简单电力系统暂态稳定性计算与仿真.doc

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毕业设计（论文）

题目简单电力系统的暂态稳定性计算与仿真

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简单电力系统的暂态稳定性计算与仿真

摘要

电力系统是一个复杂的动态系统，系统一旦出现稳定性问题，可能会在较短的时间内发生严重后果。

随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益庞大和复杂，出现的各种故障，会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有可能导致电力系统事故的扩大，尤其大区域联网背景下的电力系统故障将会给经济、社会造成重大损失，因此保证电力系统安全稳定运行是电力生产的首要任务。

从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题，本文利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了单机无穷大电力系统的仿真模型，对其暂态稳定性进行仿真分析，仿真结果表明：

故障切除时间越短，发电机阻尼越大，系统越容易稳定。

关键词：

电力系统事故单机无穷大电力系统暂态稳定性MATLAB仿真模型

II

目录

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

1引言………………………………………………………………………………………1

2电力系统的暂态稳定性简介……………………………………………………………1

2.1电力系统暂态稳定……………………………………………………………………1

2.2电力系统暂态稳定研究的目的及意义………………………………………………2

2.2.1目的…………………………………………………………………………………2

2.2.2意义…………………………………………………………………………………2

2.3国内外现状及发展趋势………………………………………………………………2

2.4电力系统暂态稳定性探析……………………………………………………………6

2.4.1引起电力系统大扰动的主要原因…………………………………………………6

2.4.2提高电力系统暂态稳定性的措施…………………………………………………6

2.4.3系统在不同状态下发电机的功率特性……………………………………………6

2.5小结……………………………………………………………………………………9

3简单电力系统的暂态稳定性计算与仿真………………………………………………9

3.1系统选定………………………………………………………………………………9

3.2网络参数及运行参数计算…………………………………………………………10

3.2.1各元件参数归算后的标幺值……………………………………………………10

3.2.2运算参数的计算结果……………………………………………………………11

3.3系统转移电抗和功率特性计算……………………………………………………11

3.4系统极限切除角计算………………………………………………………………12

3.5发电机摇摆曲线δ-t计算…………………………………………………………12

3.6Simulink模型及仿真结果…………………………………………………………16

3.7小结…………………………………………………………………………………19

4结论与展望……………………………………………………………………………19

参考文献…………………………………………………………………………………20

1引言

电力系统遭受大干扰后，由于发电机转子上机械转矩与电磁转矩不平衡，使同步电机转子间相对位置发生变化，即发电机电势间相对角度发生变化，从而引起系统中电流、电压和电磁功率的变化。

电力系统暂态稳定就是研究电力系统在某一运行方式，遭受大干扰后，同步发电机及负荷是否仍能正常运行的问题。

在各种大干扰中以短路故障最为严重，所以通常都以此来检验系统的暂态稳定性[1]。

在电力系统规划、设计、运行等工作中都需要进行大量的暂态稳定分析，通过暂态稳定分析，还可以研究和考察各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能。

可见，电力系统暂态稳定分析对于提高系统运行的安全和稳定性具有重要意义。

目前，分析电力系统暂态稳定的现行方法主要有三类，即：

时域仿真法[2]（也可称为逐步积分法或数值解法、直接法[3]、人工智能法[4]。

此外，不少学者将小波变换用于电力系统暂态稳定分析，并取得了一定成果。

[5]本文将以单机无穷大系统线路某点发生两相接地短路为例,利用MATLAB的时域仿真法对简单电力系统暂态稳定性做一些仿真,分析故障解除时间对系统稳定性的影响。

2电力系统的暂态稳定性概述

2.1电力系统暂态稳定

电力系统暂态稳定性，指的是正常运行的电力系统承受一定大小的、瞬时出现但又立即消失的扰动后恢复到近似它原有的运行状况的能力；或者，这种扰动虽不消失，但系统可以从原有的运行状况安全地过渡到新的运行状况的可能性。

本文以一个单机无穷大系统（如图2.1所示）为例，对该系统受外界干扰时的暂态稳定性进行分析，在模型中设置两相接地短路，通过同时断开故障线路两侧开关以提高电力系统暂态稳定性的这一有效措施对该系统进行仿真，并结合仿真图形分析故障解除时间不同对系统稳定性有何影响。

图2.1单机无穷大系统图

由于大扰动后发电机机械功率和电磁功率的差额（即加速功率Pm-Pe）是导致系统暂态稳定破坏的主要原因，因此减少大扰动后发电机的加速功率是首先考虑的措施[6]。

短路故障的类型和发生及切除时间可用三相短路模块（Three-PhaseFault）来进行设置。

2.2电力系统暂态稳定研究的目的及意义

2.2.1目的

加深对电力系统暂态稳定性基本概念的理解，通过计算与建模仿真，并能掌握其基本原理及提高在实际应用中分析、解决问题的能力。

2.2.2意义

随着电力系统的不断发展，互联电力网络变得更加强大。

人们在给电力系统给予繁多技术手段并获以更多经济效益的同时，也使得系统稳定性破坏事故所波及的范围更加广泛；同样，电力市场的逐渐开放也使电力系统运行方式越灵活多变，对系统稳定性的实时性判断要求就更高了。

与此同时，由于受到环境和经济等因素的制约，区域间联网和远距离大容量输电系统的不断出现,系统运行更加接近极限状态，这使得电力系统暂态稳定问题日趋严重，电力系统一旦失去稳定，往往造成大范围、较长时间停电，在最严重的情况下，则可能使电力系统崩溃和瓦解。

