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毕业设计说明书 同步发电机短路动态过程仿真分析 学生姓名：樊荣学号：1105044205 学院：计算机与控制工程学院 专业：电气工程及其自动化 指导教师：余红英 2015 年 06 月 同步发电机短路动态过程仿真分析同步发电机短路动态过程仿真分析 摘要摘要 众所周知，同步发电机在电力系统中发挥着至关重要的作用，现代社会中使用的 电能几乎由同步发电机所产生，同步发电机在人类社会的生活生产中占据着非常重要 的地位。为了更直观地了解同步发电机短路故障状态下的特性指标，尽量避免发生短 路故障或及时对短路故障做出相应的正确措施，更合理选择保护装置，研究同步发电 机的短路故障状态就成了当务之急的问题。随着科技进步与自动化水平的提高，人们 要求能够快速分析故障和解决故障，在电力系统中，因运行环境、可操作性问题的限 制，现场对同步发电机测试不太现实，因此，利用软件仿真的方法对同步发电机进行 仿真研究就显得极其重要。本论文通过 MATLAB 软件建立同步发电机的仿真模型， 对常见的短路故障进行仿真研究，以便更好地掌握同步发电机短路故障状态下的各特 性，并设计了 GUI 用户界面，更好的实现了人机交互。文中对各短路故障进行了仿真 实验，从仿真结果可以看出，本文所设计的仿真系统满足对同步发电机短路故障的研 究需求，实现论文设计的目标。 关键词：同步发电机；短路故障；MATLAB；GUI Synchronous generator short circuit dynamic process simulation Abstract As is known to all, synchronous generator plays an important role in power system. Now theelectricpowerusedinoursocietyalmostproducebysynchronous generators.Synchronous generator occupies a very important position in human society.In order to learning the characteristic parameters of synchronous generator more intuitive in fault condition, and trying to avoid short circuit fault or to make corresponding measures to correct vision in time or to protect device in the method of reasonable, studying the synchronous generator fault status has become an urgent problems. With the progress of science and technology and the improvement of automation level, people require to be able to quickly analyze fault and solve the problem in the electric power system. With the limitation of the environment in running a synchronous generator, doing a test of generators directly is unlikely.Therefore, with the aid of MATLAB software powerful computing and graphicsprocessingsimulationtostudythesynchronousgeneratorisextremely important.In this paper, a simulation model of the synchronous generator is established by MATLAB software in order to better grasp the performance index of synchronous generator in fault condition.And we also design the Graphical User Interface(GUI) for better realizing the human-computer interaction. Each