简单电力系统暂态稳定性计算与仿真

重庆大学网络教育学院毕业设计（论文)题目 简朴电力系统的暂态稳定性计算与仿真学生所在院校 批次层次 专业 学 号 学 生 指 导 教师 起 止 日 期 .7.8-.09.1 简朴电力系统的暂态稳定性计算与仿真摘 要电力系统是一种复杂的动态系统，系统一旦浮现稳定性问题，也许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，浮现的多种故障，会给发电厂以及顾客和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有也许导致电力系统事故的扩大,特别大区域联网背景下的电力系统故障将会给经济、社会导致重大损失，因此保证电力系统安全稳定运营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实验也许性很小,迫切规定运用电力仿真来解决这些问题,本文运用MATLB的动态仿真软件imik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,仿真成果表白:故障切除时间越短,发电机阻尼越大,系统越容易稳定。核心词:电力系统事故 单机无穷大电力系统暂态稳定性 MATLA 仿真模型目 录摘要1引言2电力系统的暂态稳定性简介12.1 电力系统暂态稳定2.2 电力系统暂态稳定研究的目的及意义222.1目的22.22 意义22.3 国内外现状及发展趋势2. 电力系统暂态稳定性探析6.1 引起电力系统大扰动的重要因素.4.2 提高电力系统暂态稳定性的措施62.4.系统在不同状态下发电机的功率特性62 小结93简朴电力系统的暂态稳定性计算与仿真93.1系统选定3.2网络参数及运营参数计算13.1各元件参数归算后的标幺值102. 运算参数的计算成果1.3系统转移电抗和功率特性计算134系统极限切除角计算23.5 发电机摇晃曲线t计算236 Simn模型及仿真成果13. 小结94结论与展望参照文献01 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营方式,遭受大干扰后,同步发电机及负荷与否仍能正常运营的问题。在多种大干扰中以短路故障最为严重,因此一般都以此来检查系统的暂态稳定性1。在电力系统规划、设计、运营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，还可以研究和考察多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营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措施重要有三类,即:时域仿真法（也可称为逐渐积分法或数值解法、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,并获得了一定成果。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,运用ATAB的时域仿真法对简朴电力系统暂态稳定性做某些仿真， 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 电力系统暂态稳定电力系统暂态稳定性，指的是正常运营的电力系统承受一定大小的、瞬时浮现但又立即消失的扰动后恢复到近似它原有的运营状况的能力;或者，这种扰动虽不消失,但系统可以从原有的运营状况安全地过渡到新的运营状况的也许性。本文以一种单机无穷大系统(如图21所示)为例,对该系统受外界干扰时的暂态稳定性进行分析,在模型中设立两相接地短路，通过同步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.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）是导致系统暂态稳定破坏的重要因素，因此减少大扰动后发电机的加速功率是一方面考虑的措施6。