電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真研究畢業(yè)設(shè)計(論文)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題目名稱：電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真研究</p><p>　　學(xué)院名稱：電子信息學(xué)院</p><p>　　班 級：電氣類</p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p><

2、b>　　學(xué)生姓名：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 6月 </p><p>　　電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真研究</p><p>　　Power system transient stability simulation</p><p>　　學(xué)院

3、名稱：電子信息學(xué)院</p><p>　　班 級：電氣類</p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2013年6月</b&

4、gt;</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會的進步和科技的發(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、強非線性的特點。隨著電力市場化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進，電網(wǎng)運行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平,在運行中，由于某種破壞性的原因，有時會引起電力系統(tǒng)崩潰的問題。</p><p>　　利用M

5、ATLAB 7.0電力系統(tǒng)工具箱為平臺，通過SimPowerSystem建立電力系統(tǒng)運行中常見的單機—無窮大系統(tǒng)模型，設(shè)置的是電力系統(tǒng)中常見的單相接地故障，模型中采用快速切除故障、自動重合閘、變壓器中性點經(jīng)小電阻接地、強行勵磁等方法進行仿真，并證明了上述方法能夠提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)，暫態(tài)穩(wěn)定，單機無窮大系統(tǒng)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，MATLAB</p><p&g

6、t;<b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of society and technology,some large power systems have been turned up in the world these years.The characteristic of these systems are wide boun

7、dary and non-linear. With the impelling of the marketization of the power system and the regional networking, the system operation are near its limit levels more and more. Sometimes the collapse of power system will be

8、caused for the specific damage.</p><p>　　A Single Machine Infinite Bus System (SMIBS) is established via the Power System Block in the MATLAB,and the Single-phase ground short circuit fault is setted .The fa

9、st fault-clearing,automatic reclosing lock,the transformer neutral grounding via low resistance are adopted to simulate ,which are proved to improve the the power system transient stability. </p><p>　　Key w

10、ords: Power System , Transient Stability , Single Machine Infinite Bus System , Power System Stabilizer , MATLAB </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性概述1</p><p>　　1

11、.1電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其意義1</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　2電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究的內(nèi)容6</p><p>　　2.1電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程的特點6</p><p>　　2.2大擾動后發(fā)電機轉(zhuǎn)子的相對運動7</p><p>　　2.3等面積定則9</p>

12、;<p>　　2.4極限切除角10</p><p>　　3電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究方法12</p><p>　　3.1分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法12</p><p>　　3.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法14</p><p>　　3.3提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的方法15</p><p>　　3.4研究設(shè)計的內(nèi)容

13、18</p><p>　　4電力系統(tǒng)常用仿真簡介20</p><p>　　4.1常用的電力系統(tǒng)仿真軟件20</p><p>　　4.2MATLAB簡介21</p><p>　　4.3MATLAB保存圖形23</p><p>　　5基于SIMULINK的單機無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性仿真24</p>

14、<p>　　5.1單機-無窮大系統(tǒng)的建模24</p><p>　　5.2采用的模塊及其參數(shù)設(shè)置25</p><p>　　5.3 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真31</p><p><b>　　6結(jié)論38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p>&

15、lt;p><b>　　致謝43</b></p><p>　　1 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性概述</p><p>　　1.1 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其意義</p><p>　　電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題是指電力系統(tǒng)受到大的擾動之后各發(fā)電機是否能繼續(xù)保持同步運行的問題。對于某一特定的穩(wěn)定運行狀態(tài)，以及對于某一特定的擾動，如果在擾動后系統(tǒng)可以達(dá)到一個可以接

16、受的穩(wěn)定運行狀態(tài)，則對此初始狀態(tài)及此擾動而言，稱之為暫態(tài)穩(wěn)定。引起電力系統(tǒng)大擾動的原因主要有以下幾種：</p><p>　　(1)負(fù)荷的突然變化，如投入或切除大容量的用戶等；</p><p>　　(2)切除或投入系統(tǒng)的主要元件，如發(fā)電機，變壓器及線路等；</p><p><b>　　(3)發(fā)生短路故障</b></p><p&

17、gt;　　其中以短路故障的擾動最為嚴(yán)重，常以此作為檢驗系統(tǒng)是否具有暫態(tài)穩(wěn)定的條件。</p><p>　　電力系統(tǒng)受到大的擾動時，表征系統(tǒng)運行狀態(tài)的各種電磁參數(shù)都要發(fā)生急劇的變化。但是，由于原動機調(diào)速器具有較大的慣性，它必須經(jīng)過一定時間后才能改變原動機的功率。這樣，發(fā)電機的電磁功率和原動機的機械功率之間便失去了平衡，于是產(chǎn)生了不平衡轉(zhuǎn)矩。在不平衡轉(zhuǎn)矩的作用下，發(fā)電機開始改變轉(zhuǎn)速，使各發(fā)電機轉(zhuǎn)子間的相對位置發(fā)生變化（

18、機械運動）。發(fā)電機轉(zhuǎn)子相對位置，即相對角的變化，反過來又將影響到電力系統(tǒng)中電流、電壓和發(fā)電機電磁功率的變化。所以，由大擾動引起的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過程，是一個電磁暫態(tài)過程和發(fā)電機轉(zhuǎn)子間機械運動暫態(tài)過程交織在一起的復(fù)雜過程。</p><p>　　電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，一方面它必須時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之中，擾動發(fā)生的時間、地點、類型、嚴(yán)重性均有隨機性，擾動發(fā)生后的系統(tǒng)動態(tài)過程

19、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)濟損失和社會影響。</p><p>　　電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的主要目的是檢查系統(tǒng)在大的擾動下（如故障、切機、切負(fù)荷、重合閘操作等情況），各發(fā)電機組間能否保持同步運行，如果能同步運行，并具有可接受的頻率和電壓水平，則稱此電力系統(tǒng)在這一大擾動下是暫態(tài)穩(wěn)定的。在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運行等工作中都要進行大量的暫態(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

20、果以及穩(wěn)定控制的性能，因此通過仿真來驗證所求結(jié)果是否正確，即電力系統(tǒng)在某一狀態(tài)時是否是穩(wěn)定的具有重要意義。</p><p>　　電力線系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，往往會導(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下檢查系統(tǒng)中各發(fā)電機組間能否保持同步運行水平，并具有可以接受的電壓和頻率水平。對這項工作已深入多年，并在離線計算中有成熟的算法取得了良好