short circuit fault simulation experiments was carried out in this paper, as can be seen from the simulation results, the simulation system is designed to satisfy demands for synchronous generator short circuit fault research, realizing the target of this paper. Key words: Synchronous generator；Short circuit fault；MATLAB；GUI 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 I 页 共 II 页 目录目录 1引言.1 1.1课题研究背景和意义.1 1.2国内外研究现状.1 1.2.1国内研究现状.1 1.2.2国外研究现状.3 2同步发电机的理论分析.4 2.1同步发电机短路的原因、类型及后果.4 2.1.1同步发电机短路原因.4 2.1.2同步发电机短路类型.4 2.1.3同步发电机短路后果.4 2.1.4理想同步发电机.5 2.2同步发电机的基本方程.5 2.3同步发电机稳态对称运行分析.8 2.4 0 dq 坐标系统.9 3同步发电机短路故障理论分析. 11 3.1同步发电机电磁暂态过程分析. 11 3.1.1理论依据. 11 3.1.2短路过程中各绕组电流分量物理过程分析. 11 3.1.3衰减时间常数.12 3.2同步发电机的数学模型.12 4同步发电机短路故障仿真研究系统.14 4.1M 文件设计.14 4.2GUI 仿真界面设计.16 4.2.1界面组件的选择和布局.16 4.2.2编写回调函数.17 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 II 页共 II 页 5Matlab 仿真结果分析.19 5.1三相突然短路仿真与分析.19 5.2负载两相短路仿真与分析.22 附录.25 参考文献.31 致谢.32 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 1 页 共 32 页 1引言1引言 11课题研究背景和意义11课题研究背景和意义 电能得到广泛的应用得益于电力系统的出现，进而推动了各个领域的社会生产的 变化。因为电能有清洁、来源广、便于传输及易于控制等特点，使其成为当今社会最 为通用的能源。社会发展离不开可靠的、高品质的电能供应，现代发电厂最常用的发 电机就是同步发电机，电力系统的安全与稳定运行状况直接取决于对同步发电机的控 制。在对同步发电机进行故障分析时，使用真实电机在实际的工作应用场合进行现场 实验研究是不大切合实际的。人们要求能够快速分析各种短路状态同步发电机的各项 性能指标，利用计算机仿真技术来研究同步发电机短路故障是一种快速便捷的好方 法，并且，采用仿真技术去研究发电机的运行状态显得越来越重要，通过仿真研究， 掌握同步发电机的性能有助于实践中维护电机和对其功能的扩展。 同步发电机是一个有着多个磁耦合关系的高阶多变量、强耦合复杂系统，对其短 路暂态过程直接进行准确的数学推导较为困难。利用现代计算机强大的数值计算能 力，通过同步发电机的数学状态方程，建立其数字仿真模型，利用相应的数值计算方 法进行仿真计算，不仅计算方法简单，计算精度高，而且能够清晰直观的展示故障动 态过程。 而在众多仿真分析软件中，MATLAB 因其各种函数可将基于 MATLAB 的算法与外部 应用程序和语言（如 C、C+、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成， 数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等优点，在 仿真技术领域发挥着重要作用，在众多的计算机仿真工具中，MATLAB 享有最高权威并 且最为常用，能够运用到各行各业，诸如信号处理、图形处理、控制系统的搭建、财 务分析和建模等领域。 用户可以通过在 SIMULINK 中搭建相关实验系统， 也可以通过分 析数学模型编写相应的 M 文件来模拟同步发电机的故障运行状态，从而获取同步发电 机各项性能指标，以便及时对故障采取合理的预防措施。这对三相同步发电机的正确 使用、保护装置的选取及日常维护都具有十分重要的指导意义。 