短路故障的类型和发生及切除时间可用三相短路模块（TePseFault）来进行设立。.2 电力系统暂态稳定研究的目的及意义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。人们在给电力系统予以繁多技术手段并获以更多经济效益的同步,也使得系统稳定性破坏事故所波及的范畴更加广泛；同样,电力市场的逐渐开放也使电力系统运营方式越灵活多变,对系统稳定性的实时性判断规定就更高了。与此同步，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浮现,系统运营更加接近极限状态,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，往往导致大范畴、较长时间停电,在最严重的状况下，则也许使电力系统崩溃和崩溃。因此,精确、迅速地分析电力系统在大扰动下的暂态稳定行为,必要时采用合适的控制措施,以保证系统对暂态稳定性的规定，是电力系统设计及运营人员最重要也是最复杂的任务之一。.国内外现状及发展趋势电力系统的互联，为我们带来了明显的经济效益，同步随着电力系统的规模扩大,引起系统事故的也许性就越大,系统中任一元件发生故障均有也许引起事故扩大。电网构造与否强健、安全自动装置与否健全，管理与否妥当等，稍有一种环节浮现问题均有也许使系统陷入稳定危机，甚至导致大面积停电，乃至全网崩溃，将给国民经济导致重大损失。因此国内外大型电力系统的运营与规划都将电力系统的安全评估置于重要地位。随着“西电东送、南北互供、全国联网”战略的全面实行,到左右,国内将建成世界上罕见的跨区域和远距离传播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，充足运用西部地区丰富的水力资源，还可以减少备用容量，进行区域间的互相功率增援和实现错峰效益。另一方面，互联电网的缺陷是，由于对事故的连锁反映，也许浮现大面积停电。96年月2日和8月l0日美国西部大面积停电事故的核心特性是,解除一条线路后，其他线路被迫承当被解列线路的负荷,而失去一条线路的网络进一步过载,从而引起连锁反映和导致系统崩溃。随着电力市场的发展，电力系统的重构和解除管制,在主网基本上建立起来的现代互联电网在区域间传播的功率将日益增长。这种需求进一步增长了输电系统的压力。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,给国民经济导致重大损失。在国内 ,由于电网构造相对单薄，重负荷长距离线路较多，因而稳定事故的发生较为频繁。据记录,988-190年全国电网稳定事故，平均每年有47次稳定事故,总损失电量为80.3万kWh,社会上由于停电导致的损失就更大了。国内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、稳定和经济运营是一种极其重大和迫切的研究课题。在电力系统中，随着偶尔事故的发生，电力系统能否经受住随后发生的暂态过程并过渡到一种新的稳定状态，是电力系统安全评估的重要内容。用暂态分析措施去评估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登记表白，暂态稳定破坏的事故率居于首位，从而暂态稳定分析构成动态安全评估的主体。对于国内电网来说，其覆盖面积大,构造单薄，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原则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，联系线的作用从紧急增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。目前的中国已步入大电网、高电压和大机组的时代。随着国内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措施和安全稳定控制技术的研究和应用，已成为电力生产、运营、科研和制造部门的重要任务，不管在任何状况下,电力调度运营部门都要把电力系统安全稳定运营放在首位。