電力系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)分析綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算和故障分析學(xué)院：電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：_學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2014年10月29日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設(shè)計(jì)目的1\o"CurrentDocument"二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)1\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)要求12.2設(shè)計(jì)指標(biāo)2\o"CurrentDocument"2.2.1網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)計(jì)算2\o"CurrentDocument"2.2.2各元件參數(shù)歸算后的標(biāo)么值：2\o"CurrentDocument"2.2.3運(yùn)算參數(shù)的計(jì)算結(jié)果：2\o"CurrentDocument"三、設(shè)計(jì)內(nèi)容2\o"CurrentDocument"3.1電力系統(tǒng)潮流計(jì)算和故障分析的原理23.1.1電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的原理2\o"CurrentDocument"3.1.2電力系統(tǒng)故障分析的原理3\o"CurrentDocument"3.2潮流計(jì)算與分析43.2.1潮流計(jì)算43.2.2計(jì)算結(jié)果分析83.2.3暫態(tài)穩(wěn)定定性分析83.2.4暫態(tài)穩(wěn)定定量分析11\o"CurrentDocument"3.3運(yùn)行結(jié)果與分析163.3.1構(gòu)建系統(tǒng)仿真模型16\o"CurrentDocument"3.3.2設(shè)置各模塊參數(shù)17\o"CurrentDocument"3.3.3仿真結(jié)果與分析21\o"CurrentDocument"四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議22\o"CurrentDocument"五、心得總結(jié)22\o"CurrentDocument"六、主要參考文獻(xiàn)23一、設(shè)計(jì)目的學(xué)會(huì)使用電力系統(tǒng)分析軟件。通過(guò)電力系統(tǒng)分析軟件對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)例分析，加深和鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)所給的電力系統(tǒng)，繪制短路電流計(jì)算程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)試，最后成一個(gè)切實(shí)可行的電力系統(tǒng)計(jì)算應(yīng)用程序，通過(guò)自己設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)計(jì)算程序不僅可以加深學(xué)生對(duì)短路計(jì)算的理解，還可以鍛煉學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力。熟悉電力系統(tǒng)分析綜合這門課程，復(fù)習(xí)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算和故障分析的方法。了解Simulink在進(jìn)行潮流、故障分析時(shí)電力系統(tǒng)各元件所用的不同的數(shù)學(xué)模型并在進(jìn)行不同的計(jì)算時(shí)加以正確選用。學(xué)會(huì)用Simulink，通過(guò)圖形編輯建模，并對(duì)特定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算分析。二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)2.1設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到大干擾后如短路等，系統(tǒng)能否恢復(fù)到同步運(yùn)行狀態(tài)。圖1為一單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，分析在f點(diǎn)發(fā)生短路故障，通過(guò)線路兩側(cè)開關(guān)同時(shí)斷開切除線路后，分析系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。若切除及時(shí)，則發(fā)電機(jī)的功角保持穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速也將趨于穩(wěn)定。若故障切除晚，則轉(zhuǎn)速曲線發(fā)散。%lUo圖1單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的參數(shù)：SGN=352.5MWA,PGN=300MW,UGN=10.5Kv,x=1,x'=0.25,x”=0.252,x=0.6,ddxqx=0.18,T'=1.01,T=0.053,T-=0.1,Rs=0.0028,H(s)=4s;TJN=8s,負(fù)序電lddq0抗：x=0.2。變壓器T-1的參數(shù):STN1=360MVA,UST1%=14%,KT1=10.5/242;變壓器T-2的參數(shù):STN2=360MVA,UST2%=14%,KT2=220/121;

