電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真研究設(shè)計(jì)論文中期報(bào)告

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性概述1.1電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其意義對(duì)于某一特定的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，以及對(duì)于某一特定的擾動(dòng)，如果在擾動(dòng)后系統(tǒng)可以達(dá)到一個(gè)可以接受的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則對(duì)此初始狀態(tài)及此擾動(dòng)而言，稱之為暫態(tài)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，一方面它必須時(shí)刻保證必要的電能質(zhì)量及數(shù)量；另一方面它又處于不斷的擾動(dòng)之中，擾動(dòng)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、類型、嚴(yán)重性均有隨機(jī)性，擾動(dòng)發(fā)生后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程中一旦發(fā)生穩(wěn)定性問題，系統(tǒng)可能在幾秒內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重后果，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的主要目的是檢查系統(tǒng)在大的擾動(dòng)下（如故障、切機(jī)、切負(fù)荷、重合閘操作等情況），各發(fā)電機(jī)組間能否保持同步運(yùn)行，如果能同步運(yùn)行，并具有可接受的頻率和電壓水平，則稱此電力系統(tǒng)在這一大擾動(dòng)下是暫態(tài)穩(wěn)定的。在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等工作中都要進(jìn)行大量的暫態(tài)分析。通過暫態(tài)分析還可以考察和研究各種穩(wěn)定措施的效果以及穩(wěn)定控制的性能，因此通過仿真來驗(yàn)證所求結(jié)果是否正確，即電力系統(tǒng)在某一狀態(tài)時(shí)是否是穩(wěn)定的具有重要意義。 電力線系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，往往會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的解列和崩潰，造成大面積停電，所以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要條件。判定電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性主要是在大擾動(dòng)下檢查系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組間能否保持同步運(yùn)行水平，并具有可以接受的電壓和頻率水平。對(duì)這項(xiàng)工作已深入多年，并在離線計(jì)算中有成熟的算法取得了良好的成果。然而，隨著電力市場化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平，同時(shí)，近年來國內(nèi)外時(shí)有發(fā)生由于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性不足且對(duì)策遲緩引起的大停電事故，造成了經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，這些都提示著我們提高對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的重視。只有更快速更準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)處于的穩(wěn)定水平進(jìn)行判斷，找到穩(wěn)定性遭到威脅的環(huán)節(jié)才能進(jìn)而有效地采取措施改善系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。為此，進(jìn)一步深入研究改進(jìn)原有暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，開拓新的創(chuàng)造性的方法，解決其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用的難題，仍然是我們面對(duì)的重要課題。1.2國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，近年來世界各地也出現(xiàn)了一些大的電力系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常具有范圍廣、強(qiáng)非線性的特點(diǎn)。隨著電力市場化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平,在運(yùn)行中，由于某種破壞性的原因，有時(shí)會(huì)引起電力系統(tǒng)崩潰的問題，如發(fā)生在2003年8月14日的美加大停電，2012年7月30日的印度電網(wǎng)大停電。