国内外电力系统分析构成动态安全评估的主体，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，近年来世界各地也浮现了某些大的电力系统，这些系统一般具有范畴广、强非线性的特点。随着电力市场化和区域联网的不断推动,电网运营状态越发复杂多变且接近其极限水平，在运营中,由于某种破坏性的因素，有时会引起电力系统崩溃的问题,如发生在8月14日的美加大停电，月3日的印度电网大停电。这都给国内的电网的运营带来了诸多启示。我们懂得,美国的电网是错综复杂的，此前曾经觉得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。事实上,美国电网的每段输电线比较短，这就导致了有诸多节点;此外,美国是个资本主义国家,电网在运营的时候考虑的更多的是经济因素，因此在美国电网中存在有比较老旧的设备。诸多因素导致了美加大停电，其实这也不是偶尔现象了，在此之前美国已经浮现过两次规模较大的停电了。印度电网,印度同中国同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，但和国内尚有较大的差距。据BP发布的世界能源记录回忆记录，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局限性。7月印度两天之内持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营状况来看，线路跳闸前,电网已严重超过其稳定限额运营，从而导致大面积停电。电力系统暂态稳定ATLAB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。由于从全球来看,大面积停电并不罕见。因此电力系统的暂态稳定仍然是个重要的课题。电力系统的互联,可以带来明显的经济效益，但是长期以来,“分省平衡”的方略成为国内电力发展的重要弊端，严重地制约着国内电力资源的优化配备,全国联网的进程明显滞后。同步,电网的互联使得电力系统的规模变大,从而引起事故的也许性也越大。如果电网不够强健，自动安全装置不够健全管理不得当，均有也许破坏系统的稳定,导致大面积停电,甚至全网崩溃。以厂网分开为重要内容的电力体制改革实行后,国内电网建设的步伐明显加快,并且根据国内电网的特点和发展趋势，制定了“西电东送、南北互供、全国联网”的电网发展战略,大力推动跨区输电、跨区联网,其目的就是为了增进电力资源在更大范畴内的优化配备。截至到，以三峡工程为核心，以华中电网为依托，向东南西北四个方向辐射联网的输电线路已基本建成。以北、中、南三大西电东送通道为主体南北网间多点互联、纵向通道联系较为紧密的全国电网互联的格局已基本形成。“十一五”期间，除实行已经明确的三峡右岸至上海直流工程外,规划建设的重要工程尚有西北至华北直流输电工程,西北与川渝联网工程,华中与华北背靠背联网工程,同步加大山西阳城送电华东的力度并实现华北与华东联网。“十一五”末期,配合三峡地下电站开发,建设向华北送电的支流输电工程,南北之间将形成以三峡为支撑的主干通道。根据电力建设行业记录分析报告显示，截止6月底，全国6000千瓦及以上电厂发电设备容量达到11421万千瓦。而据BP发布的世界能源记录回忆记录显示，国内发电量高达56.亿千瓦时,居世界第一，即便如此,国内的发电量还是局限性的。值得一提的是,水电建设方面,依托三峡工程,国内70万千瓦水轮机组实现国产化。11月5日，世界首台单机容量80万千瓦的水轮发电机组在金沙江向家坝水电站投产,标志着国内水电技术走在世界前列。目前,国内尚未浮现大面积的停电，但事实上我们的居民生活中时常停电，特别是夏天和冬天,但大多数状况下，是电力部门积极做的拉闸限电，而非事先浮现了什么故障，也就是说这是由于发电量局限性导致的，因此国内的发电量尚有待于提高,相对地,电网的暂态稳定性的研究也是一种重大的课题。如此大规模的全国电网互联系统的形成将大大有助于电力资源在全国范畴内的优化配备。