線路的參數(shù)：l=279km,UN=220K,XL=0.41歐/km,駐=0.07歐/km，線路的零序電抗為正序電抗的5倍。運(yùn)行條件如下：U0=115KV，P=250W,功率因數(shù)為0.95。當(dāng)0.029s發(fā)生單相故障時(shí)，斷路器0.29s動(dòng)作切除故障，判定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是否達(dá)到穩(wěn)定？系統(tǒng)是否穩(wěn)定？2.2設(shè)計(jì)指標(biāo)2.2.1網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)計(jì)算取5廣250MV?A，Ub皿=115kV。為使變壓器不出現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)變比，各段基準(zhǔn)電壓為U=UXk=115X220kV=209.1kV，U=Uxk=9.07kVBEBMT2121BIBnT12.2.2各元件參數(shù)歸算后的標(biāo)么值如下：Xd=0.95，Xq=0.57，Xd=0.238，R=0.1，Xl=0.586，Xl0=5Xl=2.93乂口=0.13,X^=0.108,X2=0.19,T=11.285X=X+1X+X=0.13+1x0.586+0.108=0.531TLT12LT22X.￡=Xd+XL=0.95+0.531=1.481X廣X+X*=0.57+0.531=1.101Xj^=Xj+Xtl=0.238+0.531=0.7692.2.3運(yùn)算參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如下：U==115=1；P=P=竺=1；Q=Ptan中=0.3290Ubm1150Sb2500006=arctan(U+Q^1(0U'X0/16=arctan(U+Q^1(0U'X0/1x0.769=31.54。1+0.329x0.7692=",'(1+0.329x0.769》+G+0.769》=1.473.1.1電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的原理電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計(jì)算，是對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)正常和故障條件下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算。潮流計(jì)算的目標(biāo)是求取電力系統(tǒng)在給定運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算，即節(jié)點(diǎn)電壓和功率分布，用以檢查系統(tǒng)各元件是否過(guò)負(fù)荷。各點(diǎn)電壓是否滿足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率損耗等。對(duì)現(xiàn)有的電力系統(tǒng)的運(yùn)行和擴(kuò)建，對(duì)新的電力系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)以及對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析都是以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)。潮流計(jì)算結(jié)果可用如電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)研究，安全估計(jì)或最優(yōu)潮流等對(duì)潮流計(jì)算的模型和方法有直接影響。實(shí)際電力系統(tǒng)的潮流技術(shù)那主要采用牛頓一拉夫遜法。運(yùn)行方式管理中，潮流是確定電網(wǎng)運(yùn)行方式的基本出發(fā)點(diǎn)；在規(guī)劃領(lǐng)域，需要進(jìn)行潮流分析驗(yàn)證規(guī)劃方案的合理性；在實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，調(diào)度員潮流提供了多個(gè)在預(yù)想操作情況下電網(wǎng)的潮流分布以及校驗(yàn)運(yùn)行可靠性。在電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的多個(gè)領(lǐng)域問(wèn)題是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的基礎(chǔ)和前提。潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析最基本的計(jì)算。除它自身的重要作用之外，潮流計(jì)算還是網(wǎng)損計(jì)算、靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、小干擾靜態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、短路計(jì)算、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等值計(jì)算的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算也分為離線計(jì)算和在線計(jì)算兩種，前者主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式，后者則用于正在運(yùn)行系統(tǒng)的經(jīng)常監(jiān)視及實(shí)時(shí)控制。近20多年來(lái)，潮流算法的研究非?；钴S，但是大多數(shù)研究都是圍繞改進(jìn)牛頓法和P-Q分解法進(jìn)行的。此外，隨著人工智能理論的發(fā)展，遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法也逐漸被引入潮流計(jì)算。但是，到目前為止這些新的模型和算法還不能取代牛頓法和P-Q分解法的地位。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)計(jì)算速度的要求不斷提高，計(jì)算機(jī)的并行計(jì)算技術(shù)也將在潮流計(jì)算中得到廣泛的應(yīng)用，成為重要的研究領(lǐng)域。3.1.2電力系統(tǒng)故障分析的原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到某種擾動(dòng)后，能否經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或者過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。如果能夠回到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或者建立一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則認(rèn)為系統(tǒng)在該運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。反之，若系統(tǒng)不能夠回到原來(lái)運(yùn)行狀態(tài)或者不能建立一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則說(shuō)明系統(tǒng)的狀態(tài)變量沒有一個(gè)穩(wěn)態(tài)值，而是隨時(shí)間不斷增大或振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞后，將造成大量用戶供電中斷，

甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的瓦解，后果極為嚴(yán)重。因此，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)于電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，具有非常重要的意義。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性可分為靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定：（1）電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。（2）電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)受到大干擾后，各發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢得到原來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力，通常指第一或第二擺不失步。（3）電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)受到干擾后，不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)常會(huì)發(fā)生故障，其中大多數(shù)是短路故障（簡(jiǎn)稱短路）。所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接。在三相供電系統(tǒng)中，可能發(fā)生的主要短路類型有三相短路、二相短路、兩相接地短路和單相接地短路，三相短路屬對(duì)稱短路，其余三種為不對(duì)稱短路。在四種短路故障中，出現(xiàn)單相短路故障的機(jī)率最大，三相短路故障的機(jī)率最小。發(fā)生短路時(shí)，由于系統(tǒng)中總阻抗大大減少，因而短路電流可能達(dá)到很大數(shù)值（幾萬(wàn)安至十幾萬(wàn)安）。這樣大的電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)會(huì)使電氣設(shè)備受到破壞；同時(shí)短路點(diǎn)的電壓降到零，短路點(diǎn)附近的電壓也相應(yīng)地顯著降低，使此處的供電系統(tǒng)受到嚴(yán)重影響或被迫中斷；若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路，還可能使整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行解列，引起嚴(yán)重后果。3.2潮流計(jì)算與分析3.2.1潮流計(jì)算上述單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)保持不變的條件下的潮流計(jì)算如下:1px)+0qZjUk%J2+0.329x1.101》+Gx1.101》=1.752L+、d0U''0xf1x1.101徵*5=arctan1~0^329~1701=38.95。2+0.329x1.101》+Gx1.101》=1.752廠「X1X}4…1.481<1.481)E=E―dz+1-—dzU廠「X1X}4…1.481<1.481)E=E―dz+1-—dzUcos5=1.752x+1q0Q0X、X001.101k1.101JqZkqZJx1xcos38.95。=2.088X'(X']4___0.769<0.769)E'=E-^z+1-—dZUcos5=1.752x+1q0Q0XX001.101k1.101JqZkqZJx1xcos38.95。=1.458I";tU0+=頂+布x。531》+GxO.531》=技9①當(dāng)保持Eq=E00=常數(shù)時(shí)P="asin8P="asin8+U\XEqX2ds=1.41sin8+0.117sin28sin282.088、詛8+1(1.481-1.101).1.481sm—211.481x1.101)sin28dP—Eq=1.41cos8+2x0.117cos28=0d81.41cos8+0.234(2cos28—1)=0.468cos28+1.41cos8-0.234=0-1.41±、1.412+4x0.468x0.2342x0.468cos8=取正號(hào)得8=2x0.468Eqm=1.41sin80.93。+0.117sin0x80.93。)=1.429EUQU2(X-x:QU2(X+X，—q0_0-cos8+—^—dXqscos28-—^—dXqsXds2lXdsXqs)2lXdsXqs)Qu211.481x1.101)211.481x1.101)P=1.41sin8+0.117sin28EqmEqmEqm心1(1.481+1.101)cos282.088父1(1.481-1.101)cos8+—1.481=1.41cos8+0.117cos28-0.792+1———^^Ucos8lXds)X'E=E—dsqq0Xds”腺x0.769=2.088x1.481(.0.769)+1l1.481)cos8=1.084+0.481cos8\(QX')2(PX'}21U+uds+—u~ds1guUl0)l0)E=1\(QX')2(PX'}21U+uds+—u~ds1guUl0)l0)E=1-X'ds21rxd￡+Xq￡XdsXqs)=0.391=0.09、11111111E=X'一^=1.084