這都給我國的電網(wǎng)的運(yùn)行帶來了很多啟示。我們知道，美國的電網(wǎng)是錯(cuò)綜復(fù)雜的，以前曾經(jīng)認(rèn)為電網(wǎng)越復(fù)雜就越安全，可是美加大停電告訴我們事實(shí)并非如此。實(shí)際上，美國電網(wǎng)的每段輸電線比較短，這就導(dǎo)致了有很多節(jié)點(diǎn)；另外，美國是個(gè)資本主義國家，電網(wǎng)在運(yùn)行的時(shí)候考慮的更多的是經(jīng)濟(jì)因素，所以在美國電網(wǎng)中存在有比較破舊的設(shè)備。諸多因素導(dǎo)致了美加大停電，其實(shí)這也不是偶然現(xiàn)象了，在此之前美國已經(jīng)出現(xiàn)過兩次規(guī)模較大的停電了。印度電網(wǎng)，印度同中國一樣都是大的發(fā)展中國家。印度的裝機(jī)容量和電壓水平發(fā)展的也很迅速，但和我國還有較大的差距。印度發(fā)電量世界排名第五，僅次于美國，中國，日本和俄羅斯，但印度的電力供應(yīng)嚴(yán)重不足。2012年7月印度兩天之內(nèi)連續(xù)發(fā)生大面積停電事故，是有史以來影響人口最多的電力系統(tǒng)事故，超過6.7億人口受到了停電的影響。從事故前印度北方電網(wǎng)嚴(yán)重超載運(yùn)行情況來看，線路跳閘前，電網(wǎng)已嚴(yán)重超過其穩(wěn)定限額運(yùn)行，從而導(dǎo)致大面積停電。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定matlab仿真在國內(nèi)外已經(jīng)很成熟，但是，無論我們怎么考慮暫態(tài)穩(wěn)定性都不為過。因?yàn)閺娜騺砜?，大面積停電并不罕見。所以電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定依然是個(gè)重要的課題。1.3國內(nèi)發(fā)展研究的現(xiàn)狀對(duì)于我國電網(wǎng)來說，其覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)薄弱，負(fù)荷密度極不均勻，而電源有往往遠(yuǎn)離負(fù)荷中心。由于長期以來輸電線路總長度年增長率比總裝機(jī)容量增長率小得多，故進(jìn)一步惡化了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)的互聯(lián)，可以帶來顯著地經(jīng)濟(jì)效益，但是長期以來，“分省平衡”的策略成為我國電力發(fā)展的重要弊端，嚴(yán)重地制約著我國電力資源的優(yōu)化配置，全國聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程明顯滯后。同時(shí)，電網(wǎng)的互聯(lián)使得電力系統(tǒng)的規(guī)模變大，從而引起事故的可能性也越大。如果電網(wǎng)不夠強(qiáng)壯，自動(dòng)安全裝置不夠健全管理不得當(dāng)，都有可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，導(dǎo)致大面積停電，甚至全網(wǎng)崩潰。以廠網(wǎng)分開為主要內(nèi)容的電力體制改革實(shí)施后，我國電網(wǎng)建設(shè)的步伐明顯加快，并且根據(jù)我國電網(wǎng)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，制定了“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進(jìn)跨區(qū)輸電、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)，其目標(biāo)就是為了促進(jìn)電力資源在更大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。截至到2006年，以三峽工程為核心，以華中電網(wǎng)為依托，向東南西北四個(gè)方向輻射聯(lián)網(wǎng)的輸電線路已基本建成。以北、中、南三大西電東送通道為主體南北網(wǎng)間多點(diǎn)互聯(lián)、縱向通道聯(lián)系較為緊密的全國電網(wǎng)互聯(lián)的格局已基本形成預(yù)計(jì)到2010年，西電東送的規(guī)模將達(dá)到5500萬kW；2020年將再增加到1億kW以上?！笆晃濉逼陂g，除實(shí)施已經(jīng)明確的三峽右岸至上海直流工程外，規(guī)劃建設(shè)的主要工程還有西北至華北直流輸電工程，西北與川渝聯(lián)網(wǎng)工程，華中與華北背靠背聯(lián)網(wǎng)工程，同時(shí)加大山西陽城送電華東的力度并實(shí)現(xiàn)華北與華東聯(lián)網(wǎng)?！笆晃濉蹦┢?，配合三峽地下電站開發(fā)，建設(shè)向華北送電的支流輸電工程，南北之間將形成以三峽為支撐的主干通道。目前我國發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量達(dá)10.6億千瓦，居世界第二；年發(fā)電量達(dá)4.8億千瓦時(shí)，居世界第一，即便如此，我國的發(fā)電量還是不足的。近日，浙江三門核電站的建造也取得了重大進(jìn)展。