21、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，電網(wǎng)運行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平，同時，近年來國內(nèi)外時有發(fā)生由于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性不足且對策遲緩引起的大停電事故，造成了經(jīng)濟上的巨大損失，這些都提示著我們提高對電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的重視。只有更快速更準(zhǔn)確地對系統(tǒng)處于的穩(wěn)定水平進行判斷，找到穩(wěn)定性遭到威脅的環(huán)節(jié)才能進而有效地采取措施改善系統(tǒng)運行狀態(tài)。為此，進一步深入研究改進原有暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，開拓新的創(chuàng)造性的方法，解決其在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用

22、的難題，仍然是我們面對的重要課題。 </p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　電力系統(tǒng)的互聯(lián)，可以帶來顯著的經(jīng)濟效益，但是電力系統(tǒng)的規(guī)模越大，引起系統(tǒng)事故的可能性也越大，系統(tǒng)中任一元件發(fā)生故障都有可能引起事故擴大。如果電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠強壯，或者安全自動裝置不夠健全，或者管理失當(dāng)，都有可能使系統(tǒng)陷入穩(wěn)定危機，甚至大面積停電，乃至全網(wǎng)崩潰，給國民經(jīng)濟造成

23、重大損失。因此國內(nèi)外大型電力系統(tǒng)的運行與規(guī)劃都把電力系統(tǒng)的安全評定置于重要地位。</p><p>　　隨著“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的全面實施，到2020年左右，我國將建成世界上罕見的跨區(qū)域和遠(yuǎn)距離傳輸巨大功率的超高壓交、直流混合輸電系統(tǒng)。其經(jīng)濟效益十分明顯，不僅可以優(yōu)化能源布局，充分利用西部地區(qū)豐富的水力資源，還可以減少備用容量，進行區(qū)域間的相互功率支援和實現(xiàn)錯峰效益。另一方面，互聯(lián)電網(wǎng)的缺點是，由于

24、對事故的連鎖反應(yīng)，可能出現(xiàn)大面積停電。1996年7月2日和8月l0日美國西部大面積停電事故的關(guān)鍵特征是，解除一條線路后，其余線路被迫承擔(dān)被解列線路的負(fù)荷，而失去一條線路的網(wǎng)絡(luò)進一步過載，從而引起連鎖反應(yīng)和導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。隨著電力市場的發(fā)展，電力系統(tǒng)的重構(gòu)和解除管制，在主網(wǎng)基礎(chǔ)上建立起來的現(xiàn)代互聯(lián)電網(wǎng)在區(qū)域間傳輸?shù)墓β蕦⑷找嬖鲩L。這種需求進一步增加了輸電系統(tǒng)的壓力。因此，估計大面積停電事故的幾率還將增長。穩(wěn)定破壞是電網(wǎng)中較為嚴(yán)重的事故之一，

25、大電力系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞事故，往往引起大面積停電，給國民經(jīng)濟造成重大損失。在我國 ，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，重負(fù)荷長距離線路較多，因而穩(wěn)定事故的發(fā)生較為頻繁。據(jù)統(tǒng)計，平均全國每年有4.7次穩(wěn)定事故，總損失電量為280.31萬kWh，社會上由于停電造成的</p><p>　　我國即將形成的大型互聯(lián)混合輸電系統(tǒng)在世界上是舉世無雙的，如何保證該系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行是一個極其重大和迫切的研究課題。在電力系統(tǒng)中，隨著偶然事

26、故的發(fā)生，電力系統(tǒng)能否經(jīng)受住隨后發(fā)生的暫態(tài)過程并過渡到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)，是電力系統(tǒng)安全評定的主要內(nèi)容。用暫態(tài)分析方法去評定系統(tǒng)能否經(jīng)受住這種過渡過程屬于動態(tài)安全分析的范疇。國內(nèi)外電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故統(tǒng)計表明，暫態(tài)穩(wěn)定破壞的事故率居于首位，從而暫態(tài)穩(wěn)定分析組成動態(tài)安全評定的主體。</p><p>　　對于我國電網(wǎng)來說，其覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)薄弱，負(fù)荷密度極不均勻，而電源又往往遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，單位裝機容量分?jǐn)偟綐?biāo)準(zhǔn)輸電線長

27、度比發(fā)達(dá)國家的少得多。由于長期以來輸電線路總長度年增長率只是總裝機容量年增長率的40%左右，其累積效應(yīng)進一步惡化了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。三峽工程標(biāo)志著全國性跨地區(qū)聯(lián)網(wǎng)的開始，高效的遠(yuǎn)方大機組越來越重要，聯(lián)絡(luò)線的作用從緊急支援延伸到經(jīng)濟換電而接近穩(wěn)定極限。人區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)在經(jīng)濟性和安全穩(wěn)定性之間的最佳協(xié)調(diào)問題對有關(guān)算法的需求迫在眉睫。</p><p>　　因此，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題不但在非線性理論方面，也在非線性系統(tǒng)的實踐

28、方面具有代表性。開發(fā)有量化和在線能力的TSA和VSA工具，以及相應(yīng)的控制決策支持工具就顯得非常迫切。</p><p>　　當(dāng)前的中國已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機組的時代。隨著我國電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和擴大，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題己成為最重要的問題，越來越突出。解決好電力系統(tǒng)實時安全分析方法和安全穩(wěn)定控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，已成為電力生產(chǎn)、運行、科研和制造部門的重要任務(wù)，不管在任何情況下，電力調(diào)度運行部門都要把電力系統(tǒng)安全

29、穩(wěn)定運行放在首位。國內(nèi)外電力系統(tǒng)分析組成動態(tài)安全評定的主體，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析有著重要的實際意義。</p><p>　　隨著社會的進步和科技的發(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、強非線性的特點。隨著電力市場化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進，電網(wǎng)運行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平,在運行中，由于某種破壞性的原因，有時會引起電力系統(tǒng)崩潰的問題，如發(fā)生在2003年8月14日的美加大停電，

30、2012年7月30日的印度電網(wǎng)大停電。這都給我國的電網(wǎng)的運行帶來了很多啟示。</p><p>　　我們知道，美國的電網(wǎng)是錯綜復(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并非如此。實際上，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；另外，美國是個資本主義國家，電網(wǎng)在運行的時候考慮的更多的是經(jīng)濟因素，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，其實這也不是偶然現(xiàn)象了，在

31、此之前美國已經(jīng)出現(xiàn)過兩次規(guī)模較大的停電了。</p><p>　　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)重超載運行情況來看

32、，線路跳閘前，電網(wǎng)已嚴(yán)重超過其穩(wěn)定限額運行，從而導(dǎo)致大面積停電。</p><p>　　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。因為從全球來看，大面積停電并不罕見。所以電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定依然是個重要的課題。</p><p>　　電力系統(tǒng)的互聯(lián)，可以帶來顯著的經(jīng)濟效益，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

