【正文】 ............................................................................................... 23 兩相短路設(shè)計 ....................................................................................................... 25 三相短路設(shè)計 ....................................................................................................... 27 結(jié)論 ............................................................................................................................................... 29 參考文獻 ....................................................................................................................................... 30 謝辭 ............................................................................................................................................... 31 附錄 1 《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》例題 36 的 BPA 潮流計算程序 ............................................. 32 附錄 2 《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題 81 的 BPA 潮流計算程序 ............................................. 33 附錄 3 《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題 81 的 BPA 單相短路暫態(tài)分析程序 ............................. 34 附錄 4 《電力系統(tǒng) 暫態(tài)分析》例題 81 的 BPA 兩相短路暫態(tài)分析程序 ............................. 35 IV 附錄 5 《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題 81 的 BPA 三相短路暫態(tài)分析程序 ............................. 36 故障類型對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析 1 第 1 章 緒論 研究背景 伴隨著世界各國經(jīng)濟的飛 速發(fā)展 ，科學(xué)技術(shù) 和社會發(fā)展 也與時俱進 。 電能是社會發(fā)展 和科學(xué)技術(shù)前進中必不可少 因素 。由于我們處于電氣時代，現(xiàn)階段基本可以認為 ， 電能 已經(jīng)是 人類賴以生存 和發(fā)展的基本能源 保障。因此電力行業(yè)在社會發(fā)展和科學(xué)進步 中 發(fā)揮著舉足輕重的作用。從反方面而言，失去電力工業(yè)的支持和應(yīng)用，那么就一定不會出現(xiàn)現(xiàn)階段如此飛速發(fā)展的社會 經(jīng)濟 和科學(xué)技術(shù) 。 為了 保持著飛速發(fā)展的 社會經(jīng)濟科學(xué)技術(shù)發(fā)展，必須保證 穩(wěn)定的電力系統(tǒng) ，并且有它提供優(yōu)質(zhì)的電能。世界各國 對電力系統(tǒng)運行 和管理有這樣幾個基本要求。第一電能的安全，第二是 優(yōu)質(zhì) 的電能質(zhì)量，第三是 經(jīng)濟 面向 和滿足 用戶 的需求 。 在 世界的生產(chǎn)生活中我們都知道沒有穩(wěn)定的電壓，用電設(shè)備就不能滿足用戶的要 求 ，更嚴重的會影響用戶的生產(chǎn)生活。因此電壓是衡 量電能質(zhì)量的中一個非常重要 的因素 。 學(xué)習和查閱相關(guān)電氣工程及其自動化的專業(yè)的書籍 ， 我總結(jié)出功角和電壓一樣扮演著電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要角色，具體的說是保障電力電力系統(tǒng)穩(wěn)定是否穩(wěn)定運行必不可少 因素 。 因此 保障 供電 系統(tǒng) 功角 穩(wěn)定能使電力系統(tǒng)安全可靠為用戶提供 優(yōu)質(zhì)的 能源 。