1.2国内外研究现状1.2国内外研究现状 1.2.1国内研究现状 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 2 页 共 32 页 我国早期生产同步发电机的历史： 1949 年全国解放前， 在上海生产过容量为 500Kw 的同步发电机； 解放后中华人民共和国成立后於 1951 年生产了 800Kw 的机组， 在当时 苏联的无私援助下， 帮助建立了 144 项工业项目(后又再加 12 项共 156 项)， 哈尔滨电 机厂就是其中之一，1952 年国庆，生产出了噶什型 3000Kw 水轮发电机，之后又生产 出了官厅电站用 10MW 水轮发电机及 60Mw 下马岭的水轮发电机， 1958 年生产出了新安 江水电站 72.5MW 机组。60 年代生产出了刘家峡水电站 225MW 机组；在火电方面上海 引进了捷克技术， 第 1 个 5 年计划生产了 6MW,12MW 汽轮发电机， 哈尔滨电机厂也生产 苏式汽轮发电机，到 1958 年国内已能生产 25MW 的汽轮发电机，1959 年 10 年大庆时， 已能生产 50MW 氢冷汽轮发电。60 年代生产 100MW 汽轮发电机,技术进步相当快，但仍 远远落后于当时国际上先进厂家。 在小型同步发电机方面， 我国小型同步发电机的第一代产品是 1956 年电工局在上 海组织的统一设计并于 1957 年完成的 TSN、 TSWN 系列农用水轮发电机。 第二代产品是 在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于 1965 年开始的 T2 系列小型三相同步发 电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为 B 级绝缘的有刷三相同步发电 机。在这段时间还开发了 ST 系列有刷单相同步发电机，此系列电机出口量较大。1979 年开始进行 TFW 系列三相无刷同步发电机和 TFDW 系列单相无刷同步发电机的统一设 计，1982 年 10 月通过了样机鉴定工作,并推广生产,此两系列主要性能指标达到或接 近当时的国际先进水平,此系列仍采用 B 级绝缘结构。 进入八十年代末、九十年代初，随着我国改革开放不断发展，我国的电机行业的 部分企业开始引进先进工业国的中小型同步发电机，有的按生产许可证方式进行技术 引进，有的引进软件技术（或生产技术），有的按合作生产方式引进国外的先进技术， 其先后有比如，无锡电机厂、汾西机械厂、柳州电机厂引进了德国西门子公司 1FC5、 1FC6 系列无刷发电机，兰州电机有限责任公司（以下简称兰电）引进了德国 AEG 公司 DKBH 系列船用、陆用无刷发电机，福州发电设备厂引进了美国麦格乃泰克公司无刷发 电机制造技术等等。 近年无锡电机厂又引进了西门子公司最近开发的 1FC2 系列无刷三 相同步发电机，该电机为整园凸极冲片，克服了原西门子公司 1FC5、1FC6 隐极结构体 积偏大，重量偏重的不足。90 年代，无锡电机厂与新时代公司、上海革新电机厂与马 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 3 页 共 32 页 拉松公司合资办了企业，使我国中小型三相同步发电机水平又有了进一步的提高，使 国内三相同步发电机生产的主要企业产品达到了国际先进水平。 1.2.2国外研究现状 1980 年后发表了大量的论文研究永磁同步电机的数学模型、 稳态特性、 动态特性。 A.V.Gumaste 等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器 供电的永磁同步电动机稳态特性。 随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高， 需要设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机，G.R.Slemon 等人针 对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法。随 着微型计算机技术的发展，永磁同步电动机矢量控制系统的全数字控制也取得了很大 的发展。D.Naunin 等研制了一种永磁同步电动机适量控制系统，采用了十六位单片机 8097 作为控制计算机，实现了高精度、高动态响应的全数字控制。 德国西门子公司的 IFC5 和 IFC6 系列、 德国 AEG 公司的 DKBH 系列、 英国彼特普公 司 E 系列、美国马拉松公司的 MP 系列发电机、英国的斯坦福公司 BC、HC 系列等发电 机，这些发电机的绝缘等级为 F 级或 H 级，采用隐极式或整体凸级结构，其技术经济 指标较先进，可靠性较高，其制造工艺水平较先进，这些产品的引进，对提高我国的 中小型发电机水平和制造工艺水平有较大的促进作用。