但是由于国内电网的网架相对单薄、负荷与发电中心地理位置较远联系线负载较重,局部故障的发生也许引起整个系统的安全稳定问题。因此，如何保证这样一种超大规模电力系统的安全、稳定和经济运营,成为摆在我们面前的一种巨大的难题。若可以实现对全国电力系统运营状态的实时甚至是超实时仿真,就能为在线预决策和电力系统稳定控制打下坚实的基本,对电力系统的安全、稳定运营无疑是一种巨大的保证,具有深远的现实意义。由于机电暂态仿真的计算量非常大,根据既有的条件，要对全国联网电力系统的机电暂态过程进行实时仿真目前还无法实现。而随着并行解决技术的不断发展，特别是可扩展、高性价比的PC集群系统的浮现，使这个目的实现的也许性越来越大。电力系统暂态稳定性分析对于运营部门必不可少，对电力系统的规划设计部门选择方案也有重要的参照价值,是一种长期不衰的研究领域。目前，在电力系统中获得实际应用的暂态稳定分析措施重要有两类，即时域仿真法和直接法。时域仿真法浮现较早，是分析电力系统动态稳定最成熟有效的措施。该措施最大的长处是直观、可靠，展示了电力系统的机电暂态过程,可以提供系统多种变量的时间响应，并且具有广泛的模型适应性。直接法浮现于上世纪五十年代，是目前惟一基于稳定理论分析电力系统暂态稳定性的措施。由于该措施尚存在某些问题，目前只能作为电力系统暂态稳定性分析的辅助手段。鉴于它具有完善的理论基本并具有定量分析的优势,仍不失为电力系统暂态稳定性分析的重要工具。除此之外,国外还对模式辨认法、专家系统法、神经网络法、灾变理论、混沌理论8、小波变换等在暂态稳定方面的应用进行了研究,但这些措施目前尚未到实用阶段。此外一种措施是采用并行计算的措施加快计算速度，这些措施也还在研究中。5时域仿真法（数值解法)是暂态稳定分析基本措施,它以稳态工况或潮流解为初值，对发电机转子运动方程组联立求解或交替求解,逐渐求得状态量和代数量,并根据发电机的转子摇晃曲线来鉴定系统在扰动下能否保持同步。本文采用了Mta的时域仿真法对电力系统暂态稳定进行了仿真分析,运营于Simuli下的PB(Pw ystem Bockt)是针对电力系统的工具箱，从Mtl6.0开始它被重新命名为SS(SimPowrSyses）.该工具箱的研究领域是用微分方程刻画的电力系统动态过程，如电磁暂态与机电暂态分析以及电力电子设备的仿真。MATABSP提供了丰富的电力及电气系统元件模型,可以迅速地组建仿真模型， 从而实现电力系统的仿真计算,效率高并且灵活以便。2.4 电力系统暂态稳定性探析2. 引起电力系统大扰动的重要因素9(1)切除或投入系统的重要元件,如发电机、变压器及线路等；(）负荷的忽然变化,如投入或切除大容量的顾客等;（3)发生短路故障。.4.2 提高电力系统暂态稳定性的措施1(1)迅速切除故障和自动重叠闸。()强励或迅速关闭气门。（3)电气制动及变压器中性点经小电阻接地。（4)采用单元接线方式。(5)连锁切机及切除部分负荷。(6）系统解列、异步运营和再同步。24.3 系统在不同状态下发电机的功率特性111如图2.所示为一正常运营时的简朴电力系统及其等值电路,发电机通过变压器和双回线路向无限大系统送电。发电机在正常运营、故障以及故障切除后种状态下的功角特性曲线如图23所示。图.2 简朴电力系统及其等值电路) 正常运营方式及其等值电路 b) 故障状况及其等值电路 c) 故障切除后及其等值电路图2 简朴系统正常运营、故障及故障切除后的功率特性(1)正常运营时。发电机的功率特性曲线为PI,此时向无穷大系统输送的功率P与原动机输出的机械功率P相等(假设扰动后保持不变)。图2.3中的点即为正常运营发电机的运营点,此时功角为0。(2)故障期间。发生短路后功率特性立即降为P，但由于发电机组转子机械运动的惯性所致,功角不也许突变，仍为，发电机的运营点由a点跃降至短路时功角特性曲线P上的b点,输出功率明显减少,而原动机机械功率PT不变，故产生较大的过剩功率。故障状况愈严重,P功率曲线幅值愈低( 三相短路时为零)。则过剩功率愈大。在过剩转矩的作用下发电机转子将加速，其相对速度(相对于同步转速)和相对角度逐渐增大，使运营点由b点向c点移动。