电力系统仿真结课报告

电力系统仿真

课程报告

院系：自动化学院

专业：电力系统及其自动化学号：************ *名：***

时间：2015年1月6日

1研究对象

1.1三机九节点系统模型

图1.1 WSCC-9系统模型

图1.1是一个三机九节点的系统阻抗图，图中给出的阻抗参数都是以100MV A为基准的标幺值。该图中包括三台发电机，三台双绕组变压器，九条母线（节点）和三个负荷。本文将对该系统的动态过程进行相应的仿真分析。

1.2系统参数

1.2.1节点参数

按照节点类型，9个节点分为，给出已知参数如下表：

上表中发电机有功、无功出力和负荷的有功无功功率均为以100MV A为基准时的标幺值。

1.2.2支路参数

表1.2 支路参数

上表中所有的参数均为标幺值，对于变压器支路。最后三行表示三台变压器参数，已经计算出变压器的等效电抗并直接在表格中给出。

1.2.3发电机参数

对于发电机，采用二阶经典模型，并对系统作出如下假设：

(1)输入的机械功率保持恒定；

(2)忽略阻尼效应；

(3)负荷采用恒阻抗模型。

以上阻抗参数均以标幺值表示，额定转速下存储的能量（H）也转化为以100MV A 为基准的标幺值。

1.3需要求解的动态过程

系统稳定运行时，0s时刻在线路5 – 7末端靠近母线7附近发生三相短路故障，故障持续5个周期（0.083s），仿真0s – 0.083s时的动态过程；然后切除5 – 7线路，仿真0.083s – 2s时的系统动态过程[1]。

2动态仿真过程

2.1仿真总流程

图2.1 仿真过程总流程

2.2 潮流计算流程

潮流计算采用牛顿——拉夫逊法，此方法的具有良好的收敛性，其解算过程理论依据如下。

极坐标形式的功率方程

(cos sin ),(1,2,,n)(sin cos )

i i j ij ij ij ij j i

i i j ij ij ij j i P U U G B i Q U U G B θθθθ∈∈⎧=+⎪=⎨

=-⎪⎩

∑∑ (2.1)

将其改写为增量的形式 有功功率：

111111112222222211,11,1,1,1,1(cos sin )0

(cos sin )0

(cos sin )0

s j j j j j j s j j j j j j n n s n j n j n j n j n j j n P P U U G B P P U U G B P P U U G B θθθθθθ∈∈-------∈-⎧∆=-+=⎪⎪

∆=-+=⎪⎨

⎪⎪

∆=-+=⎪⎩

∑∑∑ (2.2)

无功功率：

11,11,1,1,1,122,22,2,2,2,21n 1,1n r 1,n r 1,n r 1,n r 1,1(sin cos )0

(sin cos )0

(sin cos )0

s j j j j j j s j j j j j j n r r s n r j j j j j j n r Q Q U U G B Q Q U U G B Q Q U U G B θθθθθθ∈∈--------------∈--⎧∆=--=⎪⎪

∆=--=⎪⎨

⎪⎪

∆=--=⎪⎩

∑∑∑ (2.3) 以上两式经泰勒级数展开可线性化为：

1

1112

1,n 111121,1221222,121222,11,11,21,11,11,21,1111121,111121,1121

222,12121n n n n n n n n n n n n n n n n r P H H H N N N P H

H H N N N H H H N N N P M M M L L L Q M

M M L Q Q ------------------∆⎡⎤⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎣⎦

11

11222,1221,11,2

1,1

1,1

1,2

1,111///n n n r n r n r n r n r n r n r n r n r n r U U L L U U M

M M L L L U U θθθ----------------------∆⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥∆⎢

⎥⎢

⎥⎢

⎥⎢⎥⎢

⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢

⎥⎢⎥⎢

⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥

⎢⎥∆⎢

⎥⎢⎥⎢

⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎣⎦⎣⎦

上式可简写为：

⎡⎤

⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦

⎣⎦

ΔθΔP H N =-ΔU ΔQ M L U (2.4)

进一步改写为： Δy =-J Δx (2.5)

即

-1Δx =-J Δy

(2.6)

其中J 为雅可比矩阵，在每次潮流计算结束后，通过式(2.6)得出修正量，根据修正量对x 的值进行修正，并再次计算潮流，直到精度达到给定的精度限制值。

图2.2 潮流子程序流程图

通过潮流计算可以得到每一个节点的电压幅值和角度，得到每个节点的有功功率和无功功率，这些数据是进一步分析动态过程的基础。

2.3 计算发电机初态

在动态分析时，首先应将发电机和负荷用相应的模型等效。本文将发电机等效为二阶经典模型，将负荷等效为恒阻抗负荷。

图2.3 发电机等效模型

本系统中具有三台发电机，因此会引入三个内节点。因此节点导纳矩阵Y 将增广到12阶[2]。可表示为：

33

391212

9399⨯⨯⨯⨯⨯⎡⎤

=⎢⎥⎣⎦

Y Y Y Y Y 在33⨯Y 中：

'1

,1,2,3j ii di

Y i x =

= (2.7)

在39⨯Y 和93⨯Y 中：

'1

,1,2,3j ii di

Y i x =-

= (2.8)

在99⨯Y 中：

'1

,1,2,3j ii ii di

Y Y i x =+

= (2.9)

22

j ,5,6,8i i

ii ii i i P Q Y Y i V V =+

-= (2.10)

将网络等效在发电机内节点构成的网络中，可以得到一个3阶的降阶节点导纳矩阵，该矩阵可由以下关系解出：

133399993-⨯⨯⨯⨯=-Y Y Y Y Y

(2.11)

i i

E δ∠I