因此，准确、快速地分析电力系统在大扰动下的暂态稳定行为，必要时采取适当的控制措施，以保证系统对暂态稳定性的要求，是电力系统设计及运行人员最重要也是最复杂的任务之一。

2.3国内外现状及发展趋势

电力系统的互联，为我们带来了显著的经济效益，同时随着电力系统的规模扩大，引起系统事故的可能性就越大，系统中任一元件发生故障都有可能引起事故扩大。

电网结构是否强壮、安全自动装置是否健全，管理是否妥当等，稍有一个环节出现问题都有可能使系统陷入稳定危机，甚至造成大面积停电，乃至全网崩溃，将给国民经济造成重大损失。

因此国内外大型电力系统的运行与规划都将电力系统的安全评定置于重要地位。

随着“西电东送、南北互供、全国联网”战略的全面实施，到2020年左右，我国将建成世界上罕见的跨区域和远距离传输巨大功率的超高压交、直流混合输电系统。

其经济效益十分明显，不仅可以优化能源布局，充分利用西部地区丰富的水力资源，还可以减少备用容量，进行区域间的相互功率支援和实现错峰效益。

另一方面，互联电网的缺点是，由于对事故的连锁反应，可能出现大面积停电。

1996年7月2日和8月l0日美国西部大面积停电事故的关键特征是，解除一条线路后，其余线路被迫承担被解列线路的负荷，而失去一条线路的网络进一步过载，从而引起连锁反应和导致系统崩溃。

随着电力市场的发展，电力系统的重构和解除管制，在主网基础上建立起来的现代互联电网在区域间传输的功率将日益增长。

这种需求进一步增加了输电系统的压力。

因此，估计大面积停电事故的几率还将增长。

稳定破坏是电网中较为严重的事故之一，大电力系统的稳定破坏事故，往往引起大面积停电，给国民经济造成重大损失。

在我国，由于电网结构相对薄弱，重负荷长距离线路较多，因而稳定事故的发生较为频繁。

据统计，1988-1990年全国电网稳定事故，平均每年有4.7次稳定事故，总损失电量为280.31万kWh，社会上由于停电造成的损失就更大了。

我国即将形成的大型互联混合输电系统在世界上是举世无双的，如何保证该系统的安全、稳定和经济运行是一个极其重大和迫切的研究课题。

在电力系统中，随着偶然事故的发生，电力系统能否经受住随后发生的暂态过程并过渡到一个新的稳定状态，是电力系统安全评定的主要内容。

用暂态分析方法去评定系统能否经受住这种过渡过程属于动态安全分析的范畴。

国内外电力系统稳定破坏事故统计表明，暂态稳定破坏的事故率居于首位，从而暂态稳定分析组成动态安全评定的主体。

对于我国电网来说，其覆盖面积大，结构薄弱，负荷密度极不均匀，而电源又往往远离负荷中心，单位装机容量分摊到标准输电线长度比发达国家的少得多。

三峡工程标志着全国性跨地区联网的开始，高效的远方大机组越来越重要，联络线的作用从紧急支援延伸到经济换电而接近稳定极限。

人区电网互联在经济性和安全稳定性之间的最佳协调问题对有关算法的需求迫在眉睫。

当前的中国已步入大电网、高电压和大机组的时代。

随着我国电力系统的日益发展和扩大，电力系统安全稳定问题己成为最重要的问题，越来越突出。

解决好电力系统实时安全分析方法和安全稳定控制技术的研究和应用，已成为电力生产、运行、科研和制造部门的重要任务，不管在任何情况下，电力调度运行部门都要把电力系统安全稳定运行放在首位。

国内外电力系统分析组成动态安全评定的主体，实现对电力系统的稳定分析有着重要的实际意义。

随着社会的进步和科技的发展，近年来世界各地也出现了一些大的电力系统，这些系统通常具有范围广、强非线性的特点。

随着电力市场化和区域联网的不断推进，电网运行状态越发复杂多变且接近其极限水平,在运行中，由于某种破坏性的原因，有时会引起电力系统崩溃的问题，如发生在2003年8月14日的美加大停电，2012年7月30日的印度电网大停电。

这都给我国的电网的运行带来了很多启示。

我们知道，美国的电网是错综复杂的，以前曾经认为电网越复杂就越安全，可是美加大停电告诉我们事实并非如此。

实际上，美国电网的每段输电线比较短，这就导致了有很多节点；另外，美国是个资本主义国家，电网在运行的时候考虑的更多的是经济因素，所以在美国电网中存在有比较破旧的设备。

诸多因素导致了美加大停电，其实这也不是偶然现象了，在此之前美国已经出现过两次规模较大的停电了。

印度电网，印度同中国一样都是大的发展中国家。

印度的装机容量和电压水平发展的也很迅速，但和我国还有较大的差距。

据BP发布的《世界能源统计回顾2013》统计，印度发电量世界排名第六，仅次于中国，美国，前苏联，日本和俄罗斯，但印度的电力供应严重不足。

2012年7月印度两天之内连续发生大面积停电事故，是有史以来影响人口最多的电力系统事故，超过6.7亿人口受到了停电的影响。

从事故前印度北方电网严重超载运行情况来看，线路跳闸前，电网已严重超过其稳定限额运行，从而导致大面积停电。

电力系统暂态稳定MATLAB仿真在国内外已经很成熟，但是，无论我们怎么考虑暂态稳定性都不为过。

因为从全球来看，大