【正文】 ...................................... 20 常用的電力系統(tǒng)仿真軟件 ................................. 20 簡(jiǎn)介 ............................................. 21 保存圖形 ......................................... 23 5 基于 SIMULINK 的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性仿真 ................ 24 單機(jī) 無(wú)窮大系統(tǒng)的建模 .................................. 24 采用的模塊及其參數(shù)設(shè)置 ................................. 25 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真 ................................. 31 6 結(jié)論 ......................................................... 38 參考文獻(xiàn) ....................................................... 41 致謝 ........................................................... 43 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性概述 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其意義 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題是指電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)之后各發(fā)電機(jī)是否能繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問(wèn)題。對(duì)于某一特定的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，以及對(duì)于某一特定的擾動(dòng)，如果在擾動(dòng)后系統(tǒng)可以達(dá)到一個(gè)可以接受的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則對(duì)此初始狀態(tài)及此擾動(dòng)而言，稱(chēng)之為暫態(tài)穩(wěn)定。引起電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的原因主要有以下幾種： (1)負(fù)荷的突然變化，如投入或切除大容量的用戶(hù)等； (2)切除或投入系統(tǒng)的主要元件，如發(fā)電機(jī)，變壓器及線(xiàn)路等； (3)發(fā)生短路故障 其中以短路故障的擾動(dòng)最為嚴(yán)重，常以此作為檢驗(yàn)系統(tǒng)是否具有暫態(tài)穩(wěn)定的條件。 電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)時(shí)，表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各種電磁參數(shù)都要發(fā)生急劇的變化。但是，由于原動(dòng)機(jī)調(diào)速器具有較大的慣性，它必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后才能改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的功率。這樣，發(fā)電機(jī)的電磁功率和原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率之間便失去了平衡，于是產(chǎn)生了不平衡轉(zhuǎn)矩。在不平衡轉(zhuǎn)矩的作用下，發(fā)電機(jī)開(kāi)始改變轉(zhuǎn)速，使各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)位置發(fā)生變 化（機(jī)械運(yùn)動(dòng)）。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)位置，即相對(duì)角的變化，反過(guò)來(lái)又將影響到電力系統(tǒng)中電流、電壓和發(fā)電機(jī)電磁功率的變化。所以，由大擾動(dòng)引起的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過(guò)程，是一個(gè)電磁暫態(tài)過(guò)程和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間機(jī)械運(yùn)動(dòng)暫態(tài)過(guò)程交織在一起的復(fù)雜過(guò)程。 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)刻保證必要的電能質(zhì)量及數(shù)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(lèi)型、嚴(yán)重性均有隨機(jī)性，擾動(dòng)發(fā)生后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中一旦發(fā)生穩(wěn)定性問(wèn)題，系統(tǒng)可能在幾秒內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重后果，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的主要目的是 檢查系統(tǒng)在大的擾動(dòng)下（如故障、切機(jī)、切負(fù)荷、重合閘操作等情況），各發(fā)電機(jī)組間能否保持同步運(yùn)行，如果能同步運(yùn)行，并具有可接受的頻率和電壓水平，則稱(chēng)此電力系統(tǒng)在這一大擾動(dòng)下是暫態(tài)穩(wěn)定的。在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等工作中都要進(jìn)行大量的暫態(tài)分析。通過(guò)暫態(tài)分析還可以考察和研究各種穩(wěn)定措施的效果以及穩(wěn)定控制的性能，因此通過(guò)仿真來(lái)驗(yàn)證所求結(jié)果是否正確，即電力系統(tǒng)在某一狀態(tài)時(shí)是否是穩(wěn)定的具有重要意義。 電力線(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，往往會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的解列和崩潰，造成大面積停電，所以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要條件。 判 定電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定 性主要是在大擾動(dòng)下檢查系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組間能否保持同步運(yùn)行水平，并具有可以接受的電壓和頻率水平。對(duì)這項(xiàng)工作已深入多年，并在離線(xiàn)計(jì)算中有成熟的算法取得了 2 良好的成果。然而，隨著電力市場(chǎng)化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平，同時(shí)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外時(shí)有發(fā)生由于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性不足且對(duì)策遲緩引起的大停電事故，造成了經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，這些都提示著我們提高對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的重視。只有更快速更準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)處于的穩(wěn)定水平進(jìn)行判斷，找到穩(wěn)定性遭到威脅的環(huán)節(jié)才能進(jìn)而有效地采取措施改善系統(tǒng)運(yùn)行 狀態(tài)。為此，進(jìn)一步深入研究改進(jìn)原有暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，開(kāi)拓新的創(chuàng)造性的方法，解決其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用的難題，仍然是我們面對(duì)的重要課題 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 電力系統(tǒng)的互聯(lián)，可以帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但是電力系統(tǒng)的規(guī)模越大，引起系統(tǒng)事故的可能性也越大，系統(tǒng)中任一元件發(fā)生故障都有可能引起事故擴(kuò)大。