33、我國電力資源的優(yōu)化配置，全國聯(lián)網(wǎng)的進程明顯滯后。同時，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)不夠強壯，自動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。</p><p>　　以廠網(wǎng)分開為主要內(nèi)容的電力體制改革實施后，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，大力推進跨區(qū)輸電

34、、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)，其目標(biāo)就是為了促進電力資源在更大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。</p><p>　　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。</p><p>

35、;　　“十一五”期間，除實施已經(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，同時加大山西陽城送電華東的力度并實現(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。</p><p>　　目前我國發(fā)電機裝機容量達(dá)10.6億千瓦，居世界第二；年發(fā)電量達(dá)4.8億千瓦時，居

36、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展。目前，我國尚未出現(xiàn)大面積的停電，但事實上我們的居民生活中時常停電，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，相對地，電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的研究也是一個重大的課題。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

37、我國電網(wǎng)的網(wǎng)架相對薄弱、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)整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題。因此，如何保證這樣一個超大規(guī)模電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，成為擺在我們面前的一個巨大的難題。若能夠?qū)崿F(xiàn)對全國電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時甚至是超實時仿真，就能為在線預(yù)決策和電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制打下堅實的基礎(chǔ)，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行無疑是一個巨大的保證，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。由于機電暫態(tài)仿真的計算量非常大，依據(jù)現(xiàn)有的條件，要對全國聯(lián)

38、網(wǎng)電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)過程進行實時仿真目前</p><p>　　2 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究的內(nèi)容</p><p>　　2.1 電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程的特點</p><p>　　電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題是指電力系統(tǒng)受到大的擾動之后各發(fā)電機是否能繼續(xù)保持同步運行的問題。</p><p>　　當(dāng)電力系統(tǒng)受到大的擾動時，表征系統(tǒng)運行狀態(tài)的各種電磁參數(shù)都要發(fā)

39、生急劇的變化。但是，由于原動機調(diào)速器具有較大的慣性，它必須經(jīng)過一定時間后才能改變原動機的功率。這樣，發(fā)電機的電磁功率與原動機的機械功率之間就失去了平衡，于是產(chǎn)生了不平衡轉(zhuǎn)矩。在不平衡轉(zhuǎn)矩作用下，發(fā)電機開始改變轉(zhuǎn)速，使各發(fā)電機轉(zhuǎn)子間的相對位置發(fā)生變化（機械運動）。發(fā)電機轉(zhuǎn)子相對位置，即相對角的變化，反過來又將影響到電力系統(tǒng)中電流、電壓和發(fā)電機電磁功率的變化。所以，由大擾動引起的電力系統(tǒng)暫態(tài)過程，是一個電磁暫態(tài)過程和發(fā)電機轉(zhuǎn)子間機械運動暫態(tài)

40、過程交織在一起的復(fù)雜過程。</p><p>　　精確地確定所有電磁參數(shù)和機械運動參數(shù)在暫態(tài)過程中的變化是很困難的，對于解決一般的工程實際問題往往也是不必要的。通常，暫態(tài)穩(wěn)定分析計算的目的在于確定系統(tǒng)在給定的大擾動下發(fā)電機能否繼續(xù)保持同步運行。因此，只需要研究表征發(fā)電機是否同步運行的轉(zhuǎn)子運動特性，即功角隨時間變化特性便可以了。據(jù)此，我們找出暫態(tài)過程中對轉(zhuǎn)子機械運動其主要影響的因素，在分析計算中加以考慮，而對于影響不

41、大的因素，則予以忽略或作近似考慮。所以做出以下基本假設(shè)：</p><p>　?。?）忽略發(fā)電機定子電流的非周期分量和與它相對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流的周期分量</p><p>　　我們知道，在大擾動，特別是發(fā)生短路故障時，定子非周期分量電流將在定子回路電阻中產(chǎn)生有功損耗，增加發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的電磁功率，在某些情況下（在發(fā)電機空載或輕載時），附加了非周期分量電流的損耗后，可能使發(fā)電機的電磁功率大于原動機的功

42、率，從而使發(fā)電機產(chǎn)生減速運動。然而，一方面由于定子非周期分量電流衰減時間常數(shù)很小，通常只有百分之幾秒，另一方面，定子非周期分量電流產(chǎn)生的磁場在空間是靜止不動的，它與轉(zhuǎn)子繞組直流（包括自由電流）所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以同步頻率作周期變化，其平均值很小，由于轉(zhuǎn)子機械慣性較大，因而對轉(zhuǎn)子整體相對運動影響很小。</p><p>　　采用這個假設(shè)后，發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子繞組的電流、系統(tǒng)的電壓及發(fā)電機的電磁功率等，在大擾動的瞬間均可以突變。

43、同時，這一假定也意味著忽略電力網(wǎng)絡(luò)中各元件的電磁暫態(tài)過程。</p><p>　?。?）發(fā)生不對稱故障時，不計零序和負(fù)序電流對轉(zhuǎn)子運動的影響</p><p>　　對于零序電流來說，一方面，由于聯(lián)接發(fā)電機的升壓變壓器絕大多數(shù)采用三角形-星形接法，發(fā)電機都接在三角形側(cè)，如果故障發(fā)生在高壓網(wǎng)絡(luò)中（大多數(shù)是這樣），則零序電流并不通過發(fā)電機；另一方面，即使發(fā)電機流通零序電流，由于定子三相繞組在空間對稱

44、分布，零序電流所產(chǎn)生的合成氣隙磁場為零，對轉(zhuǎn)子運動也沒有影響。</p><p>　　負(fù)序電流在氣隙中產(chǎn)生的合成電樞反應(yīng)磁場，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。它與轉(zhuǎn)子繞組直流電流相互作用，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，是以近兩倍同步頻率交變的轉(zhuǎn)矩，其平均值接近于零，對轉(zhuǎn)子運動的總趨勢影響很小。加之轉(zhuǎn)子機械慣性較大，所以，對轉(zhuǎn)子運動的瞬時速度的影響也不大。</p><p>　　不計零序和負(fù)序電流的影響，就大大地