保障電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性同時能 夠減少 電力系統(tǒng)運行成本。這符合現(xiàn)階段 國家 提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 。 隨著發(fā)電機逐漸形成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性 也成為 是一個 越來越 復(fù)雜的問題， 因此 對它的研究 已經(jīng)成為世界各國電力工作者和 教學(xué) 科研工作者 等 面對 重要問題。 人們 經(jīng)過 多年的 研 究 探索與實踐 經(jīng)驗發(fā)現(xiàn) 系統(tǒng)的功角 能否 穩(wěn)定對 電力系統(tǒng) 穩(wěn)定性有著重大的影響。面對 如此龐大 電力市場挑戰(zhàn)下，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 涉及到 各行各業(yè)各個方面的實際 利益。所以 各類學(xué)者對 電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定 的研究是有必要有目的性的研究 。 電力系統(tǒng) 的功角穩(wěn)定包括 三 個方面的穩(wěn)定 ： 。 在我們研究范圍內(nèi) 電力系統(tǒng) 正常運行時遇 到 某些 小干擾后， 整個電力 系統(tǒng) 不發(fā)生非周期 失步， 通過一段時間后系統(tǒng)能 自動恢復(fù)到 初始正常 運行狀態(tài)的能力 。 與靜態(tài)穩(wěn)定 存在部分 相同點 ， 它們的 不同點是 電力系統(tǒng)遇 到大干擾 ， 系統(tǒng) 是 能 恢復(fù)到初始 正 常狀態(tài)或者還 能 夠達到 新的穩(wěn)定 的 運行狀態(tài)的能力 。 就是說我們所研究的 系統(tǒng)受到干擾后 。 不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步 [1]。 福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 研究意義 從我們的國 家性質(zhì)和現(xiàn)階段的國情出發(fā) ，電力 這個行業(yè) 從建國 到現(xiàn)在和大多數(shù) 能源行業(yè)一樣 ，受 國家壟斷 經(jīng)營 并且管理 的一體化 。 面對人們對電力行業(yè)的巨大需求以及 電力 行業(yè)飛速 的 發(fā)展 等挑戰(zhàn) ， 這種 由國家壟斷的管理方式逐漸 出 現(xiàn)了一些 或大或小的問題。 這些問題主要有 ： 長時間 不可預(yù)測 和控制的停電、發(fā)電廠內(nèi)部設(shè)備浪費、電 歇不穩(wěn)定 等等 [2]。 通過 近年來人們研究 ， 各大國 總結(jié)出不少 寶貴 的 經(jīng)驗 。 另一個重大的問題 是 —— 電力市場。 電力系統(tǒng)的功角 與電力市場有著潛移默化的關(guān)系。兩者無論哪一方出現(xiàn)了問題都將相互影響。為了解決這個問題，在未來可能要 對過去 經(jīng)營進行改革 和創(chuàng)新。 遵循公平競爭 等 原則， 在有限的能源下走可持續(xù)發(fā)展道路，進行 優(yōu)勝劣汰， 取其精華，去其糟粕 ，完善電力工業(yè)體制，根據(jù) 實際情況 提出了新的要求 和方法 。 研究 和探索 的 故障類型對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析問題 就是基于以上進行的 。 在我們國家電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題 尤為突出， 值得我們指出的是我國家是個重電源建設(shè)而輕電網(wǎng)建設(shè)的國家，這樣的模式在建國初期能夠滿足 國家和人民的要求，但是長期的這樣運行，導(dǎo)致對電力系統(tǒng)的電壓控制較為薄弱。這樣就出現(xiàn)了穩(wěn)定性的問題。伴隨著生產(chǎn)生活的進步，目前我國的負荷急速上升同時，如何保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究極其必要的，只有保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定才能達到人們生產(chǎn)生活的要求 。 隨著近幾年的電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展和人們不斷的革新，域仿真法從理論上已經(jīng)是非常成熟，為了更進一步它完善方法，世界各國主要目標是建立更加完善準確的發(fā)電機高階模型和負荷模型；當然選擇更精確有效率的數(shù)值積分方法并且盡可能節(jié)省機時與內(nèi)存，從而加快計算速度，使它更具效率，也是另一個突破方 向。 