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 4 页 共 32 页 2同步发电机的理论分析2同步发电机的理论分析 2.1同步发电机短路的原因、类型及后果2.1同步发电机短路的原因、类型及后果 2.1.1同步发电机短路原因： （1）元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备 缺陷发展成短路等； （2）气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风 或导线覆冰引起电杆倒塌等； （3）人为事故，例如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地 线就加上电压等； （4）其他，例如鸟兽跨接在裸露的载流部分等。 2.1.2同步发电机短路类型： 表 2-1短路的类型 短路类型示意图符号 三线短路 )3( f 两相接地短路 )1 , 1( f 两相短路 )2( f 单相接地短路 )1( f 2.1.3同步发电机短路后果： （1）短路电流产生的电动力损坏导体和电气设备 （2）短路电流发热烧毁设备 （3）短路电流产生电弧，引发火灾 （4）短路引起电压下降，影响用户供电，严重时发生电压崩溃 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 5 页 共 32 页 （5）短路会破坏电力系统稳定运行，造成大面积停电 （6）不对称短路产生零序电流，干扰通讯线路 （7）不对称短路产生的负序电流损害电机 2.1.4理想同步发电机 （1）忽略磁路饱和、磁滞、涡流等的影响 （2）同步发电机转子有励磁电流 （3）定子回路开路即空载 （4）定子三相绕组端部突然三相短路 （5）发电机转子保持同步转速，即频率保持恒定 表 2-2各回路电流 定子回路稳态短路电流 I基频交流电流初始与稳 态值之差 I-I 直流电流 ia 二倍频电流 i2 励磁回路励磁电流 if|0|自由直流电流 ifa基频交流电流 if 阻尼回路 D自由直流电流 iDa基频交流电流 iD 阻尼回路 Q自由直流电流 iQa0基频交流电流 iQ 2.2同步发电机的基本方程2.2同步发电机的基本方程 同步发电机是电力系统中最重要的元件，其运行特性对电力系统具有决定性的作 用。暂态过程中，其基本方程是理想同步发电机的各个绕组间电磁关系的一组数学方 程，由各绕组磁链方程和电压方程二部分组成。 磁链方程： Q D f c b a QQQDQcQbQa DQDDDcDbDa fQfDfffcfbfa cQcDcfcccbca bQbDbfbcbbba aQaDafacabaa Q D f c b a i i i i i i LMMMMM MLMMMM MMLMMM MMMLMM MMMMLM MMMMML （2-2） 其中：2cos 20 llLaa； )30(2cos 20 mmMM baab ； 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 6 页 共 32 页 )90(2cos 20 mmMM cbbc ； )150(2cos 20 mmMM acca ； ff L 、 DD L 、 QQ L、 DffD MM为常数，0 QDDQQffQ MMMM。 电压方程（线性变系数微分方程） ： Q D f c b a Q D f c b a Q D f f c b a i i i i i i r r r r r r u u u u 00 00 00 0 0 00 00 00 0 0 （2-3） 2.3派克（2.3派克（Park）变换）变换 派克（Park）变换引入的原因： 电压方程是线性变系数微分方程，不利于分析，派克变换可以把变系数微分方程 变换为常系数微分方程，使计算简单化，便于处理分析。 派克变换和派克方程（旋转坐标变换：abcdq0） ： Park 变换矩阵 P 为： 2 1 2 1 2 1 )120sin()120sin(sin )120cos()120cos(cos 3 2 P（2-4） 则 Park 变换方程为： T qd T cba T cba T qd iiiPiii iiiPiii 0 1 0 （2-5） Park 变换的基本规律为： abc 基频交流dq0 直流；abc 直流dq0 基频交流；abc 倍频交流dq0 基 频交流。 对同步发电机的原始方程进行 Park 变换、 选取适当基准值标幺化后可得同步发电 机的 Park 磁链方程、电动势方程为： 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 7 页 共 32 页 （2-6） d d d q q q 00 0 ff f f DD D QQ Q - r00000iu - 0r0000iu -00r000iu =+ 000r00iu - 0000r0i0 - 00000ri0 - q d - 0 0 0 0 （2-7） 同步电机原始方程及其 Park 方程是同步发电机各个绕组间电磁关系在不同参照 系（坐标系）中的数学表达。