45、簡化了不對稱故障時暫態(tài)穩(wěn)定的計算。此時，發(fā)電機輸出的電磁功率，僅由正序分量確定。不對稱故障時網(wǎng)絡(luò)中正序分量的計算，可以應(yīng)用正序等效定則和復(fù)合序網(wǎng)。故障時確定正序分量的等值電路與正常運行時的等值電路不同之處，僅在于故障處接入由故障類型確定的故障附加阻抗.</p><p>　　應(yīng)該指出，由于與負(fù)序及零序參數(shù)有關(guān)，故障時正序電流、電壓及功率，除與正序參數(shù)有關(guān)外，也與負(fù)序及零序有關(guān)。所以，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)序及零序參數(shù)，也影響系統(tǒng)

46、的暫態(tài)穩(wěn)定。</p><p>　　（3）忽略暫態(tài)過程中發(fā)電機的附加損耗</p><p>　　這些附加損耗對轉(zhuǎn)子的加速運動有一定的制動作用，但其數(shù)值不大，忽略它們使計算結(jié)果略偏保守。</p><p>　?。?）不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響</p><p>　　在一般暫態(tài)過程中，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏離同步轉(zhuǎn)速不多，可以不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響，

47、各元件參數(shù)值都按額定頻率計算。</p><p>　　2.2 大擾動后發(fā)電機轉(zhuǎn)子的相對運動</p><p>　　在正常運行情況下，若原動機輸入功率為（在圖2-1中用一橫線表示）,</p><p>　　發(fā)電機的工作點位點，與此對應(yīng)的功角為。</p><p>　　短路瞬間，發(fā)電機的工作點應(yīng)在短路時的功率特性上。由于轉(zhuǎn)子具有慣性，功角不能突變，發(fā)電

48、機輸出的電磁功率（即工作點）應(yīng)由上對應(yīng)于的點確定，設(shè)其值為。這時原動機的功率仍保持不變，于是出現(xiàn)了過剩功率>0，它是加速性的。</p><p>　　圖2-1轉(zhuǎn)子相對運動及面積定則</p><p>　　在加速性的過剩功率作用下，發(fā)電機獲得加速，使其相對速度>0，于是功角開始增大。發(fā)電機的工作點將沿著由向移動。在變動過程中，隨著的增大，發(fā)電機的電磁功率也增大，過剩功率則減小，但過剩

49、功率仍是加速性的，所以，不斷增大（見圖2-1）。</p><p>　　如果在功角為時，故障線路被切除，在切除瞬間，由于功角不能突變，發(fā)電機的工作點便轉(zhuǎn)移到上對應(yīng)于的點。此時，發(fā)電機的電磁功率大于原動機的功率，過剩功率<0，變成減速性的了。在此過剩功率作用下，發(fā)電機轉(zhuǎn)速開始降低，雖然相對速度開始減小，但她仍大于零，因此功角繼續(xù)增大，工作點將沿由向變動。發(fā)電機則一直受到減速作用而不斷減速。</p>

50、<p>　　如果達(dá)到點時，發(fā)電機恢復(fù)到同步速動，即=0，則功角抵達(dá)它的最大值。雖然此時發(fā)電機恢復(fù)了同步，但由于功率平衡尚未恢復(fù)，所以不能在點確立同步運行的穩(wěn)態(tài)。發(fā)電機在減速性不平衡轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降而低于同步速度，相對速度改變符號，即<0，于是功角開始減小，發(fā)電機工作點將沿由點向點、變動。</p><p>　　以后的過程，如果不計能量損失，工作點將沿曲線在點和點之間來回變動，與此相對應(yīng)，

51、功角將在和之間變動（見圖2-1虛線）?？紤]到過程中的能量損耗，震蕩將逐漸衰減，最后在點上穩(wěn)定地運行。也就是說，系統(tǒng)在上述大擾動下保持了暫態(tài)穩(wěn)定性。</p><p>　　2.3 等面積定則</p><p>　　當(dāng)不考慮震蕩中的能量損耗時，可以在功角特性上，根據(jù)等面積定則確定最大搖擺角，并判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。從前面的分析可知，在功角由變到的過程中，原動機輸入的能量大于發(fā)電機輸出的能量，多余的能量

52、將使發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高并轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的能量而存在于轉(zhuǎn)子中；而當(dāng)功角由變到時，原動機輸入的能量小于發(fā)電機輸出的能量，不足部分由發(fā)電機轉(zhuǎn)速降低而釋放的動能轉(zhuǎn)化為電磁能來補充。</p><p>　　轉(zhuǎn)子由到移動時，過剩轉(zhuǎn)矩所做的功為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　用標(biāo)幺值計算時，因發(fā)電機轉(zhuǎn)速偏離同步速度不大，，于是&l

53、t;/p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　公式（2-2）右邊的積分，代表平面上的積分，對于圖的情況為畫著陰影的面積。在不計能量損失時，加速期間過剩轉(zhuǎn)矩所作的功，將全部轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動能。在標(biāo)幺值計算中，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子在加速過程中獲得的動能增量就等于面積。這塊面積稱為加速面積。當(dāng)轉(zhuǎn)子由變動到時，轉(zhuǎn)子動能增量為</p><p>&

54、lt;b>　　（2-3）</b></p><p>　　由于<0，公式（2-3）積分為負(fù)值。也就是說，動能增量為負(fù)值，這意味著轉(zhuǎn)子儲存的動能減小了，即轉(zhuǎn)速下降了，減速過程中動能增量所對應(yīng)的面積稱為減速面積，就是減速面積。</p><p><b>　　顯然，當(dāng)滿足</b></p><p><b>　?。?-4）&l

55、t;/b></p><p>　　的條件時，動能增量為零，即短路后得到加速使其轉(zhuǎn)速高于同步速的發(fā)電機重新恢復(fù)了同步。應(yīng)用這個條件，并將，以及和的表達(dá)式代入，便可求得。式(2-4)也可寫成</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　即加速面積和減速面積大小相等，這就是等面積定則。同理，根據(jù)等面積定則，可以確定搖擺的最

56、小角度，即</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　由圖2-1可以看到，在給定的計算條件下，當(dāng)切除角一定時，有一個最大可能的減速面積。如果這塊面積的數(shù)值比加速面積小，發(fā)電機將失去同步。因為在這種情況下，當(dāng)功角增至臨界角時，轉(zhuǎn)子在加速過曾中所增加的動能未完全耗盡，發(fā)電機轉(zhuǎn)速仍高于同步速度，功角繼續(xù)增大而越過點，過剩功率變成加速性的了，使發(fā)電機

57、繼續(xù)加速而失去同步。顯然，最大可能的減速面積大于加速面積，是保持暫態(tài)穩(wěn)定的條件。</p><p>　　2.4 極限切除角</p><p>　　當(dāng)最大可能的減速面積小于加速面積時，如果減小切除角，由圖2-2可知，這既減小了加速面積，又增大了最大可能減速面積。這就有可能使原來不能保持暫態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)變成能保持暫態(tài)穩(wěn)定了。如果在某一切除角時，最大可能的減速面積與加速面積大小相等，則系統(tǒng)將處于穩(wěn)定