分析方法 《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》中對功角穩(wěn)定的 分析方法主要以 數(shù)值積分 為基礎(chǔ)的時域仿真法和以 能量函數(shù) 為基礎(chǔ) 的直接法。 本書對于功角穩(wěn)定的分析主要有以下這些方法。第一個是 時域仿真法， 利用 數(shù)值計算 的 方法， 根據(jù)所列出的數(shù)值 求出受擾動微分方程組 關(guān)于 時間 的 解， 做好根據(jù)發(fā)電機的功角的變化來判別電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定 。 將系統(tǒng)中的任意兩臺發(fā)電機轉(zhuǎn)子 功角 是否超過 極限切除角 作為暫態(tài)是否失去穩(wěn)定的判別依據(jù)。 時域仿真方法是從穩(wěn)定性的本質(zhì)出發(fā)，由于它 計算準確可靠，經(jīng)過多年的見證時域仿真法符合工程實際的需 求。 這個方法得到廣泛的利用 。另一個 方法是直接法。 由于時域仿真法的計算量很復(fù)雜 ， 需要的計算的參數(shù)比較多。時域仿真法只能根據(jù)功角來判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定 ，不能得出 穩(wěn)定裕度， 因故障類型對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析 3 此 不能滿足 部分 要求。 更重要的是它輸出信息利用率很低。世界各國為了克服這些缺點，科學(xué)家關(guān)于能量 函數(shù)的直接法由此誕生了。這種方法是根據(jù)能量的角度來做為判別依據(jù)。 原理是就是利用一個輔助函數(shù)（即李雅普諾夫函數(shù)）的性質(zhì)來判斷系電力統(tǒng)穩(wěn)定與否 [2]。 它先 構(gòu)造一個李雅普諾夫函數(shù)，這個函數(shù) 必須符合系統(tǒng)穩(wěn)定。確定 和系統(tǒng)臨界穩(wěn)定 時 所對應(yīng)的 李雅普諾夫函數(shù)值；這樣就可以比較擾動結(jié)束時的李雅普諾 夫函數(shù)值。將利亞若夫的值 和臨界值的大小做為判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性 [2]。近幾年通過不斷的革新，能量函數(shù)的直接法得到的飛速發(fā)展，世界各國已經(jīng)順利的制作出許多性能良好的軟件，但目前直接法在電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算中仍然無法取代時域仿真法的現(xiàn)實 。 本文主要應(yīng)用時域仿真發(fā)進行分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的例子。 研究內(nèi)容 合理科學(xué)的控制電力系統(tǒng)功角既能 提高了 穩(wěn)定性能、電力系統(tǒng)的安全水平，同時給電力行業(yè)從經(jīng)濟效益上帶來十分可觀的效益，然而電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題是一個 個非常復(fù)雜的非線性問題， 在眾多的方法中 確定最佳求解方法 已經(jīng)成為現(xiàn)階段電 力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的趨勢 。 本論文 通過總結(jié)和探討電力系統(tǒng)性，研究功角穩(wěn)定的基本原理，在通過結(jié)合教材上的例子。利用 BPA 電力系統(tǒng)仿真軟件 進行潮流計算，在其中的得到報告表，分析某些 短路類型 對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響。 福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 第 2 章 同步發(fā)電機模型 同步發(fā)電機關(guān)于電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定現(xiàn)象與機理 功角穩(wěn)定性 問題在部分教材上也被稱為發(fā)電機穩(wěn)定性問題。 電力系統(tǒng)的功角能否穩(wěn)定的最根本原因是 發(fā)電機這一部分引起的。也就是說 電力系統(tǒng)功角從穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定的根本原因是 發(fā)電機的輸入和輸出功率不平衡造成的。 在系統(tǒng)穩(wěn)定正常運行時 0 Tpp? 進一步的解釋就是在 正常 運行 的穩(wěn)態(tài)情況下， 之所以能讓所有發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度保持恒定，是因為 系統(tǒng)中的發(fā)電機組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和原動機輸入的機械轉(zhuǎn)矩平衡 原因 。 