dsXdS=U0Xds2QuXtlU)0/PU~rTL\U)、07=(a；+B+C+2B阿+C)cos8+2AC~~cos281-XTL2=0.579EB2=XL1-XTL2=0.579=U0XL=U0XL2=0.062_^xlXdEXqEJ②當(dāng)保持E、=Eg。=常數(shù)時(shí)5Asin8+U5Asin8+U^X'--XX'2dEPE'q=1.896sin8一0.196sin28sin281.458sjng[0.769Sm—1(0.769-1.101)210.769X1.101jsin28dP§=1.896cos8-2x0.196cos28=08,=101.05。d8EqmP,=1.896sin101.05。-0.196sinGx101.05。)=1.935XEq=Eq0XEqmdE+1-^dEUcos8dElXdeJ=1.458x1481+f1-1481[cos8=2.808-0.925cos80.769l0.769JE、=-^Ai+B2+C2+2B3(A3+C3)cos8+2A3C3cos28-dEqEX'XdEqE，XEq=Eq0X-dEqEX'XdEqE，=0.151=U0XdE2-^■EqElXdEXEJ=0.151=tA：+B：+C：+2B4(A4+C4)cos8+2ACcos281-X1TL2fX1-X1TL2fXdE+Xqe]X'XdEqEJ=0.414E

B4=X一^=1.007TLXdE=U0XTL2lXdEXEJ=-0.104③當(dāng)保持E=E0=常數(shù)時(shí)P=E'UE0P=E'UE0sin<arcsinU—0-E0dE-1sin8+8=1.912sin"SarcsinL0.250sin8〕+8}dPE=0d6arcsinI—0.205sin6〕+6=dPE=0d6arcsinI—0.205sin6〕+6=90°6=101.5°EmP,=1.912sin90°=1.912Em1Xe—1^sin6kX/=2.831cos|arcsin(0.205sin6^—0.926cos6、E=E'cos—arcsinX>X'dEdE+1—^dEUcos6X1

kdE=E'cos<一arcsin>=1.47coslarcsin(0.205sin6)]UrX'、Jarcsin0dE—1sin61E'X1L0kqE)J6'=+6=arcsin(—0.205sin6)+6r

