功率Pm，勵磁電壓w 及初始狀態(tài)的設(shè)定可根據(jù)負(fù)載需要由Powergui模塊來給出。Powergui模塊是電力系統(tǒng)仿真工具箱中功能很強大的一個模塊，可進(jìn)行電機的初始狀態(tài)設(shè)定，穩(wěn)態(tài)運行計算，電感、頻率測量，傅立葉分析等仿真。Powergui模塊可根據(jù)要求的同步發(fā)電機輸出交流線電壓值Vab和有功功率值計算出同步發(fā)電機的輸入功率Pm，勵磁電壓Vf及初始狀態(tài)值等參數(shù)。計算出穩(wěn)態(tài)值后，再將穩(wěn)態(tài)時的機械功率、勵磁電壓、機端電壓及定子電流作為系統(tǒng)的初始值提供給系統(tǒng)，即完成穩(wěn)態(tài)初始值設(shè)置。發(fā)電機和負(fù)載的參數(shù)均由試驗測量確定。

  仿真算法選擇的合理與否將影響到仿真結(jié)果和仿真速度。仿真系統(tǒng)給用戶提供了定步長和變步長兩大仿真算法。定步長求解器使用固定的步長對系統(tǒng)進(jìn)行求解；變步長求解器則根據(jù)用戶指定的積分誤差能夠自動調(diào)整仿真步長。由于本文研究的過程是一動態(tài)過程，因而，選用變步長仿真算法。

2 三相突然短路的動態(tài)變化

  短路現(xiàn)象往往是一暫態(tài)過程，為清楚顯現(xiàn)這一過程，仿真中特意將短路故障的保持時間設(shè)置的稍長一些。整個仿真過程歷經(jīng)10s時間，由穩(wěn)態(tài)運行開始，2s后三相短路故障發(fā)生，4s時短路故障切除。為了便于分析比較，各種參數(shù)均采用標(biāo)幺值單位制。

結(jié)論

  研究表明，利用電力系統(tǒng)工具箱能夠方便的建立柴油發(fā)電機組電力系統(tǒng)仿真模型，并能快速仿真和清楚顯現(xiàn)柴油發(fā)電機組突然三相短路故障的動態(tài)過程及各種參數(shù)的變化情況，仿真結(jié)果合理，可以作為柴油發(fā)電機組的設(shè)計及安全運行的理論依據(jù)。本文算例是移動電源站一常見的重要的故障現(xiàn)象，該算例的成功仿真表明電力系統(tǒng)工具箱可以作為普通內(nèi)燃發(fā)電機組常見故障判斷分析的得力工具，利用該工具可以為各種機組建立故障庫，以利于機組的維護使用。