原始方程经过 Park 变换后的方程，全部电感（电抗）变 为常数了，其物理意义的解释为： （1）通过 Park 变换，观察者的视角从静止的定子转移到了旋转的转子上。 （2）从转子上看， 定子的静止三相绕组被三个定子等效绕组 d 绕组、q 绕组、 0 绕组所代替； （3）d 绕组、q 绕组分别以 d 轴、q 轴为轴线，随转子同步运动，0 绕组轴线在转 子转动轴方向（与 d 轴、q 轴垂直）上。 Q D f 0 q d Qaq Dadad adfad 0 aqq adadd Q D f 0 q d 0000 000 000 00000 0000 000 i i i i i i XX XXX XXX X XX XXX Q D f 0 q d QaQ DraD rfaf 0 aQq aDafd Q D f 0 q d 000 2 3 0 000 2 3 000 2 3 00000 0000 000 i i i i i i Lm Lmm mLm L mL mmL 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 8 页 共 32 页 （4） 由于定子诸等效绕组和转子诸绕组间此时不存在相对运动， 故定子等效绕组 的自感、等效绕组间的互感、定子等效绕组和转子绕组间的互感都不随定、转子间的 相对位置的变化而变化，也就不随时间变化。这即是新坐标系下的电感系数为常数的 原因。 表 2.1同步机 Park 方程自电抗和互电抗 电抗名称意义 xd直轴同步电抗（等效 d 绕组自电抗） xq交轴同步电抗（等效 q 绕组自电抗） x0零序电抗（等效 0 绕组自电抗） xad直轴电枢反应电抗（d 轴各个绕组间互电抗） xaq交轴电枢反应电抗（q 轴各个绕组间互电抗） xf励磁绕组自电抗 xD直轴阻尼绕组自电抗 xQ交轴阻尼绕组自电抗 2.3同步发电机稳态对称运行分析2.3同步发电机稳态对称运行分析 同步发电机稳态运行的特点为： (1)发电机转速为同步转速（标幺值为 1) ； (2)定子各个等效绕组、转子各绕组之间的交链的磁链为常数； (3) id、iq、if为常数，而 i0= iD= iQ= 0 在以上情况下对 Park 磁链和电压方程进行简化后可得定子电压方程为： qddqfadddqq qqdd Eixriixixriu ixriu （2-8） 其中发电机空载电势 q E 定义为： fadq ixE （2-9） 由于稳态运行定子各量均为基频量，故可将上式表示为相量形式如下： 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 9 页 共 32 页 ）（方向 ）（方向 qqdd ddqqq jxr0)d( jxr)( IIU IIUEq （2-10） 将上面二式相加即得： )( q q q d d IxIxjIrUE （2-11） 当 r = 0 时，用标量可简单表示为： qqd ddqq IxU IxUE 0 （2-12） 由于存在发电机电动势， d u和 q u两个电压方程式为非线性方程，坐标转换后电压 方程变为线性方程组。 在研究电力系统短路和稳定问题时， 由于发电机转速变化很小， 可当做常数处理。这样，磁链方程组也都是线性微分方程，它们的求解将大为简化。 2.42.4 0 dq 坐标系统坐标系统 同步发电机短路分析所需的数学模型一般建立在两种坐标系下：一种为上述把模 型建立 dq0 坐标系统， 另一种为把模型建立在 0 dq坐标系统。 前者用于对称运行状态， 后者用于不对称运行状态。 0 dq系统的分析方法和 dq0 系统的基本一致，只不过原来 dq0 系统中的零序绕组被静止绕组 0 所代替， 0 绕组内的各量是 dq0 绕组内的相关函 数，有关转换不再详细阐述。 当分析同步发电机不对称运行状态时可采用 0 dq坐标系统， 也是要先建立同步发 电机的电压方程： RiGiLpiU（2-18） 其中： 0 00 dqfdB uuuu U （2-19） 0dqfdkdkqB iiiiii i （2-20） 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 10 页 共 32 页 000 000 0000 000 000 0000 ()sin()cossinsincos dadad qaq adfdad adadDd aqQq ddadadad LLL LL LLL LLL LL LLLLLLLL L （2-21） 00 0000 000 000000 000000 000000 ()cos()sincoscossin0 qaq dadad ddadadaq LL LLL LLLLLLL G （2-22） fd kd kq r r R R R r R （2-23） 然后根据各类短路情况，可得出对应的约束条件，再根据具体约束条件转换到 0 dq系统，得到相应的参数，代入电压方程，即可进行相应的仿真。