基于PSAT的暫態(tài)穩(wěn)定分析仿真

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析一、單機無窮大系統(tǒng)暫態(tài)仿真分析⒈系統(tǒng)圖：⒉原始資料：見《電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制》(Kundal)P584、585。⒊故障信息：Bus02處發(fā)生三相短路，0s發(fā)生，0.15s故障切除。二、課程設計基本內(nèi)容：=1\*GB1⒈采用PSAT仿真工具中的暫態(tài)穩(wěn)定分析模塊計算系統(tǒng)動態(tài)過程，并分析系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。系統(tǒng)仿真圖=1\*GB2⑴采用經(jīng)典二階模型圖(1)圖（2）圖（3）圖（4）圖（5）圖（6）圖（1）～圖（6）分別為，發(fā)電機采用經(jīng)典二階模型時，系統(tǒng)的功角和發(fā)電機轉速、系統(tǒng)的有功功率P和無功功率Q、母線1的電壓幅值、母線1電壓相角隨時間的變化規(guī)律?？梢钥闯?，在0S時系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障。這時候，發(fā)電機出口母線1的電壓開始急劇下降（圖（5）），線路阻抗角也由負載阻抗決定變成了線路參數(shù)決定，開始急劇上升（圖(6）)。同時系統(tǒng)輸出的有功功率也發(fā)生了很大的變化（圖（3）、（4））。而發(fā)電機的轉子轉速由于不能突變，所以系統(tǒng)功角和發(fā)電機的轉速，如圖（1）和圖（2）是隨著時間推移漸變，可以看到系統(tǒng)剛開始發(fā)生故障到切除故障之一段由于時間過短圖中沒有顯示。在切除了故障之后，由于原動機輸入機械功率不變，而系統(tǒng)機械功率隨著系統(tǒng)阻抗的增大而減小，所以造成轉子加速，將多余的機械能轉化為動能，即增大，增大。隨著的不斷增大。當?shù)臅r候發(fā)電機轉子增速開始放緩，然后轉子不斷減速直至，這時系統(tǒng)的功角也達到其最大值。隨著角速度的持續(xù)減小，這時候系統(tǒng)的功角也開始減小，這就開始了角速度和功角同時減小的過程直至減小到之后，過程翻轉。(這和搖擺曲線之間的關系？)⑵采用三階模型（不考慮勵磁系統(tǒng)）圖（7）圖（8）圖（9）圖（10）圖（11）圖（12）圖（7）~圖（12）分別為，發(fā)電機采用三階模型（不考慮勵磁）時，系統(tǒng)的功角、發(fā)電機轉速、系統(tǒng)的有功功率P和無功功率Q、母線1的電壓幅值和電壓相角隨時間的變化規(guī)律直觀可以認為在三階模型的模擬仿真中系統(tǒng)暫態(tài)的基本過程與采用二階模型的時候沒有本質(zhì)的差異，但是，由于三階模型考慮了轉子繞組的電磁暫態(tài)，也就是勵磁繞組的暫態(tài)。所以造成了它與二階模型的仿真結果有一定的差別。首先體現(xiàn)在功角擺動的幅值上，由于考慮了勵磁繞組，三階模型的功角擺動幅值要大于二階模型。其次體現(xiàn)在衰減上，由于經(jīng)典模型相當于忽略了部分的震蕩阻尼，所以其功角響應體現(xiàn)為不衰減的震蕩過程。而三階模型由于有了勵磁繞組，功角響應呈阻尼震蕩。（三）采用三階模型（考慮勵磁系統(tǒng)）圖（13）圖（14）圖（15）圖（16）圖（17）圖（18）可以看出，當考慮了發(fā)電機的勵磁以后，發(fā)電機的暫態(tài)穩(wěn)定性有了一定的提高，在0.15秒切除故障的時候尚能保持其穩(wěn)定性。這是因為當系統(tǒng)發(fā)生故障的時候，發(fā)電機的機端電壓迅速下降，如果考慮了勵磁調(diào)節(jié)器，它將根據(jù)機端電壓的下降迅速的提高勵磁電壓和電流，使得機端電壓提高，減小加速的面積，從而可以提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。