"。1-X=0.30911--…1A2+B2+C2+2ACcos<r:一arcsin〔E產(chǎn)-1sin6L0kqE^J+6>fUGE'=1.015TLX'dE④當(dāng)保持Ur「「，“、n]?一arcsinUX.x—a—tl—1sin6+6fUX〔LG0kqE^JJarcsin1—0.402sin6〕+6=90°=U=常數(shù)時(shí)p=UUugXTL=2.427sin"SarcsinL0.402sin§]+§}dP許=06=112°UGmP=2.427UGmx)￥-1sin6、一qE)-=3.595cosUrcsin(0.402sin6)L1.789cos6E=Ucos—arcsinU—0-UG0Xt^-1sin6=1.867cosUrcsin(0.402sin6)L(—arcsinU—0-UG0[>-0.448cos6X-^E+1XTLcos6\r（、1]1A2+B2+2ABcos{:一arcsinX1—TL—1sin6+6f\\6666UX\〔LG0kqE)JE'=A6=U01—X'=—A6=U01—X'=—0.4483.2.2計(jì)算結(jié)果分析由上述計(jì)算結(jié)果可作出圖2功率特性圖和圖3電勢(shì)變化特性圖。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明PE和PE的差別是很小的。同時(shí)，礦和匕在各種計(jì)算條件下的差別也是很小的。從E的變化可以看到，保持常數(shù)的電勢(shì)不同，調(diào)節(jié)器的放q大系數(shù)也不同。圖2功率特性計(jì)算結(jié)果歸勺=Eq°=圖2功率特性計(jì)算結(jié)果歸勺=Eq°=常數(shù)（a）E=O'。=常數(shù)（b）Ug°=U°=常數(shù)(c)3.2.3暫態(tài)穩(wěn)定定性分析如圖4所示為一正常運(yùn)行是的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)及其等值電路，發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)變壓器和雙回路向無(wú)限大系統(tǒng)送電。發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行、故障以及故障切除后3種狀態(tài)下的功角特性曲線如圖5所示圖4簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)及其等值電路a）正常運(yùn)行方式及其等值電b）故障情況及其等值電路c）故障切除后及其等值電路圖5簡(jiǎn)單系統(tǒng)正常運(yùn)行、故障及故障切除后的功率特性正常運(yùn)行正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的功率特性曲線為《，此時(shí)向無(wú)窮大系統(tǒng)輸送的功率.與原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率Pt相等（假設(shè)擾動(dòng)后Pt保持不變），圖5中的a點(diǎn)即正常運(yùn)行發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)，此時(shí)功角為5°。故障階段發(fā)生短路后功率特性立即降為p，但由于轉(zhuǎn)子的慣性，轉(zhuǎn)子角度不會(huì)立即變化，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)由a點(diǎn)突變至b點(diǎn)，輸出功率顯著減少，而原動(dòng)機(jī)機(jī)械功率Pt不變，故產(chǎn)生較大的過(guò)剩功率。故障情況愈嚴(yán)重，p功率曲線幅值愈低（三相短路時(shí)為零），則過(guò)剩功率愈大。在過(guò)剩轉(zhuǎn)矩的作用下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子將加速，其相對(duì)速度（相對(duì)于同步轉(zhuǎn)速）和相對(duì)角度5逐漸增大，使運(yùn)行點(diǎn)由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)。如果故障一直存在，則始終存在過(guò)剩轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)將不斷加速，最終與無(wú)限大系統(tǒng)失去同步。故障及時(shí)切除實(shí)際上，短路故障后繼電保護(hù)裝置將迅速動(dòng)作切除故障路線。假設(shè)在c點(diǎn)時(shí)將故障切除，則發(fā)電機(jī)的功率特性變?yōu)樨?，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從c點(diǎn)突然變至e點(diǎn)（同樣由于8不能突變）。這時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率比原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率大，使轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)，轉(zhuǎn)子速度逐漸減慢。但由于此時(shí)的速度已經(jīng)大于同步轉(zhuǎn)速，所以相對(duì)角度還要繼續(xù)增大。假設(shè)制動(dòng)過(guò)程延續(xù)到f點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速才回到同步轉(zhuǎn)速，則8角不再增大。但是，在f點(diǎn)是不能持續(xù)運(yùn)行的，因?yàn)檫@時(shí)機(jī)械功率和電磁功率仍不平衡，前者小于后者。轉(zhuǎn)子將繼續(xù)減速，8開始減小，運(yùn)行點(diǎn)沿功率特性匕由f點(diǎn)向e、k點(diǎn)轉(zhuǎn)移。在達(dá)到k點(diǎn)以前轉(zhuǎn)子一直減速，轉(zhuǎn)子速度低于同步轉(zhuǎn)速。在k點(diǎn)雖然機(jī)械功率與電磁功率平衡，但由于這時(shí)轉(zhuǎn)子速度低于同步轉(zhuǎn)速，8繼續(xù)減小。但越過(guò)k點(diǎn)以后機(jī)械功率開始大于電磁功率，轉(zhuǎn)子又加速，因而8一直減小到轉(zhuǎn)速恢復(fù)同步轉(zhuǎn)速后又開始增大。此后運(yùn)行點(diǎn)沿著匕開始第二次振蕩。如果振蕩過(guò)程匯總沒有任何能量損耗，則第二次8又將增大至f點(diǎn)的對(duì)應(yīng)角度8，以后就一直沿著P往復(fù)不已的振蕩。實(shí)際上，振蕩過(guò)程中總有能量m損耗，或者說(shuō)總存在著阻尼作用，因而振蕩逐漸衰弱，發(fā)電機(jī)最后停留在一個(gè)新的運(yùn)行點(diǎn)k上持續(xù)運(yùn)行。K點(diǎn)即故障切除后功率特性P^與Pt的交點(diǎn)。圖6畫出了上述振蕩過(guò)程中負(fù)的過(guò)剩功率，轉(zhuǎn)子角速度①和相對(duì)角度8隨時(shí)間變化的情形。圖中考慮了阻尼作用。圖6振蕩工程