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 11 页 共 32 页 3同步发电机短路故障理论分析3同步发电机短路故障理论分析 3.1同步发电机电磁暂态过程分析3.1同步发电机电磁暂态过程分析 3.1.1理论依据 同步发电机短路动态过程分析应用同步发电机的双反应原理和超导回路的磁链守 恒原理，对短路后的物理过程和短路电流的表达式作近似分析。 双反应原理：a、b、c 三相电流产生的电枢反应，用同步旋转的 d、q 轴电枢反应 等效。 3.1.2短路过程中各绕组电流分量物理过程分析 短路前 ：定子电流i(0)，励磁电流if(0) 外接阻抗减小，短路电流增大 产生定子电流增量 短路后： i(0)+i（i=ii(0)） i出现导致定子电枢反应磁链增大 励磁绕组磁链为守恒，将增加一个直流分量ifa 定子回路感应出一个附加的基频交流i i(0)+i+ i ，i f(0)+ifa 定子电枢反应磁链增大，定子绕组磁链为守恒， 将产生恒定直流 ia和倍频交流 i2， 在励磁绕组感应出对应的附加的基频交流分量if i(0)+i+ i +ia+i2，i f(0)+ifa+if 图 3.1短路过程中定子电流变化 转子 D、Q 绕组磁链守恒：类似于 f 绕组守恒，产生 iDa、iD及 iQa、iQ。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 12 页 共 32 页 3.1.3衰减时间常数 1、基频自由分量：取决于 f、D、Q 绕组的时间常数 Td 、T d、Ta （主要是前 二者） 。转子各绕组自由直流分量取决于自己回路的时间常数。 2、直流和倍频自由分量（感生的转子各绕组的基频分量） ：取决于定子绕组的时 间常数 Ta。 强制分量：也称为稳态分量 定子短路电流基频分量：稳态基频自由基频 定子短路电流的非基频分量：直流分量倍频分量 3.2同步发电机的数学模型3.2同步发电机的数学模型 编写仿真程序(即同步发电机的 M 文件)首先要知道同步发电机的数学模型，通过 第 2 章的分析，以 dq0 坐标下的系统为例。实现过程为：先求出 dq0 坐标系统下的各 个分量，再通过 Park 的逆变换，将这些量逆变成同步发电机的原始量。结合第 2 章， 可以将同步发电机的数学模型简化，本文设定同步发电机没有中线引出，0 轴变量始 终为 0，在转换中忽略。 由于 q 轴电路中的电感和阻抗一般相同，所以可以用一个通用式子表示。根据电 磁感应定律，dtd/ 。 由此， 可建立编写各运行状态所需的数学模型， 见式 （3-1） 和式（3-2） 。 dd dmdfdkd qq qmq kq fdfd fdmddkd kdkd kdmddfd kqkqmq q = L i +Li +i = L i +L i = L i +Li +i = L i +Li +i = L +L i （） （） （） （3-1） 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 13 页 共 32 页 dddq qqqd fdfd fdfd kdkd kdkd kqkq kqkq d u = ri + - dt d u = ri + + dt d u= R i + dt d u= R i + dt d u= R i + dt （3-2） 磁链方程式（3-1）中： d L、 q L为定子绕组 d、q 轴的同步电感； fd L 为 d 轴电枢绕 组之间的反应电感； md L、 mq L表示发电机励磁电感 d、q 轴上的分量； kd L 、 kq L 分别 为发电机阻尼绕组电感在 d、q 轴上的分量。电压方程式（3-2）中：u 为各绕组的端 电压； i 为各绕组的电流；为各绕组磁链； r 为定子绕组电阻； 下标dq、分别表示0dq 坐标系中的 d 轴和 q 轴；下标 f 表示励磁绕组；下标 k 为表示阻尼绕组。 同步发电机有阻尼情况下的数学模型就是由式（3-1）和式（3-2）表示，在无阻 尼的情况下，将阻尼绕组的电压方程和磁链方程去掉即可，其方程如式（3-3）所示。 