58、的極限情況，大于這個角度切除故障，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。這個角度稱為極限切除角。</p><p>　　圖2-2極限切除角的確定</p><p><b>　　由圖2-2可得</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　求出公式（2-7）的積分并經(jīng)整理后可得</p>

59、<p><b>　　（2-8）</b></p><p>　　式中所有的角度都是用弧度表示的。臨界角</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p>　　為了判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，還必須知道轉(zhuǎn)子抵達(dá)極限切除角所用的時間，即所謂切除故障的極限允許時間（簡稱為極限切除時間）。為此，可通過求解故障時發(fā)

60、電機轉(zhuǎn)子運動方程來確定功角隨時間變化的特性，如圖2-3 所示。</p><p>　　圖2-3極限切除時間的確定</p><p>　　當(dāng)已知切除角時，可以由曲線上找出對應(yīng)的繼電保護和斷路器切除故障的時間。比較與由面積定則確定的極限切除角，若<,系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之則不穩(wěn)定。也可以比較時間，由面積定則確定的極限切除角，在上求出相對應(yīng)的極限切除時間<,系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之是不穩(wěn)定

61、的。</p><p>　　3 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究方法</p><p>　　3.1 分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法</p><p>　　分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法主要有三類，即：時域仿真法（也稱為逐步積分法）、直接法、人工智能法。此外，不少學(xué)者將小波變換用于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析，并取得了一定成果。目前，在電力系統(tǒng)中取得實際應(yīng)用的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法主要有兩類，

62、即時域仿真法和直接法。下面簡單介紹其中幾種。</p><p>　?。?）時域仿真判定法</p><p>　　時域仿真法是利用某種數(shù)值解法，以系統(tǒng)的潮流解為計算初值，對電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)過程進行數(shù)值仿真，然后根據(jù)仿真結(jié)果來分析在指定擾動下的系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。時域法是將電力系統(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，求擾動下

63、的數(shù)值解，即逐步求得系統(tǒng)狀態(tài)量和代數(shù)量隨時間的變化曲線，并根據(jù)發(fā)電機功角值大于某一特定閥值來判別系統(tǒng)能否在大擾動后維持暫態(tài)穩(wěn)定運行。它是求解電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的主要方法。時域仿真法具有數(shù)學(xué)模型詳盡、能提供系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時間相應(yīng)的特點，所以適應(yīng)于各種復(fù)雜模型和各種復(fù)雜擾動方式，但是計算量大、耗費機時、不適應(yīng)于實時穩(wěn)定控制，并且不能提供系統(tǒng)穩(wěn)定程度的信息。</p><p>　　為了彌補以上的缺點，現(xiàn)今正在研究一種超快

64、速的時域仿真法，即借助于新的計算硬件包括并行處理機的方法。此法在計算方法上要求并行發(fā)電機方程、控制器方程及網(wǎng)絡(luò)方程，對中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的仿真可達(dá)到實時的效果。這種方法的限制是不易給出穩(wěn)定的定量信息和對系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的靈敏度分析信息。</p><p><b>　?。?）直接法</b></p><p>　　直接法在電力系統(tǒng)的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代末期，早期引入電力系統(tǒng)中的等面

65、積定則也屬于直接法的一種。從50年代到70年代末研究者們致力于數(shù)學(xué)上構(gòu)造一種能反映電力系統(tǒng)暫態(tài)特征的嚴(yán)格的利亞普諾夫函數(shù)。其中，在忽略轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的情況下，采用波波夫準(zhǔn)則構(gòu)造的Lure型比Lyapunuov函數(shù)得到較大發(fā)展，但由于在確定臨界切除時間過于保守，在模型方面，由于采用經(jīng)典模型，負(fù)荷以恒定阻抗表示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)化簡時，負(fù)荷阻抗被吸收到導(dǎo)納矩陣中。因此當(dāng)忽略轉(zhuǎn)移電導(dǎo)時，會帶來很大誤差。由于這些問題未得到解決，直接法的發(fā)展一度處于低潮。<

66、;/p><p>　　70年代末到80年代初，Athay和Kakimo等人的工作為直接法的發(fā)展開創(chuàng)了一個新局面。在確定穩(wěn)定域方面，涉及了故障的實際軌跡和轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的影響，并構(gòu)造了一個更能反映系統(tǒng)物理性的暫態(tài)能量函數(shù)，極大地克服了早期直接法的保守性。隨后，直接法的研究進入了一個高速發(fā)展階段，產(chǎn)生了很多新方法。</p><p>　　直接法的分支結(jié)構(gòu)分為復(fù)雜模型和經(jīng)典模型兩種。</p>&

67、lt;p>　　經(jīng)典模型有Lyapunuov函數(shù)和能量函數(shù)法兩種，能量函數(shù)法又可分為全局能量函數(shù)法（RUEP法、PEBS法、BCU法、加速度法等），局部能量函數(shù)法（單機能量函數(shù)法IMEF，擴展等面積法EEAC、動態(tài)擴展等面積法DEEAC，時間尺度解耦法TSD等）。下面簡單介紹其中幾種方法</p><p>　　擴展等面積法（EEAC）是由我國學(xué)者薛禹勝博士于1986年提出來的，此方法將現(xiàn)代電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的

68、思想與古典的等面積定則結(jié)合，具有快速、直觀的特點。作者在研究失穩(wěn)模式后指出，對于一個給定的擾動，可以把多機系統(tǒng)分解為臨界機群和剩余機群兩部分，然后按部分角度中心概念變換為一個等值的兩機系統(tǒng)，進一步又可以將這個等值的兩機系統(tǒng)變換為一個等值的單機無窮大系統(tǒng)，從而可以使用等面積定則來求取臨界切除時間。EEAC法引入如下假設(shè)：</p><p><b>　　， </b></p><

69、p><b>　　， </b></p><p>　　式中：S代表臨界機群：A代表剩余機群。這個假設(shè)的實質(zhì)是認(rèn)為機組的失穩(wěn)只與兩群之間的群際能量有關(guān)，而與各群之間的群內(nèi)動能和勢能無關(guān)。各群的群內(nèi)能量與群際能量之間不會產(chǎn)生能量交換。</p><p>　　EEAC法對于兩群失穩(wěn)模式較明顯的情況能夠得到非常精確的結(jié)果，而且由于避免了數(shù)值積分，因此計算速度很快，但對于兩群模