故障切除過(guò)晚如果故障線路切除得過(guò)晚，如圖7所示。這時(shí)在故障線路切除前轉(zhuǎn)子加速已比較嚴(yán)重，因此當(dāng)故障線路切除后，在到達(dá)與圖5中相應(yīng)的f點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速仍大于同步轉(zhuǎn)速。甚至在到達(dá)h點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速還未降至同步轉(zhuǎn)速，因此8就將越過(guò)h點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角度5。而當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)越過(guò)h點(diǎn)后，轉(zhuǎn)子又立即承受加速轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速又開始h升高，而且加速度越來(lái)越大，8將不斷增大，發(fā)電機(jī)和無(wú)限大系統(tǒng)之間最終失去同步。失步過(guò)程如圖8所示。d圖7故障切除過(guò)晚的情形圖8失步過(guò)程由上可見，快速切除故障是保證暫態(tài)穩(wěn)定的有效措施。由以上分析可知，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定與否是和正常運(yùn)行的情況（決定"和礦大?。┮约皵_動(dòng)情況（發(fā)生什么故障、何時(shí)切除）緊密相關(guān)。為了準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行方式下受到某種擾動(dòng)后能否保持暫態(tài)穩(wěn)定，必須通過(guò)定量的分析計(jì)算。3.2.4暫態(tài)穩(wěn)定定量分析⑴系統(tǒng)轉(zhuǎn)移阻抗和功率特性計(jì)算，在圖1單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)中，當(dāng)f點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)的負(fù)序和零序等值網(wǎng)絡(luò)如圖9a）b）所示圖9序網(wǎng)及短路時(shí)的等值電路圖a）負(fù)序網(wǎng)絡(luò)b）零序網(wǎng)絡(luò)c）短路是的等值電路(X2+Xt2｛；Xl+XT21X2+XT1+2Xl+Xt2(0.19+0.13丫-x0.586+0.108^22=0.1781…0.19+0.13+—x0.586+0.108(1\XT1[2XL+XT2J1XT1+2XL+XT2(1一\0.13-x0.586+0.108——J=0.120.13+-x0.586+0.1082兩相接地時(shí)的短路附加電抗為X=X0EX2e=0.072AX0E+X2E短路時(shí)的等值電路如圖c）所示，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移電抗和功率特性分別為偵+XX^=Xd+XT1+2XL+XT2+—d——T1\XL+XT2J2J=2.82XAP=EP°sin8=0.52sin8nXn故障切除后系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移電抗和功率特性分別為Xm=Xd+XT1+Xl+乂丁2=1.062P=E。"。sin8=1.384sin8mXm系統(tǒng)極限切除角計(jì)算應(yīng)用等面積定則，可求的極限切除角8心血為P0一8)+pcos8-Pcos88=arccos_cr0——Pmm_pcrm~n——―0=1.1102mmmnP式中，臨界角8=兀一arcsin萬(wàn)^=2.334mm以上的角度都是用孤度表示的，換算成度數(shù)為6=63.61。6=133.73。c.limcr根據(jù)分段計(jì)算法計(jì)算極限切除時(shí)間發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)T=TH=8x3525=11.285J珅Sb250At取為0.05s,K=^NAt2=18000x0.052=3.99T11.28J第一個(gè)時(shí)間段Ap0）=PQ~P［「6=1-0.52xsin31.54°=0.728A6q）=2KAP0）=2x3.99x0.728=1.45。6（1）=50+A6（1）=31.54+1.45=32.99。第二個(gè)時(shí)間段A%）=P-Pj.6=1-0.52xsin32.99°=0.717A6（2）=A6（1）+KA%）=1.45+3.99x0.717=4.31°6（2）=5（1）+A6（2）=32.99+4.31=37.3°第三個(gè)時(shí)間段開始瞬間，故障被切除，故Ap2）=P-P〃3=1-0.52xsin37.3。=0.685Ap2）=P-P/〃.6=1-1.384xsin37.3。=0.16A6,、=A6,、+K（3）（2）2P，+ap"）=（2）（2）4.31+3.99x1x（0.685+0.16）=6.0。26（3）=6（2）+A6（2）=37.3+6=43.3。在上述簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，短路故障期間發(fā)電機(jī)搖擺曲線6-1即轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方程為憩=Co-1）B