dddq qs qqd fdfd fdfd dd dmd fd qq q fdfd fdmd d d u = ri + - dt d u = R i + + dt d u= R i + dt = L i +L i = L i = L i +L i （3-3） 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 14 页 共 32 页 4同步发电机短路故障仿真研究系统4同步发电机短路故障仿真研究系统 4.1M 文件设计4.1M 文件设计 对发电机进行仿真时，一般取定电压值为已知，以电压向量的形式给出，仿真要 显示的为电流波形。对照发电机的基本参数，我们通过给定电压值，就可以通过解微 分方程的方式来求得所需要的电流值。所求得的电流值是在 dq0 坐标系统下的量，为 了得到同步发电机各相的电流，需要通过 Park 变换的逆变换，再将求得的电流返回到 同步发电机的原始方程，就可以计算得到同步发电机的其他参数。所以，同步发电机 各短路状态下 M 文件的编写思路可用图 4.1 表示。 图 4.1 同步发电机短路状态的 M 文件设计思路 本文取定一台型号为 STC-40 同步发电机的基本参数如下（标幺值） ：r=2.9069； fd R= 1 109013 . 5 ； kd R=11.900； kq R=20.081； fd U=24；=314； 1 L = 1 100892 . 3 ； md L=3.2164； mq L= 1 107153 . 9 ； lfd L=3.0712E-01； lkd L=4.9076E-01； lkq L=1.0365。 式（3-1）和式（3-2）中的电感与互感参数与同步发电机的基本参数的关系见式 (4-1)。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 15 页 共 32 页 1 dmd qmq fdlfdmd kdlkdmd kqkqmq LLL LLL LLL LLL LLL (4-1) 由 dq0 系统下的电压方程（2-7）可以看出，电感、电阻为已知，电压、 、和 电流未知。磁链方程式（2-6）给出了电流与的关系，由该式子将用电流来表示。 0 、 0 u、 0 i只是当三相电流构成不平衡系统时引入的一个变量，这些量的波形没有实 际意义，将其省去。因此，式（2-7）可以转换为： 0000000 000000 000000000 0000000000 0000000000 d d dqaQ q q qdafaD ff f f DD D QQ Q riuLm riuLmm riu ri ri d q f D Q i i i i i （4-2） 结合 daDdafqaQ LmLmLm,2/3，对照发电机的基本参数，只有电压、 和电 流为未知量， 在对发电机状态进行仿真时， 一般要显示的是同步发电机的各电流波形， 只要通过一定的方法消除 ，就能利用式（4-2）求出各电流量。 根据法拉第电磁感应定律， 与电流存在如下关系，见式（4-3） 。 dt di L （4-3） 将式（4-3）代入式（4-2） ，并将互感转换到 dq0 坐标下的量，即可得到一个 电压与电流的通用方程： RiGi dt di LUdq 0 （4-4） 其中 G 如式（4-5）所示。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 16 页 共 32 页 0 00 3 000 2 00 00000 00000 00000 qakq dafdakd Lm Lmm G(4-5) 表 4.1 各种 solver 指令及使用场合 solver 指令类型解题类型适用场合 ode45非刚性适用大多数场合 ode23非刚性 精度要求不高（ 3 10）的场合 ode113非刚性计算速度要求快的场合 ode23t适度刚性适度刚性 当同步发电机为不对称短路运行状态时，发电机数学模型分析方法与上述基本一 样，只不过把参数转换到 0 dq坐标下，具体可参照以上方法。 4.2GUI 仿真界面设计4.2GUI 仿真界面设计 4.2.1界面组件的选择和布局 根据设计具体要求，仿真主界面需要罗列同步发电机各短路状态的类型，并在选 择该试验类型后能进入仿真，然后输出仿真波形。 GUI 缩写自 Graphical User Interface（图形用户界面） ，设计 GUI 交互界面有两种 方式： 一种是通过全命令的 M 文件编程， 另一种是通过 GUIDE 辅助的图形界面设计。 前者较为繁琐，后者为用户开辟了各种组件，用户只需要罗列所需组件，运行后即可 得到 m 文件的主函数，只需要给组件编写回调函数即可为控件赋予特定的动作。 设置好各控件的属性，点击运行按钮，将 fig 文件保存。得到界面布局如图 4.2 所 示。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 17 页 共 32 页 图 4.2 界面布局 4.2.2编写回调函数 此时布局好的界面上的控件是没有功能意义的，必须给