如果故障始终存在,则始终存在过剩转矩,发电机将不断加速,最后与无限大系统失去同步。(3)故障及时切除后。事实上,短路故障后继电保护装置将迅速动作切除故障线路。假设在c点时将故障切除,则发电机的功率特性变为P，发电机的运营点从c点忽然变至e点(同样由于不能突变）。这时，发电机的输出功率比原动机的机械功率大,使转子受到制动,转子速度逐渐减慢。但由于此时的速度已经不小于同步转速,因此相对角度还要继续增大。假设制动过程延续到f点时转子转速才回到同步转速，则角不再增大。但是,在点是不能持续运营的，由于这时机械功率和电磁功率仍不平衡，前者不不小于后者。转子将继续减速，开始减小,运营点沿功率特性P由f点向e、k点转移。在达到k点此前转子始终减速,转子速度低于同步速。在点虽然机械功率与电磁功率平衡，但由于这时转子速度低于同步转速,继续减小。但越过k点后来机械功率开始不小于电磁功率,转子又加速,因而始终减小到转速恢复同步转速后叉开始增大。此后运营点沿着P开始第二次振荡。如果振荡过程中没有任何能量损耗,则第二次又将增大至f点的相应角度，后来就始终沿着P往复不已的振荡。事实上，振荡过程中总有能量损耗，或者说总存在着阻尼作用,因而振荡逐渐衰减,发电机最后停留在一种新的运营点k上持续运营。点即故障切除后功率特性P与T的交点。图画出了上述振荡过程中负的过剩功率，转子角速度和相对角度随时间变化的情形（图中考虑了阻尼作用）。图24 振荡过程(4)如果故障线路切除得过晚,如图.5所示。这时在故障线路切除前转子加速已比较严重，因此当故障线路切除后，在达到与图.3中相应的点时转子转速仍不小于同步转速。甚至在达到点时转速尚未降至同步转速，因此就将越过h点相应的角度h。而当运营点越过h点后,转子又立即承受加速转矩，转速又开始升高，并且加速度越来越大，将不断增大，发电机和无限大系统之间最后失去同步,失步过程如图2.6所示。图25 故障切除过晚的情形 图26失步过程由上可见,迅速切除故障是保证暂态稳定的有效措施。前面定性地论述了简朴系统发生短路故障后，两种暂态过程的结局，前者显然是暂态稳定的,后者是不稳定的。由两者的变化曲线可见,前者的第一次逐渐增大至m(不不小于0)后即开始减小，后来振荡逐渐衰减;后者的在接近(h)时仍继续增大。因此，在第一种振荡周期即可判断系统稳定与否。2.5 小结综上所述，系统暂态稳定与否是和正常运营的状况(决定机械功率与电磁功率大小）以及扰动状况（发生什么故障、何时切除)紧密有关的。为了精确判断系统在某个运营方式下受到某种扰动后能否保持暂态稳定,必须通过定量的分析计算。3 简朴电力系统的暂态稳定性计算与仿真分析3.1 系统选定选用如图2所示的单机无穷大系统,分析在点发生两相接地短路，通过线路两侧开关同步断开切除故障线路后，系统的暂态稳定性。参数条件如下:发电机的参数：GN352.5VA, PN=300W，N=105V，轴同步电抗xd=1.0,d轴暂态电抗x=0.25,d轴次暂态电抗xdO252，q轴同步电抗x.,q轴暂态电抗q=O.243,漏抗l=O.1,d轴短路暂态时间常数Td=.01，轴短路次暂态时间常数Td=5,q轴开路次暂态时间常数q0=O.1,定子电阻Rs=0.028，H(s)=4s；惯性时间常数TJN=7.8s；负序电抗:x2=0.2。变压器T-l的参数:TN=360VA,UST1=14,T=1.42；变压器T的参数:STN=360VA，UST2%=14，kT220/2。线路的参数:=20km,UN20kV,=O.1/km，r=0.07/km,线路的零序电抗为正序电抗的5倍。运营条件:=115k，P20MW,os0=0.9。3.2网络参数及运营参数计算取SB20VA,UB=11kV。为使变压器不浮现非原则变比，各段基准电压为UB=UkT2=11kV=20.V,UB= UBkT=20kV =9.07V3.各元件参数归算后的标么值112Xd=1.