70、式不明顯的情形，則往往會引起較大的誤差。其誤差的原因就在于忽略了群際能量與群內(nèi)能量之間的轉(zhuǎn)化。</p><p>　　2）加速度法 </p><p>　　加速度法基于這樣一個假設(shè)：在故障初期加速度與慣性常數(shù)之比最大的機組最容易失去穩(wěn)定，從這個假設(shè)出發(fā)，可求出近似的UEP：</p><p><b>　?。?-1）</b></p>

71、;<p>　　然后以近似的UEP處的能量作為臨界能量：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　在故障期間，還可以通過對臨界機組的辨識對進行必要的修正。但由于機組失穩(wěn)模式的復(fù)雜性，在故障初始時加速度最大的機組不一定失穩(wěn)，因此要對臨界機組群進行修正。隨著故障的發(fā)展及故障切除后，到底哪些機組最終變成臨界機組群，加速度法不能確定。所

72、以，加速度法只是一個經(jīng)驗性的粗略方法，現(xiàn)在一般將它作為判別候選臨界機群的“過濾器”。</p><p>　?。?）人工智能判定法</p><p>　　人工智能方法可進行非模型的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定判別，具有在線計算速度快、容易生成決策用的啟發(fā)規(guī)則等優(yōu)點，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。目前，人工智能方法主要有：模式識別、專家系統(tǒng)法、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機法?，F(xiàn)將幾種常用的人工

73、智能方法簡要介紹如下：</p><p><b>　　模式識別法</b></p><p>　　通過離線計算各種運行方式在預(yù)想事故下的暫態(tài)穩(wěn)定性從而獲取知識樣本，并通過對樣本的“學(xué)習(xí)”，選取有用的知識，直接建立適應(yīng)于在線應(yīng)用的簡單計算器模型，即分類器。然后，將待分析的電力系統(tǒng)實時運行狀態(tài)的特征送入分類器，即可“識別”該運行狀態(tài)是暫態(tài)穩(wěn)定的，還是不穩(wěn)定的。分類器在使用過程中

74、可不斷地被修改，使識別錯誤率不斷減少。</p><p>　　模式識別法的優(yōu)點是計算速度很快，其存在的主要問題是如何合理選擇樣本集和識別函數(shù)，以保證足夠的精度。此外離線計算量很大，而且識別函數(shù)受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。</p><p><b>　　專家系統(tǒng)法</b></p><p>　　電力系統(tǒng)運行中的很多問題，或由于計算量太大，或由于缺乏完善的數(shù)學(xué)模型

75、，或由于缺乏必要的狀態(tài)量，使單純的數(shù)值方法難以勝任或不能滿足實時要求。通過專家系統(tǒng)，可以模擬人類專家思維和求解問題的方法，以知識作為信息處理的對象，從而更好地解決問題。</p><p>　　目前，專家系統(tǒng)的理論與技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但許多明顯的缺陷也日益顯露出來，如知識自動獲取的困難、自學(xué)能力差等。</p><p>　　3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法</p><p>　　目

76、前提出的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型有50多種。ANN是通過模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（人腦）所具有的大規(guī)模并行處理、分布式存儲、強的容錯性、聯(lián)想能力、自組織和學(xué)習(xí)能力等。有多個人工神經(jīng)元相互連接而成的非線性動力學(xué)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)通常分為單層和多層兩類。人工網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最基本的功能是分類和聯(lián)想，某一特定的功能是由網(wǎng)絡(luò)中各連接系數(shù)及各神經(jīng)元的激活函數(shù)決定的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于暫態(tài)穩(wěn)定分析時，一般作為穩(wěn)定與不穩(wěn)定模式的分類器或作為產(chǎn)生穩(wěn)定指標(biāo)的函數(shù)模擬器。為了對某

77、一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型賦予特定的功能，必須經(jīng)歷學(xué)習(xí)和記憶兩個階段。</p><p>　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是不需建立數(shù)學(xué)模型，不需求解非線性方程，回憶速度快，可以模擬任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，因而其訓(xùn)練精度較高，而且可以進行自學(xué)，因而能彌補專家系統(tǒng)的不足。其存在的主要問題是如何合理選擇有限數(shù)量的樣本構(gòu)成樣本集，以便概括引出所需結(jié)果。</p><p>　　3.3 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的方法</p

78、><p>　　由于大擾動后，發(fā)電機機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)電機轉(zhuǎn)軸上的不平衡功率、減小轉(zhuǎn)子相對加速以及減少轉(zhuǎn)子相對動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)定的措施從兩方面來考慮，增加發(fā)電機輸出的電磁功率和減小原動機的機械功率。</p><p>　?。?）增加發(fā)電機輸出的電磁功率的方法主要有以下幾種：<

79、;/p><p>　　1）自動重合閘裝置：重合閘成功可以增加減速面積，從而提高暫態(tài)穩(wěn)定。</p><p>　　電力系統(tǒng)中架空輸電線路的短路故障，大多數(shù)是由閃絡(luò)放電造成的，再切斷線路，經(jīng)過一段電弧熄滅和空氣去游離的時間后，短路故障便完全消除了。這時，如果再把線路重新投入系統(tǒng)，它便能繼續(xù)正常工作。若重新投入輸電線路是由開關(guān)設(shè)備自動進行的，則稱之為自動重合閘。自動重合閘成功，對暫態(tài)穩(wěn)定和事故后的靜態(tài)穩(wěn)

80、定，都有很好的作用。圖3-1用等面積定則說明了自動重合閘對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。當(dāng)線路不重合時，系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。如果在瞬間將線路重合上去，恢復(fù)雙回路運行，則可保持暫態(tài)穩(wěn)定。</p><p>　　沒有重合閘 重合閘成功</p><p>　　圖3-1 自動重合閘對暫態(tài)穩(wěn)定的影響</p><p>　　電力系統(tǒng)中瞬時性短路故障比例很大，重合閘成功率可達(dá)

81、到90%以上。因此，采用重合閘措施，可顯著提高系統(tǒng)的供電可靠性和暫態(tài)穩(wěn)定性。當(dāng)然，不成功的重合閘，則不利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。</p><p><b>　　2）快速切除故障：</b></p><p>　　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，又增大了減速面積，對于提高暫態(tài)穩(wěn)定起著決定作用。應(yīng)該指出的是，切除故