目前，我國尚未出現(xiàn)大面積的停電，但事實(shí)上我們的居民生活中時(shí)常停電，特別是夏天和冬天，但大多數(shù)情況下，是電力部門主動(dòng)做的拉閘限電，而非事先出現(xiàn)了什么故障，也就是說這是由于發(fā)電量不足造成的，所以我國的發(fā)電量還有待于提高，相對(duì)地，電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的研究也是一個(gè)重大的課題。如此大規(guī)模的全國電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的形成將大大有利于電力資源在全國范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。但是由于我國電網(wǎng)的網(wǎng)架相對(duì)薄弱、負(fù)荷與發(fā)電中心地理位置較遠(yuǎn)聯(lián)絡(luò)線負(fù)載較重，局部故障的發(fā)生可能引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題。因此，如何保證這樣一個(gè)超大規(guī)模電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，成為擺在我們面前的一個(gè)巨大的難題。若能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全國電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)甚至是超實(shí)時(shí)仿真，就能為在線預(yù)決策和電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行無疑是一個(gè)巨大的保證，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。由于機(jī)電暫態(tài)仿真的計(jì)算量非常大，依據(jù)現(xiàn)有的條件，要對(duì)全國聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真目前還無法實(shí)現(xiàn)。而隨著并行處理技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是可擴(kuò)展、高性價(jià)比的PC集群系統(tǒng)的出現(xiàn)，使這個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可能性越來越大。

2電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究的內(nèi)容和方法2.1電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究的內(nèi)容1.電力系統(tǒng)暫態(tài)（電磁和機(jī)電暫態(tài)）分析，電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性及提高措施的研究2.掌握MATLAB的仿真工具simulink及powersystem工具箱3.運(yùn)用MATLAB電力系統(tǒng)仿真程序psb構(gòu)建模型4.利用搭建的模型對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)及提高穩(wěn)定性的措施進(jìn)行仿真研究2.2研究方法研究暫態(tài)穩(wěn)定的方法有許多種，下面簡單介紹其中幾種。（1）時(shí)域仿真判定法時(shí)域法是將電力系統(tǒng)各元件模型根據(jù)元件拓?fù)潢P(guān)系形成全系統(tǒng)模型，這是一組聯(lián)立的微分方程組和代數(shù)方程組，然后以穩(wěn)態(tài)工況或潮流解為初值，求擾動(dòng)下的數(shù)值解，即逐步求得系統(tǒng)狀態(tài)量和代數(shù)量隨時(shí)間的變化曲線，并根據(jù)發(fā)電機(jī)功角值大于某一特定閥值來判別系統(tǒng)能否在大擾動(dòng)后維持暫態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。（2）能量函數(shù)判定法暫態(tài)能量函數(shù)法的理論基礎(chǔ)是李亞普洛夫穩(wěn)定性定理，因此也稱為擬李亞普洛夫直接法(簡稱直接法)。該方法是通過比較擾動(dòng)結(jié)束時(shí)暫態(tài)能量函數(shù)值與系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)的暫態(tài)能量值來判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的。（3）擴(kuò)展等面積（EEAC）判定法等面積法則從理論上較為完美地解決了單機(jī)－無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定評(píng)估問題，因此人們投入了大量的研究將其應(yīng)用于多機(jī)系統(tǒng)中，其中以我國薛禹勝院士提出的擴(kuò)展等面積法最為著名。擴(kuò)展等面積法的基本思想是：在給定故障擾動(dòng)下系統(tǒng)的機(jī)組分為臨界機(jī)組和非臨界機(jī)組兩群，基于軌跡聚合和保穩(wěn)變換，分別對(duì)這兩群機(jī)組用等值機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)等效，進(jìn)而又等值為單機(jī)－無窮大系統(tǒng)，從而可利用等面積法則評(píng)估系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。