=0.95 X=xq=1.057 Xdd=0.5=0.238RLL=0.7250.XT1=0.14013X2=014=.18XL=xLl041250=08 XL0=5L2.3X2=x2=2=01TJ=N=7.8=0.998sXL=XT1+XL+XT=.13+56+0.108=0.51Xd=X+L=0.9+0531=1481Xq=Xq+X=0.+0511.101XdX+L=.23+0.51=0.69.22 运算参数的计算成果o=;Po=1;Qo=Potan0=329Eo=.47 o=arctn=1.543.3 系统转移电抗和功率特性计算1910112当f点发生两相短路时的负序和零序等值网络如图1a、所示。图序网及短路时的等值电路图a)负序网络 b）零序网络 e)短路时的等值电路X2=0178X0=0.1两相接地时的短路附加电抗为0.72短路时的等值电路如图1c所示,系统的转移电抗和功率特性分别为X=T1+XT2+=2823=i.5s4故障切除后系统的转移电抗和功率特性分别为X=+XT+L+XT2=102si.384sin34 系统极限切除角计算69应用等面积定则，可求得极限切除角clim为cl=arcos=1.1102式中,临界角=-arcsin=234,即由弧度换算为度数为:ci=63.61，33.7。35发电机摇晃曲线-计算1011114在上述简朴系统中，通过求解转子运动方程得出系统的运动轨线，进而判断系统的暂态稳定性。短路故障期间发电机摇晃曲线t即转子的运动方程为 5-1已知上式两个一阶的非线性常微分方程的起始条件如下:t0；=1;=0=。当计算出故障期间的曲线后，就可由曲线找到与极限切除角相应的极限切除时间。如果问题是已知切除时间，而需规定出-曲线来判断系统的稳定性,则当-曲线计算到故障切除时，出于系统参数变化，以致发电机功率特性发生变化，必须开始求解故障切除后的微分方程,即 5-2起始条件为:ttc；=c；=c。其中，t为给定的切除时间，c、c为与tc时刻相相应的和,可由故障期间的t曲线和曲线求得(和都是不能突变的)。这样，由3.5-式可继续求得和随时间变化的曲线。一般讲，在计算几秒钟内的变化过程时,如果始终不超过180,并且振荡幅值越来越小，则系统是暂态稳定的。规定得以3.51，.5-式这样简朴的两个非线性一阶微分方程的解析解是很困难的,在一般的电力系统分析教材中常应用分段计算法和常微分方程数值解法改善欧拉法。本文给出运用Mla求解发电机摇晃曲线的例程,由于Mata在求常微分方程数值解的算法中没有改善欧拉法,因此在编程时采用了龙格-库塔(RuneKuta)法1结合内联函数(le)求解方程。以函数中全局变量传递参数o=pi*50,Tj=10.998,Po=1，Eo=1.7,Uo=l, X1=2.82。确立发电机转子摇晃曲线的微分方程为Yd=(YY(2）-1)*o;(Po(*o/X)*sin（Y（1）)Tj，时间区间设为tspan=00.5,即求解微分方程为t,=oe(Yd,tspn,*p/180;)。建立发电机转子摇晃曲线微分方程程序-.，清单为Yd=nlne（(YY(2)-1）*50;（1-(1.471/282)*sin(Y（)）/1098，t，YY);t，YY=de(Y,.5，31.54*pi80；1）=Y(:,);y=Y（:,2);plt(t,*18pi);tite（系统故障期间的-t曲线);xlal(ts），ylabe(deta/eg)rid on运营程序35.，求解式3.51的微分方程组，得到系统故障期间的t曲线如图3.所示。从图中(或从输出成果中)可查得相应极限切除角clm=63.61的极限切除时间为038。图3. 系统故障期间的-t曲线如果巳知切除时间，运用曲线来判断系统的稳定性,则当-曲线计算到故障切除时，出于系统参数变化,以致发电机功率特性发生变化,必须求解式52的微分方程组。如果切除时间为0.1s（由3.5-1式t曲线查出相应为3743）,此时需要将程序3.5-1.m中修改系统的转移电抗和初始参数，即发电机转子摇晃曲线的微分方程为Y=(Y(2)1）*;(Po-(Eo*Uo/ X)sin(YY(1）)/Tj，时间区间设为tspan00 0.，即求解微分方程为t,Yode4(d，tspa,*i/180;1。03）。建立发电机转子摇晃曲线微分方程程序3.5-2.