dt0do

dtsin6J這是兩個(gè)一階的非線性常微分方程，它們的起始條件是已知的，即t=0；o=1；6=6=sin-1―t-0pIM當(dāng)計(jì)算出故障期間的5-1曲線后，就可由曲線找到與極限切除角相應(yīng)的極限切除時(shí)間。如果問(wèn)題是已知切除時(shí)間，而需要求出5-1曲線來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，則當(dāng)5-1曲線計(jì)算到故障切除時(shí)，出于系統(tǒng)參數(shù)改變，以致發(fā)電機(jī)功率特性發(fā)生變化，必須開始求解另一組微分方程，即dt0如

dtsin5J式⑵的起始條件為dt0如

dtsin5J式⑵的起始條件為t=tc；5=5°；①二①c其中，七為給定的切除時(shí)間，5°、①°為與tc時(shí)刻對(duì)應(yīng)的5和①，可由故障期間的5-1曲線和I曲線求得（5和①都是不能突變的）。這樣，由式⑵可繼續(xù)求得5和①隨時(shí)間變化的曲線。一般講，在計(jì)算幾秒鐘內(nèi)的變化過(guò)程時(shí)，如果5始終不超過(guò)180。，而且振蕩幅值越來(lái)越小，則系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。求解式⑴的微分方程組，得到系統(tǒng)故障期間的5-t曲線如圖10所示。從圖中可查得對(duì)應(yīng)的極限切除角5=63.61。的極限切除時(shí)間為0.2416s。c.lim圖10系統(tǒng)故障期間的5-1曲線求解式⑵的微分方程組，得到故障切除后系統(tǒng)的5-1曲線如圖11所示。從圖中可以看出，到0.52s時(shí)即開始減少，最大角度為5=72.51。，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

圖11故障切除后系統(tǒng)的8-$曲線⑵在圖1單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)中，當(dāng)f點(diǎn)在0.014s發(fā)生單相短路時(shí)(X2+Xt2{1Xl+XT21X2+XT圖11故障切除后系統(tǒng)的8-$曲線⑵在圖1單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)中，當(dāng)f點(diǎn)在0.014s發(fā)生單相短路時(shí)(X2+Xt2{1Xl+XT21X2+XT1+2Xl+Xt2(0.19+0.13丫-x0.586+0.108^22=0.1781…0.19+0.13+—x0.586+0.1082X=1X+X=1x0.586+0.108=0.4010￡2LT22單相短路時(shí)的短路附加電抗為X△=X2￡+X此=0.178+0.401=0.579短路時(shí)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移電抗和功率特性分別為偵+XX^=X)+XT]+2Xl+XT2+―d——T-L+XT2]2=0.95EUX0nsin8=1.55sin8=E^0sin8=1.384sin8X

m由于［n〉Pmm，故無(wú)法確定極限切除角。而在故障不切除時(shí)，其臨界角為8=133.73。cr8=兀8=133.73。crcrPmm對(duì)應(yīng)的8=90°對(duì)應(yīng)的8=90°-0-f一90。)=cr-f90。一33.73。一90。)=46.27。不切除故障時(shí)的面積f80-fPsin5d5+f8曾-fPsin8d880訕80-f訕=f46.27。1.55sin8d8+f133.73。1.55sin8d831.54°46.27。=f133.73°1.55sin8d831.54°=-2.39<0即可能的減速面積大于可能的加速面積，系統(tǒng)不切除故障也能保持暫態(tài)穩(wěn)定，故無(wú)法也沒有必要確定極限切除角。所以斷路器在0.14s時(shí)故障切除與否，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速都能達(dá)到穩(wěn)定，系統(tǒng)都能保持暫態(tài)穩(wěn)定。3.3運(yùn)行結(jié)果與分析3.3.1構(gòu)建系統(tǒng)仿真模型圖12電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性Simulink仿真模型圖

3.3.2設(shè)置各模塊參數(shù)藤BlockParameters:Three-PhasePlSertSonLine2eThree_PhasePISectionLine(nask)(link)-ThisblockiziplezsentsatJiree~phasePZEectzcnlinetczeprezentmthree~phasetransniiEionline.IhisblockrepresentEcnlycnePIseDtic-Ji.ToizDp~EZientszdctethatonePIsectionjyousizipiyneedtoCD-finectcopiesofthisblockineexies.PaTanstETEFTeQuencTLLaedfezKLCspecification