（4）人工智能判定法人工智能方法可進(jìn)行非模型的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定判別，具有在線計(jì)算速度快、容易生成決策用的啟發(fā)規(guī)則等優(yōu)點(diǎn)，因此與傳統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法構(gòu)成了良好的互補(bǔ)。目前，人工智能方法主要有：模式識(shí)別、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)法。2.3提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的方法由于大擾動(dòng)后，發(fā)電機(jī)機(jī)械功率和電磁功率的差額，即加速功率是導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞的主要原因。因此，提高暫態(tài)穩(wěn)定，應(yīng)從減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的不平衡功率、減小轉(zhuǎn)子相對(duì)加速以及減少轉(zhuǎn)子相對(duì)動(dòng)能變化量等方面著手。根據(jù)這種原則，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施主要有：自動(dòng)重合閘裝置：重合閘成功就可以增加減速面積，從而提高暫態(tài)穩(wěn)定。圖2-1自動(dòng)重合閘對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響快速切除故障：減輕電氣設(shè)備因短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)等不良影響，而且加快切除故障可以減小切除角，這樣既減小了加速面積，有增大了減速面積，對(duì)于提高暫態(tài)穩(wěn)定起著決定作用。應(yīng)該指出的是，切除故障時(shí)間是繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間和開關(guān)接到跳閘脈沖到觸頭分開后電弧熄滅為止的時(shí)間總和。圖2-2快速切除故障對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小阻抗接地：電壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地只對(duì)接地短路起作用。原因是短路時(shí)零序電流通過接地電阻時(shí)消耗有功功率，其中的一部分由發(fā)電機(jī)來負(fù)擔(dān)，因而使發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率增加，從而減小了加速功率，提高暫態(tài)穩(wěn)定。4）發(fā)電機(jī)采用電氣制動(dòng)：在系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，有控制地在發(fā)電機(jī)端投入電阻負(fù)荷，則可以增加發(fā)電機(jī)的電磁功率，產(chǎn)生制動(dòng)作用從而提高暫態(tài)穩(wěn)定。圖2-3電氣制動(dòng)接線圖圖2-4電氣制動(dòng)功角特性圖2.4研究設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)用MATLAB仿真進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真的主要步驟是：建立系統(tǒng)模型：建立的是單機(jī)無窮大系統(tǒng)（SIMB）。單機(jī)—無窮大系統(tǒng)認(rèn)為功率無窮大，頻率恒定，電壓恒定，是工程上最常用的手段，也是電力系統(tǒng)模擬仿真最簡單、最基本的的運(yùn)行方式，即對(duì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行近似處理，以簡化模型，更有利于得出結(jié)論，簡化計(jì)算過程。圖2-5無輸電線的單機(jī)—無窮大系統(tǒng)原理圖假定聯(lián)絡(luò)阻抗為純電感，則由發(fā)電機(jī)向無窮大系統(tǒng)送出去的有功功率的P為：式中—包括發(fā)電機(jī)阻抗在內(nèi)的發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢到無窮大系統(tǒng)母線的總阻抗；—功角；—發(fā)電機(jī)電勢；—系統(tǒng)母線電壓。由圖1可得MATLAB單機(jī)無窮大仿真模型可能用到的模塊：PSB電力系統(tǒng)工具箱：1）ElectricalSources中的Three-PhaseSource（三相電源）模塊2）Elements中的Three-PhaseParallelRLCLoad（三相負(fù)載RLC并聯(lián)）模塊用來仿真輸電線路，和Ground（交流接地）模塊，Three-PhaseFault（三相故障整流器）模塊用來仿真短路故障，Three-PhaseTransformer（TwoWindings）（三相變壓器繞組）模塊用來仿真變壓器，Machines里SynchronousMachinepuStandad（標(biāo)么標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)）模塊用來仿真同步發(fā)電機(jī)（2）設(shè)置仿真參數(shù)（3）進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真增加提高暫態(tài)穩(wěn)定的模型，分別進(jìn)行快速切除故障，變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，改變強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，記錄結(jié)果。（4）結(jié)果分析 仿真之后，分析所得的圖形。從電壓圖、轉(zhuǎn)速圖和功角圖著手分析是否能夠提高暫態(tài)穩(wěn)定。