當然可能因為某些原因例如短路，斷線等大擾動使 整個電力 系統(tǒng)的 部分 結(jié)構(gòu)和 系統(tǒng) 參數(shù)發(fā)生了比 較大的變動 ， 接著整個系統(tǒng)的潮流與系統(tǒng)各發(fā)電機之間的輸出功率發(fā)生了巨大的變化，最終結(jié)果 導(dǎo)致破壞了原動機和發(fā)電機的功率平衡， 也就是說 0 Tpp? ，在分析 81 的例子中，系統(tǒng)突然發(fā)生短路，原動機的機械功率 Tp 不變，但是輸出功率嚴重降低，因此 發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生不平衡轉(zhuǎn)矩， 這個過剩的轉(zhuǎn)矩 導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化。轉(zhuǎn)子的速度發(fā)生了變化導(dǎo)致 發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間 同時產(chǎn)生 相對運動， 由于發(fā)電機的的輸出功率和轉(zhuǎn)子 的相對角度 是相互影響相互作用的 ， 由于故障的并沒有切除轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子之間的先對角度繼續(xù)發(fā)生變化。 當然這種情況也有個限度，這個限度就是 發(fā)電機相對角度超越穩(wěn)定極限 ，最后發(fā)生了 失穩(wěn)。 這就是電力系統(tǒng)暫態(tài)書里關(guān)于電力系統(tǒng)各發(fā)電機轉(zhuǎn)子機械運動跟 電磁功率變化的機電暫態(tài)過程 [3]。電力系統(tǒng)正常運行的一個 首要前提是每 臺發(fā)電機的轉(zhuǎn)子 速度保持一致 ， 這樣的同步轉(zhuǎn)速也就是論文所探討的發(fā)電機功角 恒定使得系統(tǒng) 不會發(fā)生震蕩 ，保持正常運行。 部分的發(fā)電機組的功角失穩(wěn)的同時，也導(dǎo)致其他 機組的轉(zhuǎn)子 失去同步造成 系統(tǒng)穩(wěn)定運行的破壞。電力系統(tǒng)長時間 功角 不穩(wěn)定會導(dǎo)致電網(wǎng)保護發(fā)生誤動 作， 嚴重時會發(fā)生電力事故， 大面積停電，導(dǎo)致系統(tǒng)解列嚴重的影響用戶生產(chǎn)生活 ，更嚴重的造成運行人員傷亡 。 因此本論文研究發(fā)電機功角 ，根據(jù)電力系統(tǒng)仿真軟件計算出穩(wěn)定與不穩(wěn)定的極限切除時間 。 同步發(fā)電機的模型 意義 由于電力系統(tǒng)是一個龐大的網(wǎng)絡(luò)，它不是有簡單的一臺發(fā) 電機構(gòu)而是由數(shù)百臺發(fā)電機組成的一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)還包括加勵磁系統(tǒng)，調(diào)速器和原動機等等，這些參數(shù)將會出現(xiàn)多維的復(fù)雜綜合問題，給計算帶來很大的不便。為了方便在不同的場合下使用，人們常對同步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型做不同程度的的簡化，使故障類型對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析 5 之能夠運用與實際工程問題當中，而不是只存在與書本當中。 dq0 坐標下的同步發(fā)電機方程，如果單獨考慮與定子 d繞組， q繞組相獨立的零軸繞組，則在計及dqfDQ5 個繞組的電磁過度過程以及轉(zhuǎn)子機械過程時，電機分為 7 個模型 [6]。對于一個擁有數(shù)百臺發(fā)電機的網(wǎng)絡(luò)中，外因此我們通過巧妙的簡化和替換，來 減少計算帶來的壓力。對于不同的實際問題及分析工具，電機模型當然也做了不同的的簡化，因此同步電機實際的模型也有不同形勢。同步電機的實際模型最重要的是簡化假定是忽略定子繞組暫態(tài)。從而令定子電壓微分方程中的 ..0dqpp????，這樣就把它化 為代數(shù)方程。這里其中有個條件就是在電力網(wǎng)絡(luò)和同步電機接口時。 只讓基波正序電量進入發(fā)電機定子繞組，以便使定子電壓方程代數(shù)化 [6]。下面介紹各階的的導(dǎo)出思路。 首先根據(jù)磁鏈守恒得出同步發(fā)電機 10 個基本方程（ .dqfDQu 、 ..dqfDQψ ）： . . . .d d d r qu ri pψ ω ψ? ? ? ? . . . .q q q r du ri pψ ω ψ? ? ? ? . . . .f f f fu r i pψ? ? ? . . .0 D D Dr i pψ? ? ? . . .0 Q Q Qr i pψ?? ? . . . . . .d d d ad f ad Dψ x i x i x i? ? ? ? 公式 （ 21） . . . . . .q q q a q Qψ x i x i? ?