，清单为Ydinie(YY(2)1)*p*50;（1-(1.7*1/1.02)*s（YY（1)）/10.998，,Y);t,YY=o4(Yd,0.5,37.4*i/18;1.0063)xY(:,1);yYY(:，2);po（t,x*180p）；itle（故障切除后系统的t曲线);xlabel(t/s),lel（dltadg)grdon运营程序.5-2m,求解式.5-2的微分方程组，得到故障切除后系统的-t曲线如图3.3所示。从图中可以看出，（020至0.4135s间）达最大角度为=7.9，到04135s时即开始减小,系统是稳定的。图. 故障切除后系统的-t曲线如果变化惯性时间常数,故障切除后系统的-曲线会有何变化。计及阻尼,分别增大和减小j的值，如将程序3.-2m中Tj值改为3时，即程序3.5-1.m,其-曲线如图.4所示。从图中可以看出,越小，功角越容易稳定。这是由于Tj是反映发电机转子机械惯性的重要参数，它表达当发电机空载时,原动机将额定转矩加到转子上，转子从静止状态启动到转速达额定值时所需的时间。j越小,角加速度值就越大,角速度和功角增长就越缓快,从而系统达到新的平衡点所需的时间也就越短。同步根据=N(PmPe) TjD,Tj越小,Dj值就会越大，系统减速的速度会变快，同样可以得出T越大系统趋于稳定所需的时间就越长。1617图3.4 故障切除后变化Tj值为时系统的-t曲线.6 Simulink建模及仿真成果115按如图2.1 所示的单机无穷大系统，从l主界面r工具菜单中选SimulnkSmPowerSitems单击Blok Liar选击工具栏中的Viw项目单击展开菜单中的ibrary rowsr打开元件库,从中选用需要的元件搭建研究其暂态稳定性的Simik仿真模型如图3.5所示。图35 电力系统暂态稳定性Simli仿真模型图在仿真图中：发电机采用p.u.原则同步电机 “ncrnosMahinp Standard” 模型;两台变压器T均采用“Thee-phastansfnn （ToWindigs)”模型，其参数按照给定设立如图3.6、3.7、.所示。图36发电机模块的参数设立 图.7变压器T1模块的参数设立无穷大系统采用“Theephse our”模型,其参数设立如图3.9所示。图3.变压器-2模块的参数设立 图3. 无穷大系统电源模块的参数设立输电线路Ll、采用三相“”形等值线路“The-Phase I ction Le”模块，参数设立如图.1所示,由于在原始参数中没有给出线路电容值,故设立为一种很小的数值。故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块“hree hase FuIt”来设立，由于故障后线路两侧的断路器应同步断开来切除线路，因此模型中的两个断路器“Three-Phae raer”模块1、2的动作参数应与故障模块中的动作参数设立相配合。如果在仿真开始后的O.ls发生故障,故障后Ols切除线路,则两个断路器模块B1、B的参数设立应如图31所示。 图310 线路Ll、L2的参数设立 图3.11 断路器模块B1、的参数设立在发电机机端和负载端分别接上串联RLC负载模型“Three-Phaseis RLC Lod”。再加入水轮机调速器“yrauc TurbineandGovenor”模块和励磁系统模型“Exitat Systm”。完毕以上设立后,运用ogu模块对电机进行初始化设立。单击Pwrgui模块，打开“潮流计算和电机初始化”窗口,设立发电机节点的类型为P节点,机端电压10V，输出功率30V ,然后更新系统潮流。通过模型窗口菜单中的“SimuationConfiguraion Parmes”命令打开设立仿真参数的对话框，选择离散算法etb并设立仿真起始时间及终结时间,其她参数采用默认设立。在故障点模块中设立系统在.1s时发生AB两相金属性接地短路,故障后0.1s(即两断路器参数设立状态切换时间为0.2s)切除线路。开始仿真，得到发电机转速及变化曲线如图312所示。