3電力系統(tǒng)常用仿真簡介3.1常用的電力系統(tǒng)仿真軟件目前常用的電力系統(tǒng)仿真軟件有：邦納維爾電力局開發(fā)的BPA程序和EMTP程序；曼尼托巴高壓直流輸電研究中心考法的PSCAD/EMTDC程序；德國西門子公司研制的電力系統(tǒng)仿真軟件NETOMAC；中國電力科學(xué)研究院開發(fā)的電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP;Math Works公司開發(fā)的科學(xué)與工程計(jì)算軟件MATLAB。以上各個(gè)電力系統(tǒng)仿真軟件的結(jié)構(gòu)和功能不同，它們各自的應(yīng)用領(lǐng)域也有所側(cè)重。EMTP主要用來進(jìn)行電磁暫態(tài)過程數(shù)字仿真，PSCAD/EMTDC、NETOMAC主要用來進(jìn)行電磁暫態(tài)和控制環(huán)節(jié)的仿真，BPA、PSASP主要用來進(jìn)行潮流和機(jī)電暫態(tài)數(shù)字仿真。3.2MATLAB簡介MATLAB是美國MATHWORK公司1984年開始推出的一種簡潔的工程計(jì)算語言，它是以矩陣計(jì)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到一個(gè)交互的工作環(huán)境中。Simulink是在MATLAB環(huán)境下用于動(dòng)態(tài)建模和仿真應(yīng)用最廣泛的軟件包之一，意思是仿真鏈接。該軟件有兩個(gè)特別明顯的功能：仿真與鏈接。也就是說，可以直接利用鼠標(biāo)在模型窗口中劃出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后再利用該軟件提供的功能來對(duì)控制系統(tǒng)直接進(jìn)行模擬，很明顯，這種所發(fā)是的一個(gè)原本很復(fù)雜的系統(tǒng)變得相當(dāng)容易輸入。SimPowerSystems庫是SIMULINK下面的一個(gè)專用模塊庫，是在SIMULINK環(huán)境下進(jìn)行電力、電子系統(tǒng)建模和仿真的先進(jìn)工具。SimPowerSystems庫提供了一種類似電路建模的方式進(jìn)行模型繪制，在仿真前自動(dòng)將仿真系統(tǒng)圖變化為狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，然后在SIMULINK下進(jìn)行仿真分析。它為電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電、輸變電系統(tǒng)和配電計(jì)算提供了強(qiáng)有力的解決方法，尤其是當(dāng)設(shè)計(jì)開發(fā)內(nèi)容涉及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)勢更為突出。PSB（PowerSystemBlocket）是一個(gè)圖編輯器，在Simulink環(huán)境下能建立系統(tǒng)原理并進(jìn)行仿真計(jì)算。PSB庫提供了電力系統(tǒng)仿真通用的原件和裝置，包括RLC支路和負(fù)載、變壓器、傳輸線、避雷器、電機(jī)、電力電子裝置等。只需通過點(diǎn)擊和拖放PSB庫內(nèi)的模型即可建立用戶所需要的電力系統(tǒng)仿真原理圖，并利用模型元件的對(duì)話框來設(shè)置相關(guān)參數(shù)，使用Simulink提供的示波器模型，可現(xiàn)實(shí)仿真結(jié)果及其波形。3.3MATLAB保存圖形模型圖的保存模型圖建立完后，點(diǎn)擊Edit,出現(xiàn)下拉菜單，選擇CopyModelToClipboard,就將模型圖復(fù)制成功了，在建立的文檔中粘貼即可。波形圖的保存運(yùn)行之后，打開scope，得到圖形，在matlab指令窗口輸入：>>set(0,'ShowHiddenHandles','on')>>set(gcf,'menubar','figure')然后按下回車，則在scope窗口會(huì)出現(xiàn)菜單欄。點(diǎn)擊Edit,選擇下拉菜單中的AxesProperties,即可修改圖形的背景顏色和波形的顏色等其它屬性：選擇下拉菜單中的CopyFigure,即把整個(gè)波形圖和坐標(biāo)復(fù)制成功，只需在建立的文檔中粘貼即可。