這一個過程我們從上圖的仿真結果中。也可以很明顯的看出。通過比較機端母線1的電壓我們就會發(fā)現(xiàn)，在沒有勵磁系統(tǒng)的情況下（圖(5)、圖(11)），母線1的電壓先是由于故障急劇下降，在故障切除了以后只能迅速的恢復到正常的電壓水平。而有了勵磁系統(tǒng)以后母線1的電壓水平在經(jīng)歷了迅速下降之后由很快的恢復到正常電壓水平之上。二、極限切除時間和極限切除角。（1）、極限切除角。（經(jīng)典二階模型）由等值電路可知，電阻之前的電壓為：由系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的數(shù)據(jù)帶入可以得到。根據(jù)經(jīng)典模型下的電磁功率輸出的公式容易得到：故障前：故障時：由于系統(tǒng)發(fā)生的是三相短路故障，所以根據(jù)我們以前學過的不對稱故障的原理，故障處的附加電抗應該是無限大的，也就是說三相短路故障截斷了發(fā)電機與系統(tǒng)間的聯(lián)系，知：故障后：故障后切除了線路2，系統(tǒng)阻抗發(fā)生變化，根據(jù)等面積定則：加速面積與減速面積相等，可以求得系統(tǒng)的極限切除角：其中：：大轉子角，容易求得：電的機械輸入功率，在不考慮勵磁調(diào)節(jié)的情況之下，暫態(tài)計算的過程中不會改變?？汕蟮?。（2）、極限切除時間Ⅰ經(jīng)典二階模型極限切除時間0.19235±0.0005s圖（19）0.19235s切除時的發(fā)電機P的響應圖（20）0.1924s切除時發(fā)電機P的響應=2\*ROMANII三階模型（不考慮勵磁）極限切除時間0.1515±0.0005s圖（21）0.1515s切除時發(fā)電機P的響應圖（22）0.1520s切除時發(fā)電機P的響應=3\*ROMANIII三階模型（考慮勵磁）極限切除時間0.1660±0.0005s圖（23）0.1660s切除時發(fā)電機P的響應圖（24）0.1665s切除時大電機P的響應可以看出。在三階模型的情況下，極限切除時間要小于二階模型下的極限切除時間。這主要是因為在切除時間相同的情況下，三階模型由于考慮了勵磁繞組的暫態(tài)，暫態(tài)過程中功角響應的幅值要大于二階模型的情況。所以同一個運行條件下、穩(wěn)定裕量相同的情況下就會是三階模型的極限切除時間較小。而增加考慮了自動勵磁裝置之后可以看出，由于在暫態(tài)工程中勵磁的調(diào)節(jié)，減小了加速面積，增加了暫態(tài)穩(wěn)定性，所以極限切除時間就有所增加。三、發(fā)電機的有功出力對系統(tǒng)暫態(tài)及極限切除時間的影響依次減少發(fā)電機的有功出力，極限切除時間的變化情況如下表：發(fā)電機有功出力（p.u.）極限切除時間(S)P=1.00.1515±0.0005sP=0.90.180±0.005sP=0.80.2145±0.0005sP=0.70.2545±0.0005s可以看出，隨著發(fā)電機有功出力的不斷減小極限切除時間在不斷的增加。這可以從以下幾個方向來解釋。首先，如果從加速和減速面積的角度來解釋。在系統(tǒng)運行方式不改變的情況下，系統(tǒng)的最大轉子角是不會改變的。而隨著發(fā)電機有功出力的不斷減小，系統(tǒng)提供的有功就會更多。這樣穩(wěn)態(tài)時的功角就會減小。穩(wěn)態(tài)裕量也會相應的增加，最大減速面積也在增加。極限切除時間就能更長。(發(fā)電機負載率降低，穩(wěn)定性更高，從而極限切除時間變大)四、軌跡分析法，穩(wěn)定指標與不穩(wěn)定指標軌跡分析的方法就是構造一套只借助于軌跡信息而不依賴于任何臨界能量的穩(wěn)定性評價指標，