图3.1 故障.1s后切除线路,发电机转速及变化曲线图变化断路器模块的参数设立,使故障后O.55s(即两断路器参数设立状态切换时间为0.65)切除线路。开始仿真，得到发电机转速及变化曲线如图3.13所示。图33 故障.55后切除线路,发电机转速及变化曲线图从图3.1和图3.13的仿真曲线可以看出,当f点发生两相接地短路故障0.后切除故障线路时，发电机的转速随时间的增长而逐渐减小(逐渐趋于稳定值),因此系统是稳定的；当故障后055切除故障线路时(切除时间已不小于极限切除时间),发电机的转速随时间的增长而增大，系统是不稳定的。.7 小结 通过对图2.1单机无穷大系统的参数计算并建模仿真分析，理解到当电力系统发生故障时,故障解决或解除时间越短,系统越容易进入另一稳定运营状态。因此，在电力系统规划设计及安装运营以及维护过程中，我们必须对电力设备的故障自动恢复（例如重叠闸)或自动解除（保护跳闸)功能做严格规定,并予以相应实验检定。 结论与展望随着现代电力系统的飞速发展,复杂的电力控制系统在技术和安全面对电网的规定越来越高,其也许遇到的多种状况正在考验着电力运营的可持续性和稳定性，期间自动化技术的进步正在弥补这这种巨大落差，更好的对电网系统多种故障的检测和分析成为了目前热门的研究课题，更具有非常实用的现实意义。本文通过选择单机无穷大系统，以Malab/Simuli为电力系统仿真应用平台,通过时域仿真法对简朴电力系统进行了简朴的计算，并通过仿真分析懂得系统故障解除时间的快慢对系统与否能重新稳定是相称重要的。基于atlab的电力系统工具箱,非常以便地搭建了电力系统仿真模型,运用Matab强大的计算功能和可视化编程技术,可提高仿真计算的灵活性和效率,并能为仿真和分析电力系统提供一种新的手段。本次电力系统仿真重要有如下长处： （1）部署成本低，建模效率高，能有效地减少实验风险,并且最大限度的保存了仿真的完整度,通过优化的算法，达到了一定的精确性，可为更加复杂的电力系统研究提供一定性的参照。 (2)易用性强,界面和谐,操作使用非常以便。可以任意增长有关模块,并且可以定制模块元件或代码,交互式应用最大限度的迅速评估不同算法，进行参数优化。有待进一步研究的工作: (1）对故障信号的提取过程尚需要进行进一步的研究。例如说故障测距方面，通过对故障的检测,运用多种不同的措施测量出故障发生的具体位置和时间,以此加深对电力系统应用理解。（2)由于配电网一般是高压电，仿真用到的模型能否优化使其达到更接近现状的匹配，以及仿真成果能否与现实系统运营状况吻合等一系列问题尚有待研究。参照文献1 于群，曹娜.MATLAB/Smlin电力系统建模与仿真M.北京:机械工业出版社，.52 余贻鑫，陈礼义.电力系统的安全性和稳定性M.北京:科学出版社，188.7邵洪泮.电力系统稳定性分析的直接法分析M北京:水利电力出版社,199.4刘湖连.电力系统暂态稳定分析与控制评述J.广东输电与变电技术.14(06)5 李晨，蒋德珑,程生安.电力系统暂态稳定分析措施的现状与发展J.现代电子技术,.35(1)6 李光琦.电力系统暂态分析(第二版)M.北京:中国电力出版社,957 万秋兰，单渊达.相应用直接法分析电力系统暂态稳定性的再结识电力系统自动化,19.22(9) MARIA G A,T C,KIM JHybritansientsbiy analsisJ.Trnacons on ow System，905(2)9 何仰赞,温增银.电力系统分析(第三版)武汉:华中理工大学出版社，.10 夏道止.电力系统分析(第二版）.北京:中国电力出版社,.211韦钢.电力系统分析基本M北京:中国电力出版社,212 于永源,杨绮雯.电力系统分析(第三版）.北京:中国电力出版社，.13 西南交通大学等电力系记录算M.北京:水利电力出版社，9314张辉.电力系统暂态稳定性的数值仿真研究J计算机仿真,.2（0)1 吴天明,谢小竹,彭彬MTLAB电力系统设计与分析M.北京：国防工业出版社,.16 时宇琳，王宝华基于Matlab的电力系统暂态稳定仿真实验与分析J实验室研究与摸索,29（4)17倪以信,陈寿孙，张宝霖动态电力系统的理论和分析M.北京:清华大学出版社，.