4基于SIMULINK的單機(jī)無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性仿真4.1單機(jī)-無窮大系統(tǒng)的建模單機(jī)無窮大系統(tǒng)原理圖如圖4-1.GTS圖4-1單機(jī)無窮大系統(tǒng)原理圖根據(jù)圖5-1建立的單機(jī)無窮大系統(tǒng)仿真原理圖如圖4-2.圖4-2單機(jī)無窮大仿真原理圖圖中使用到的基本模塊有：示波器scope，邏輯加，增益gain，電機(jī)測量模塊MachinesMeasurementDemux，同步電機(jī)（標(biāo)幺值單位）模塊SynchronousMachinepuStandard，勵(lì)磁系統(tǒng)ExcitationSystem，通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器GenericPowerSystemStabilizer，三相并聯(lián)RLC負(fù)載ThreePhaseParallelRLCLoad，雙繞組三相變壓器Three-PhaseTransformer(TwoWindings)，電壓測量模塊VoltageMeasurement，分布參數(shù)線路模塊DistributedParametersLine，三相電源Three-PhaseSource，三相故障Three-PhaseFault，POWERGUI運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在110KV及以上的大接地電流系統(tǒng)的高壓架空線路上，短路故障中70%以上短路故障都是接地短路，尤其在220-500KV的架空線路上，由于線間距離大，其中單相接地短路故障的幾率高達(dá)90%以上，所以仿真時(shí)的故障采取的是單相接地短路。仿真模型中，發(fā)電機(jī)采用的是標(biāo)幺制的同步電機(jī)，設(shè)置的有功是900MW；變壓器采用的是雙繞組三相變壓器，有功也是900MW，頻率均設(shè)置為我國電力的工頻50Hz。4.2采用的模塊及其參數(shù)設(shè)置MachinesMeasurementDemux(電機(jī)測量模塊)圖4-3電機(jī)測量模塊參數(shù)設(shè)置窗口SynchronousMachinepuStandard(同步電機(jī)（標(biāo)幺值單位）模塊)圖4-4同步電機(jī)（標(biāo)幺值單位）模塊參數(shù)設(shè)置窗口ExcitationSystem(勵(lì)磁系統(tǒng))圖4-5勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置窗口GenericPowerSystemStabilizer(通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)圖4-6通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)設(shè)置窗口ThreePhaseParallelRLCLoad(三相并聯(lián)RLC負(fù)載)圖4-7三相并聯(lián)RLC負(fù)載參數(shù)設(shè)置窗口Three-PhaseTransformer(TwoWindings)(雙繞組三相變壓器)圖4-8雙繞組三相變壓器參數(shù)設(shè)置窗口VoltageMeasurement(電壓測量模塊)圖4-9電壓測量模塊參數(shù)設(shè)置窗口DistributedParametersLine(分布參數(shù)線路模塊)圖4-10分布參數(shù)線路模塊參數(shù)設(shè)置窗口Three-PhaseSource(三相電源)圖4-11三相電源參數(shù)設(shè)置窗口10.Scope(示波器)Three-PhaseFault(三相故障)圖4-12三箱故障參數(shù)設(shè)置窗口POWERGUI圖4-13POWERGUI參數(shù)設(shè)置窗口4.3電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真為了便于觀察不同條件下的電力系統(tǒng)的波形，可以將仿真圖擴(kuò)展為如圖4-14.圖4-14單機(jī)無窮大仿真圖擴(kuò)展圖改變發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)分別為1、1.5。實(shí)線代表強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)為1.5，虛線代表強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)為1。圖4-15功角圖a圖4-16電壓圖a圖4-17轉(zhuǎn)速圖a由圖可以看出：故障是在5s發(fā)生，強(qiáng)行勵(lì)磁的系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間是在7s，調(diào)節(jié)時(shí)間是2s，超調(diào)量是2.67%；沒有強(qiáng)行勵(lì)磁的系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間是在9s，調(diào)節(jié)時(shí)間是4s，超調(diào)量是7.31%.所以強(qiáng)行勵(lì)磁能夠減少調(diào)節(jié)時(shí)間，降低超調(diào)量，更有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。變壓器經(jīng)小電阻接地變壓器中性點(diǎn)接地的情況，對(duì)發(fā)生接地短路時(shí)的暫態(tài)穩(wěn)定有著重大的影響。對(duì)于中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)，為了提高接地短路（兩相短路接地、單相接地）時(shí)的暫態(tài)穩(wěn)定，變壓器中性點(diǎn)可經(jīng)小電阻后再接地。