简单电力系统暂态稳定性计算与仿真概述

重庆大学网络教育学院

毕业设计（论文）题目简单电力系统的暂态稳定性计算与仿真

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批次层次专业

学号

学生

指导教师

起止日期2013.07.08-2013.09.15

简单电力系统的暂态稳定性计算与仿真

摘要

电力系统是一个复杂的动态系统，系统一旦出现稳定性问题，可能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，出现的各种故障，会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有可能导致电力系统事故的扩大，尤其大区域联网背景下的电力系统故障将会给经济、社会造成重大损失，因此保证电力系统安全稳定运行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试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题，本文利用MATLAB的动态仿真软件Simulink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，仿真结果表明：故障切除时间越短，发电机阻尼越大，系统越容易稳定。

关键词：电力系统事故单机无穷大电力系统暂态稳定性 MATLAB 仿真模型

目录

摘要 (Ⅰ)

1引言 (1)

2电力系统的暂态稳定性简介 (1)

2.1 电力系统暂态稳定 (1)

2.2 电力系统暂态稳定研究的目的及意义 (2)

2.2.1 目的 (2)

2.2.2 意义 (2)

2.3 国内外现状及发展趋势 (2)

2.4 电力系统暂态稳定性探析 (6)

2.4.1 引起电力系统大扰动的主要原因 (6)

2.4.2 提高电力系统暂态稳定性的措施 (6)

2.4.3 系统在不同状态下发电机的功率特性 (6)

2.5 小结 (9)

3简单电力系统的暂态稳定性计算与仿真 (9)

3.1系统选定 (9)

3.2网络参数及运行参数计算 (10)

3.2.1各元件参数归算后的标幺值 (10)

3.2.2 运算参数的计算结果 (11)

3.3系统转移电抗和功率特性计算 (11)

3.4系统极限切除角计算 (12)

3.5 发电机摇摆曲线δ-t计算 (12)

3.6 Simulink模型及仿真结果 (16)

3.7 小结 (19)

4结论与展望 (19)

参考文献 (20)

1 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行方式，遭受大干扰后，同步发电机及负荷是否仍能正常运行的问题。在各种大干扰中以短路故障最为严重，所以通常都以此来检验系统的暂态稳定性[1]。在电力系统规划、设计、运行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，还可以研究和考察各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行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方法主要有三类，即：时域仿真法[2]（也可称为逐步积分法或数值解法、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，并取得了一定成果。[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,利用MATLAB的时域仿真法对简单电力系统暂态稳定性做一些仿真, 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

2.1 电力系统暂态稳定

电力系统暂态稳定性，指的是正常运行的电力系统承受一定大小的、瞬时出现但又立即消失的扰动后恢复到近似它原有的运行状况的能力；或者，这种扰动虽不消失，但系统可以从原有的运行状况安全地过渡到新的运行状况的可能性。

本文以一个单机无穷大系统（如图2.1所示）为例，对该系统受外界干扰时的暂态稳定性进行分析，在模型中设置两相接地短路，通过同时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2.1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-Pe）是导致系

统暂态稳定破坏的主要原因，因此减少大扰动后发电机的加速功率是首先考虑的措施[6]。短路故障的类型和发生及切除时间可用三相短路模块（Three-Phase Fault）来进行设置。

2.2 电力系统暂态稳定研究的目的及意义

2.2.1 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。人们在给电力系统给予繁多技术手段并获以更多经济效益的同时，也使得系统稳定性破坏事故所波及的范围更加广泛；同样，电力市场的逐渐开放也使电力系统运行方式越灵活多变，对系统稳定性的实时性判断要求就更高了。与此同时，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出现,系统运行更加接近极限状态，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，往往造成大范围、较长时间停电，在最严重的情况下，则可能使电力系统崩溃和瓦解。因此，准确、快速地分析电力系统在大扰动下的暂态稳定行为，必要时采取适当的控制措施，以保证系统对暂态稳定性的要求，是电力系统设计及运行人员最重要也是最复杂的任务之一。

2.3 国内外现状及发展趋势

电力系统的互联，为我们带来了显著的经济效益，同时随着电力系统的规模扩大，引起系统事故的可能性就越大，系统中任一元件发生故障都有可能引起事故扩大。电网结构是否强壮、安全自动装置是否健全，管理是否妥当等，稍有一个环节出现问题都有可能使系统陷入稳定危机，甚至造成大面积停电，乃至全网崩溃，将给国民经济造成重大损失。因此国内外大型电力系统的运行与规划都将电力系统的安全评定置于重要地位。

随着“西电东送、南北互供、全国联网”战略的全面实施，到2020年左右，我国将建成世界上罕见的跨区域和远距离传输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，充分利用西部地区丰富的水力资源，还可以减少备用容量，进行区域间的相互功率支援和实现错峰效益。另一方面，互联电网的缺点是，由于对事故的连锁反应，可能出现大面积停电。1996年7月2日和8月l0日美国西部大面积停电事故的关键特征是，解除一条线路后，其余线路