【正文】 結(jié)論和展望 ................................................. 22 參考文獻(xiàn) .......................................................... 24 致 謝 ......................................................... 25四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 緒論 隨著電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)發(fā)生故障的影響也越來越大，尤其大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)背景下的電力系統(tǒng)故障將會給經(jīng)濟(jì)、社會造成重大經(jīng)濟(jì)損失，因此保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)。電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)， 一方面，它必須時(shí)刻保證可靠的電能質(zhì)量；另一方面，它又處于不斷的擾動(dòng)之中，擾動(dòng)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、類型、嚴(yán)重程度均具有較大的隨機(jī)性。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，一旦發(fā)生穩(wěn)定性問題，系統(tǒng) 可能會在幾秒內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重后果。對于系統(tǒng)某一特定的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，以及對于某一特定的擾動(dòng)，如果在擾動(dòng)后系統(tǒng)能達(dá)到一個(gè)可以接受的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)運(yùn)行處于暫態(tài)穩(wěn)定。在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作中都要進(jìn)行大量的暫態(tài)穩(wěn)定分析。通過暫態(tài)穩(wěn)定分析，可以看到各種穩(wěn)定措施的效果以及穩(wěn)定控制的性能。因此，通過時(shí)域仿真來驗(yàn)證電力系統(tǒng)在某一狀態(tài)時(shí)是否穩(wěn)定，具有重要的理論和實(shí)際意義。 第一章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)震蕩或非周期性失步，自動(dòng)恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)幾乎時(shí)時(shí)刻刻都受到小的干擾。例如：系統(tǒng)中負(fù)荷的小變化；又如架空輸電線路因擺動(dòng)引起的線間距離（影響線路電抗）的微小變化等等。因此，電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定問題實(shí)際就是確定系統(tǒng)的某個(gè)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)能否保持的問題。 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行情況下突然受到較大擾動(dòng)后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)或恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這里所謂的大干擾，一般是指短路故障、突然斷開線路或減 小發(fā)電機(jī)出力等。如果受到大的干擾后仍能達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，則電力系統(tǒng)在這種情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。反之，如果系統(tǒng)受到大的干擾后不能再建立穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，而是各發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子間一直有相對運(yùn)動(dòng)，相對角不斷的變化，因而系統(tǒng)的功率、電流和電壓都不斷震蕩，以致整個(gè)系統(tǒng)不再能繼續(xù)運(yùn)行下去，則稱為系統(tǒng)在這種運(yùn)行情況下不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。引起電力李俊 ： 電力 系統(tǒng)的研究 6 系統(tǒng)大擾動(dòng)的原因很多，歸納起來，主要有以下幾種。 一、 引起電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的主要原因 （ 1）負(fù)荷的突然變化。如切除或投入大容量的用戶引起較大的擾動(dòng)。 （ 2）切除或投入系統(tǒng)的主要元件。如切除或投入較大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和較重要的線路引起的大的擾動(dòng)。 （ 3）電力系統(tǒng)的短路故障。它對電力系統(tǒng)的擾動(dòng)最為嚴(yán)重。在短路故障中，其中以三相短路最為危險(xiǎn)，引起電力系統(tǒng)的擾動(dòng)最大，于是系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性常常遭到破壞。但此種嚴(yán)重故障發(fā)生的次數(shù)最少，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高壓電力系統(tǒng)中發(fā)生三相短路的次數(shù)一般占總短路次數(shù)的 6%~7%左右。 兩相接地短路和兩相短路對于電力系統(tǒng)的擾動(dòng)也較大，其中兩相接地短路的危害程度僅次于三相短路。但在一般的高壓系統(tǒng)中發(fā)生這兩種短路的次為 23%~24%左右，比三相短路發(fā)生的次數(shù)要多。 單相短路在高壓系統(tǒng)中發(fā)生的次數(shù)最多，一般可占 70%左右。但單相短路對系統(tǒng)的擾動(dòng)在短路故障中是最小的，其中瞬時(shí)性雷擊單相短路又占單相短路的70%左右，它對系統(tǒng)的影響就更小了。 二、 暫態(tài)過程按時(shí)間分為下面三個(gè)階段 （ 1）起始階段：指故障后約 1s內(nèi)的時(shí)間段。在這期間系統(tǒng)中的保護(hù)和自動(dòng)裝置有一系列的動(dòng)作，例如切除故障線路和重合閘、切除發(fā)電機(jī)等。但是在這個(gè)時(shí)間段中發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)還來不及起到明顯的作用。 （ 2）中間階段：在起始階段后，大約持續(xù) 5s左右的時(shí)間段。在這期間發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)已發(fā)揮作用。 （ 3）后期階段：中間階段以后的時(shí)間。這時(shí)動(dòng)力設(shè)備中的過程影響到電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程。