82、障時間是繼電保護裝置動作時間和開關(guān)接到跳閘脈沖到觸頭分開后電弧熄滅為止的時間總和。</p><p>　　圖3-2快速切除故障對暫態(tài)穩(wěn)定性的影響</p><p>　　應(yīng)該指出的是，減少故障切除時間對提高暫態(tài)穩(wěn)定的效果，與短路故障的類型有很大關(guān)系。</p><p>　　3）變壓器中性點經(jīng)小阻抗接地：</p><p>　　電壓器中性點經(jīng)小電阻接地只

83、對接地短路起作用。變壓器中性點接地的情況，對發(fā)生接地短路時的暫態(tài)穩(wěn)定有著重大的影響。對于中性點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）時的暫態(tài)穩(wěn)定，變壓器中性點可經(jīng)過小電阻再接地。</p><p>　　從物理概念上來說，短路時零序電流通過接地電阻時消耗有功功率，其中的一部分由發(fā)電機來負(fù)擔(dān)，因而使發(fā)電機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。</p><p&g

84、t;　　如何選擇中性點接地電阻值，是應(yīng)用中的一個重要問題。電阻值過小，電阻上消耗的功率過小，作用不大；電阻過大，消耗功率太大，有可能使發(fā)電機在第二個搖擺周期失去穩(wěn)定。對典型系統(tǒng)計算表明，電阻值以4%（以變壓器額定容量為基準(zhǔn)）左右為宜。</p><p>　　發(fā)電機采用電氣制動：</p><p>　　電氣制動就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障后，在送端發(fā)電機上迅速投入電阻，以消耗發(fā)電機輸出的有功功率（增大電

85、磁功率），減小發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的過剩功率，其接線圖如圖3-3。投入的電阻稱之為制動電阻。制動電阻有兩種接入方式（如圖3-4），當(dāng)電阻串聯(lián)接入時，斷路器正常時是閉合的，投入制動電阻時將斷路器斷開；并聯(lián)接入時，開關(guān)正常時是斷開的，投入制動電阻時將其閉合。</p><p>　　圖3-3電氣制動接線圖 </p><p><b>　　R</b></p><p

86、>　　××× G ×××</p><p><b>　　R</b></p><p>　　圖3-4制動電阻接入方式</p><p>　　圖3-5用等面積定則來說明電氣制動的作用。是系統(tǒng)正常運行是的功角特性曲線，是發(fā)生故障時有電氣制動的功角曲線圖，是發(fā)生故障時無電

87、氣制動的功角曲線圖。那么，從圖3-5中易得，無電氣制動時，加速面積是，減速面積是；有電氣制動時，加速面積是，減速面積仍然是。由于>，所以采用電氣制動，減少了加速面積，提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。</p><p>　　圖3-5電氣制動功角特性圖</p><p>　　制動電阻的大小及其投切時間對電氣制動提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性作用的發(fā)揮非常重要。合適的制動電阻和投切時間，則可顯著提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)

88、定性，否則，存在欠制動和過制動。欠制動時，制動電阻太大，會使制動作用不足，系統(tǒng)照樣失步；過制動時，制動電阻太小，發(fā)電機雖在第一次振蕩中沒有失步，但在故障切除和切除制動電阻之后的第二次振蕩中失步了。欠制動和過制動都不能保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。因此，要通過認(rèn)真計算后，確定出合適的制動電阻數(shù)值。</p><p>　　制動電阻的切除時間，也要通過詳細(xì)的計算，求出不同輸送功率下制動電阻數(shù)值的上下限和投切時間，然后選擇一個合理的

89、時間。</p><p><b>　　5）強行勵磁</b></p><p>　　一般的發(fā)電機自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)都具有強行勵磁裝置。當(dāng)由于外部短路而使發(fā)電機端電壓低于額定電壓的85%時，低電壓繼電器動作，并通過一中間繼電器將勵磁裝置的調(diào)節(jié)電阻強行短接，使勵磁機的勵磁電流大大增加，提高了發(fā)電機電動勢。增加了發(fā)電機輸出的電磁功率，減小了轉(zhuǎn)子的不平衡功率，提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。<

90、;/p><p>　　減少原動機輸出的機械功率</p><p>　　對于汽輪機采用快速的自動調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉氣門。</p><p>　　聯(lián)鎖切機，即在切除故障的同時，聯(lián)鎖切除送端發(fā)電廠中的一臺或兩臺發(fā)電機。</p><p>　　采用機械制動，即采取轉(zhuǎn)子直接制動的方法。</p><p>　　以上三種方法，都是利用當(dāng)發(fā)生故障

91、電磁功率減小時，通過減少原動機輸出的機械功率減少作用在轉(zhuǎn)子上的剩余功率，提高其暫態(tài)穩(wěn)定性。</p><p>　　3.4 研究設(shè)計的內(nèi)容</p><p>　　應(yīng)用MATLAB 進行電力系統(tǒng)仿真的主要步驟是：</p><p>　?。?）建立系統(tǒng)模型：建立的是單機無窮大系統(tǒng)（SIMB）。</p><p>　　單機—無窮大系統(tǒng)認(rèn)為功率無窮大，頻率恒

92、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、最基本的的運行方式，即對現(xiàn)實進行近似處理，以簡化模型，更有利于得出結(jié)論，簡化計算過程。</p><p>　　圖3-6無輸電線的單機—無窮大系統(tǒng)原理圖</p><p>　　假定聯(lián)絡(luò)阻抗為純電感，則由發(fā)電機向無窮大系統(tǒng)送出去的有功功率的P為：</p><p>　　（3-3）

93、 </p><p>　　式中—包括發(fā)電機阻抗在內(nèi)的發(fā)電機電動勢到無窮大系統(tǒng)母線的總阻抗；</p><p>　　—功角；—發(fā)電機電勢； —系統(tǒng)母線電壓。</p><p>　　由圖1可得MATLAB單機無窮大仿真模型可能用到的模塊：</p><p>　　PSB電力系統(tǒng)工具箱：</p>&l

94、t;p>　　1）Electrical Sources中的Three-Phase Source（三相電源）模塊</p><p>　　2）Elements 中的Three-Phase Parallel RLC Load（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-Phase Fault （三相故障整流器）模塊用來仿真短路故障，Three-Phase Transform

95、er（Two Windings）（三相變壓器繞組）模塊用來仿真變壓器，</p><p>　　Machines里Synchronous Machine pu Standard（標(biāo)么標(biāo)準(zhǔn)同步電機）模塊用來仿真同步發(fā)電機</p><p><b>　?。?）設(shè)置仿真參數(shù)</b></p><p><b>　?。?）進行動態(tài)仿真</b>