從物理概念上說，短路時(shí)零序電流通過接地電阻Rg時(shí)要消耗有功功率，其中的一部分可由發(fā)電機(jī)來負(fù)擔(dān)，因而使發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率增加，轉(zhuǎn)軸上的不平衡功率減小，從而減小發(fā)電機(jī)的相對(duì)加速度，提高了暫態(tài)穩(wěn)定。如何選擇中性點(diǎn)接地電阻值，是應(yīng)用中的一個(gè)重要問題。對(duì)典型系統(tǒng)計(jì)算表明，電阻值以4%（變壓器額定容量為基準(zhǔn)）左右為宜。建立的模型如圖4-18圖4-18變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地仿真圖圖4-18中的兩個(gè)單機(jī)無窮大系統(tǒng)，其中一個(gè)變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，另一個(gè)未經(jīng)小電阻接地，其余條件相同。經(jīng)過運(yùn)行得到下列波形圖（虛線代表變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，實(shí)線代表變壓器中性點(diǎn)未經(jīng)小電阻接地）圖4-19電壓圖b圖4-20功角圖b圖4-21轉(zhuǎn)速圖b由圖4-19，圖4-20，圖4-21：當(dāng)變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間是2.2s，超調(diào)量是1.0%；當(dāng)變壓器中性點(diǎn)未經(jīng)小電阻接地時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間是3.6s，超調(diào)量是4.4%。所以，變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，能夠減少調(diào)節(jié)時(shí)間，降低超調(diào)量，更有助于電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定?？焖偾谐收峡焖偾谐搪饭收?，除了能減輕電氣設(shè)備因短路流產(chǎn)生的熱效應(yīng)等不良影響外，對(duì)于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，還有著決定性的意義。加快切除速度，可以減小切除角.這樣既減小了加速面積，有增大了可能的減速面積，從而提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。建立的模型圖如圖4-22圖4-22快速切除故障仿真圖Three-PhaseFault中的參數(shù)Transitiontimes分別為（5,5.15）和（5,7）表示的意思是運(yùn)行5s是發(fā)生故障，分別在5.15s和7s將故障切除，其余條件相同。經(jīng)過運(yùn)行得到下列波形圖（虛線代表切除時(shí)間是5.15s，實(shí)線代表切除時(shí)間是7s）：圖4-23功角圖c圖4-24轉(zhuǎn)速圖c圖4-25電壓圖c快速切除短路故障，除了能減輕電氣設(shè)備因短路流產(chǎn)生的熱效應(yīng)等不良影響外，對(duì)于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，還有著決定性的意義。加快切除速度，可以減小切除角.這樣既減小了加速面積，有增大了可能的減速面積，從而提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。由圖4-23，圖4-24，圖4-25可以看出：在5.15s切除故障時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間是1.8s，超調(diào)量是7.3%；在7s切出故障時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間是3.3s，超調(diào)量是122.2%。顯然，快速切除故障可以減少調(diào)節(jié)時(shí)間，降低超調(diào)量，更有助于電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。（4）自動(dòng)重合閘建立的原理圖如圖4-26.圖4-26自動(dòng)重合閘仿真圖經(jīng)過運(yùn)行得到下列波形圖。實(shí)線表示有自動(dòng)重合閘，虛線表示沒有重合閘。圖4-27功角圖d圖4-28轉(zhuǎn)速圖d圖4-29電壓圖d由圖可以得到：自動(dòng)重合閘成功，調(diào)節(jié)時(shí)間是2.0s，超調(diào)量是0.1%；沒有重合閘，調(diào)節(jié)時(shí)間是3.7s，超調(diào)量是4.37%。所以，自動(dòng)重合閘更有助于電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。

5時(shí)間安排1-2周開題答辯及畢業(yè)實(shí)習(xí)。3-4周了解各種元件的仿真模型，開始初步搭建模型。4-7周搭建模型,并進(jìn)行合適的參數(shù)設(shè)置。8-10周采用提高暫態(tài)穩(wěn)定性的方法，改變模型，進(jìn)行仿真。11-12周研究有關(guān)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）13-14周畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫與完成。15周畢業(yè)答辯。

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