另外，系統(tǒng)中還將由于頻率和電壓的下降，發(fā)生自動(dòng)裝置切除部分負(fù)荷等操作。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 三、 暫態(tài)穩(wěn)定的分析方法 （ 1） 暫態(tài)穩(wěn)定性與否和原來運(yùn)行方式及干擾種類有關(guān)。 （ 2） 系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過程是一個(gè)電磁暫態(tài)過程和機(jī)電暫態(tài)過程匯合在一起的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程，它們互相作用、互相影響。 第二章 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中易受到多種因素的影響而發(fā)生故障，威脅系統(tǒng)的安全可靠性，因此迅速、準(zhǔn)確地探測出電纜故障并對其進(jìn)行分析，對提高供電可靠性、減少故障修復(fù)費(fèi)用及停電損失具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值 [1]。目前，線路保護(hù)已經(jīng)進(jìn)入微機(jī)保護(hù)時(shí)代，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的信號處理仍以分析為主，同時(shí)考慮到電力運(yùn)行實(shí)際情況，在 Matlab/Simulink 平臺下更好的運(yùn)用仿真手段更突出了現(xiàn)實(shí)意義。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的控制 電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定控制是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線。暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到大干擾 ( 如短路故障 , 突然增加或減少發(fā)電機(jī)出力、大量負(fù)荷 , 突然斷開線路等 ) 后 , 各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的能力 , 通常指第一或第二振蕩周期不失步。提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施是多樣的 , 本文以單機(jī) — 無窮大系統(tǒng)為例 , 主要利用 matlb 軟件對單機(jī) — 無窮大系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對線路發(fā)生接地短路故障在一定時(shí)間內(nèi)切除后，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化情況 ,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化又影響了電力系統(tǒng)中電壓、電流和發(fā) 電機(jī)電磁功率的變化。通過仿真參數(shù)來證明電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定方面的理論。 MATLAB及 SimPowerSystem 簡介 MATLAB 是 Matrix Laboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）的縮寫，由 Mathworke 公司開發(fā)的一套功能強(qiáng)大的軟件，最早它主要用于科學(xué)計(jì)算。后來隨著 MATLAB 功能的不斷增強(qiáng)和應(yīng)用的普及，很多領(lǐng)域的專家為 MATLAB 寫了專門的工具箱，用以拓展 MATLAB 的功能，這大大擴(kuò)大了 MATLAB 的應(yīng)用范圍。所以現(xiàn)在的 MATLAB 已不僅僅局限與現(xiàn)代控制系統(tǒng)分析和綜合應(yīng)用，它已是一種包羅眾 多學(xué)科的功能強(qiáng)大的技術(shù)計(jì)算語言，是當(dāng)今世界上最優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算軟件之一。它強(qiáng)大的科學(xué)運(yùn)李俊 ： 電力 系統(tǒng)的研究 8 算與可視化功能，簡單易用，開放式可擴(kuò)展環(huán)境，特別是所附帶的 30 多種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學(xué)領(lǐng)域中成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析，算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基本工具和首選平臺 [2]。 配電網(wǎng)的故障現(xiàn)狀及分析 電力系統(tǒng)中壓配電網(wǎng)一般采用不直接接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，因其發(fā)生接地故障時(shí)，流過接地點(diǎn)的電流小，所以稱為小電流接地系統(tǒng)。此系統(tǒng)中接地故障最高，由于三個(gè)線電壓仍然對稱，不影響負(fù)荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘， 但接地后非故障相電壓會升高，長時(shí)間帶故障運(yùn)行會影響系統(tǒng)安全，因此需要對故障時(shí)刻和故障線路進(jìn)行檢測。另外故障初期接地點(diǎn)常常伴有很大的接地電阻，各次諧波電流分量很小這將影響故障檢測的靈敏度。因此，需要具有很強(qiáng)的處理微弱信號能力的數(shù)字信號處理方法去分析非平穩(wěn)信號。 對配電網(wǎng)接地短路故障的研究，主要有利用短路后的穩(wěn)態(tài)分量、諧波分量和暫態(tài)分量等幾種方法。利用故障后的穩(wěn)態(tài)分量進(jìn)行故障檢測，存在的問題是接地穩(wěn)態(tài)分量太小常導(dǎo)致選線裝置不能正確動(dòng)作而且該方法要求有一個(gè)持續(xù)的穩(wěn)態(tài)短路過程因此在發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)便不再適用，因 此利用能對突變的微弱的非平穩(wěn)故障信號進(jìn)行精確處理的小波分析理論 ,可以很好地分析電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程并提取出故障特征。 電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定控制是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線。暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到大干擾 (如短路故障，突然增加或減少發(fā)電機(jī)出力、大量負(fù)荷，突然斷開線路等 )后，各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施是多樣的。 利用 matlb 軟件對單機(jī) — 無窮大系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對線路發(fā)生接地短路故障在一定時(shí)間內(nèi)切除后，發(fā)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化情況 ,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化又影