96、;</p><p>　　增加提高暫態(tài)穩(wěn)定的模型，分別進行快速切除故障，變壓器中性點經(jīng)小電阻接地，改變強勵倍數(shù)，記錄結(jié)果。</p><p><b>　?。?）結(jié)果分析</b></p><p>　　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。</p><p>　　4 電力系統(tǒng)常用仿真簡介

97、</p><p>　　4.1 常用的電力系統(tǒng)仿真軟件</p><p>　　電力系統(tǒng)分析軟件用數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法對系統(tǒng)的運行進行研究，可用來確定規(guī)劃設(shè)計方案、擬定運行方式、整定自動裝置的控制參數(shù)、進行事故分析和輔助運行人員作出正確的決策。此外，還可用于教學(xué)和培訓(xùn)。現(xiàn)代化的電網(wǎng)迫切需要現(xiàn)代化的分析手段，對軟件的功能、精度、規(guī)模和速度提出了更高的要求，期望充分利用計算機硬件和軟件技術(shù)的最新成就

98、分析和處理電網(wǎng)的實際問題。目前，國際上有多種電力系統(tǒng)分析軟件包，在各國電力系統(tǒng)的實踐和研究中發(fā)揮了很大的作用。</p><p>　　目前常用的電力系統(tǒng)仿真軟件有：</p><p>　　MATLAB產(chǎn)品族它們的一大特性是有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數(shù)集應(yīng)用來對圖像信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等特殊應(yīng)用進行分析和設(shè)計。它具有數(shù)據(jù)采集、報告生成和MATLAB語言編程產(chǎn)

99、生獨立C/C++代碼等功能。MATLAB產(chǎn)品族具有下列功能：數(shù)據(jù)分析，數(shù)值和符號計算，工程與科學(xué)繪圖，控制系統(tǒng)設(shè)計，數(shù)字圖像信號處理，財務(wù)工程，建模、仿真、原型開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)和圖形用戶界面設(shè)計等。MATLAB產(chǎn)品族被廣泛地應(yīng)用于信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、通訊系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。開放式的結(jié)構(gòu)使MATLAB產(chǎn)品族很容易針對特定的需求進行擴充，從而在不斷深化對問題的認(rèn)識的同時，提高自身的競爭力。</p><p>　　S

100、PICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是由美國加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，是20世紀(jì)80年代世界上應(yīng)用最廣的電路設(shè)計軟件，1998年被定為美國國家標(biāo)準(zhǔn)。1984年，美國MicroSim公司推出來基于SPICE的微機版PSPICE(Personal-SPICE)?，F(xiàn)在用得較多的是PSPICE6.2，可以說在同類產(chǎn)品中，它是功能最為強大的模擬和數(shù)字電路混合仿真E

101、DA軟件，在國內(nèi)普遍使用。最近推出了PSPICE9.1版本。它可以進行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據(jù)輸出，并在同一窗口同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。無論對哪種器件哪些電路進行仿真，都可以得到精準(zhǔn)的仿真結(jié)果，并可以自行建立元器件和元器件庫。</p><p>　　EWB（Electronic Workbench）軟件是Interactive ImageTechnologies

102、Ltd在20世紀(jì)90年代初推出的電路仿真軟件。目前普遍使用的是EWB5.2，相對其它EDA軟件，它是較小巧的軟件。但它對模擬電路的混合仿真功能卻十分強大，幾乎100%地仿真出真實電路的結(jié)果，并且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器和電壓表、電流表等儀器儀表。它的界面直觀，易學(xué)易用。它的很多功能模仿了SPICE的設(shè)計，但分析功能比PSPICE稍少一些。</p><p

103、>　　Protel是PROTEL公司在20世紀(jì)80年代末推出的CAD工具，是PCB設(shè)計者的首選軟件。它較早在國內(nèi)使用，普及率最高，有些高校的電路專業(yè)還專門設(shè)有Protel課程，幾乎所有的電路公司都要用到它。早期的Protel主要作為印刷版自動布線工具使用，現(xiàn)在普遍使用的是Protel99SE，它是個完整的全方位電路設(shè)計系統(tǒng)，包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設(shè)計（包含印刷電路板自動布局布線），可編

104、程邏輯器件設(shè)計，圖標(biāo)生成，支持宏操作等功能，并具有Client/Server(客戶服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等)。使用多層印刷線路板的自動布線，可實現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。Protel軟件功能強大、界面友好、使用方便，但它最具代表性的功能是電路設(shè)計和PCB設(shè)計。</p><p>　　以上各個電力系統(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)

105、域也有所側(cè)重。</p><p>　　4.2 MATLAB簡介</p><p>　　MATLAB 一詞是Matrix Laboratory （矩陣實驗室）的縮寫。20世紀(jì)70年代后期，時任美國新墨西哥大學(xué)計算機科學(xué)系主任的Cleve Moler 教授為減輕學(xué)生編程負(fù)擔(dān)，為學(xué)生設(shè)計一組調(diào)用LLINPACK 庫程序的“通俗易用”的接口，此即用Fortran編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。此后，M

106、ATLAB軟件的功能不斷得到豐富和發(fā)展。</p><p>　　MATLAB是美國MATH WORK公司1984年開始推出的一種簡潔的工程計算語言，它是以矩陣計算為基礎(chǔ)，把計算、可視化、程序設(shè)計融合到一個交互的工作環(huán)境中。</p><p>　　在國際學(xué)術(shù)界，MATLAB已經(jīng)被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)計算標(biāo)準(zhǔn)軟件。MATLAB將數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理、圖形功能和系統(tǒng)仿真融為一體，使用戶在易

107、學(xué)易用的環(huán)境中解決問題，如同書寫數(shù)學(xué)公式一樣，避免了傳統(tǒng)的復(fù)雜專業(yè)編輯。</p><p>　　Simulink 是在MATLAB 環(huán)境下用于動態(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控制系統(tǒng)直接進行模擬，很明顯，這可以將一個原本很復(fù)雜的系統(tǒng)變得相當(dāng)容易輸入。</p

108、><p>　　SIMULINK是一種強有力的仿真工具，它能讓使用者在圖形方式下以最小的代價來模擬真實動態(tài)系統(tǒng)的運行。SIMULINK準(zhǔn)備有數(shù)百種預(yù)定義系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進有效的積分算法和直觀的圖示化工具。依托SIMULINK強健的仿真能力，用戶在原型機制造之前就可建立系統(tǒng)的模型，從而評估設(shè)計并修補瑕疵。SIMULINK具有如下特點：</p><p>　　（1） 建立動態(tài)系統(tǒng)的模型并進行仿真。S