如果電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠強(qiáng)壯，或者安全自動(dòng)裝置不夠健全，或者管理失當(dāng)，都有可能使系統(tǒng)陷入穩(wěn)定危機(jī)，甚至大面積停電，乃至全網(wǎng)崩潰，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。因此國(guó)內(nèi)外大型電力系統(tǒng)的運(yùn)行與規(guī)劃都把電力系統(tǒng)的 安全評(píng)定置于重要地位。 隨著“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的全面實(shí)施，到 2020 年左右，我國(guó)將建成世界上罕見(jiàn)的跨區(qū)域和遠(yuǎn)距離傳輸巨大功率的超高壓交、直流混合輸電系統(tǒng)。其經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，不僅可以?xún)?yōu)化能源布局，充分利用西部地區(qū)豐富的水力資源，還可以減少備用容量，進(jìn)行區(qū)域間的相互功率支援和實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰效益。另一方面，互聯(lián)電網(wǎng)的缺點(diǎn)是，由于對(duì)事故的連鎖反應(yīng)，可能出現(xiàn)大面積停電。 1996 年 7月 2 日和 8 月 l0 日美國(guó)西部大面積停電事故的關(guān)鍵特征是，解除一條線(xiàn)路后，其余線(xiàn)路被迫承擔(dān)被解列線(xiàn)路的負(fù)荷，而失去一條線(xiàn)路的網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)一步過(guò)載，從而引起連鎖反應(yīng)和導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。隨著電力市場(chǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的重構(gòu)和解除管制，在主網(wǎng)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的現(xiàn)代互聯(lián)電網(wǎng)在區(qū)域間傳輸?shù)墓β蕦⑷找嬖鲩L(zhǎng)。這種需求進(jìn)一步增加了輸電系統(tǒng)的壓力。因此，估計(jì)大面積停電事故的幾率還將增長(zhǎng)。穩(wěn)定破壞是電網(wǎng)中較為嚴(yán)重的事故之一，大電力系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞事故，往往引起大面積停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。在我國(guó) ，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，重負(fù)荷長(zhǎng)距離線(xiàn)路較多，因而穩(wěn)定事故的發(fā)生較為頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均全國(guó)每年有 次穩(wěn)定事故，總損失電量為 萬(wàn) kWh，社會(huì)上由于停電造成的 損失就更大了。 我國(guó)即將形成的大型互聯(lián)混合輸電系統(tǒng)在世界上是舉世無(wú)雙的，如何保證該系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一個(gè)極其重大和迫切的研究課題。在電力系統(tǒng)中，隨著偶然事故的發(fā)生，電力系統(tǒng)能否經(jīng)受住隨后發(fā)生的暫態(tài)過(guò)程并過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)，是電力系統(tǒng)安全評(píng)定的主要內(nèi)容。用暫態(tài)分析方法去評(píng)定系統(tǒng)能否經(jīng)受住這種過(guò)渡過(guò)程屬于動(dòng)態(tài)安全分析的范疇。國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故統(tǒng)計(jì)表明， 3 暫態(tài)穩(wěn)定破壞的事故率居于首位，從而暫態(tài)穩(wěn)定分析組成動(dòng)態(tài)安全評(píng)定的主體。 對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)薄弱，負(fù)荷密度極不均勻，而電源又往往遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，單位裝機(jī)容量分?jǐn)偟綐?biāo)準(zhǔn)輸電線(xiàn)長(zhǎng)度比發(fā)達(dá)國(guó)家的少得多。由于長(zhǎng)期以來(lái)輸電線(xiàn)路總長(zhǎng)度年增長(zhǎng)率只是總裝機(jī)容量年增長(zhǎng)率的 40%左右，其累積效應(yīng)進(jìn)一步惡化了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。三峽工程標(biāo)志著全國(guó)性跨地區(qū)聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)始，高效的遠(yuǎn)方大機(jī)組越來(lái)越重要，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的作用從緊急支援延伸到經(jīng)濟(jì)換電而接近穩(wěn)定極限。人區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)在經(jīng)濟(jì)性和安全穩(wěn)定性之間的最佳協(xié)調(diào)問(wèn)題對(duì)有關(guān)算法的需求迫在眉睫。 因此，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題不但在非線(xiàn)性理論方面，也在非線(xiàn)性系統(tǒng)的實(shí)踐方面具有代表性。開(kāi)發(fā)有量化和在線(xiàn)能力的 TSA 和 VSA 工具，以及相應(yīng)的 控制決策支持工具就顯得非常迫切。 當(dāng)前的中國(guó)已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機(jī)組的時(shí)代。隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和擴(kuò)大，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題己成為最重要的問(wèn)題，越來(lái)越突出。解決好電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)安全分析方法和安全穩(wěn)定控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，已成為電力生產(chǎn)、運(yùn)行、科研和制造部門(mén)的重要任務(wù)，不管在任何情況下，電力調(diào)度運(yùn)行部門(mén)都要把電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行放在首位。國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)分析組成動(dòng)態(tài)安全評(píng)定的主體，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析有著重要的實(shí)際意義。 隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，近年來(lái)世界各地也出現(xiàn)了一些大的電力系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通 常具有范圍廣、強(qiáng)非線(xiàn)性的特點(diǎn)。隨著電力市場(chǎng)化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平 ,在運(yùn)行中，由于某種破壞性的原因，有時(shí)會(huì)引起電力系統(tǒng)崩潰的問(wèn)題，如發(fā)生在 20xx 年 8 月 14 日的美加大停電，20xx 年 7 月 30 日的印度電網(wǎng)大停電。這都給我國(guó)的電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)了很多啟示。 我們知道，美國(guó)的電網(wǎng)是錯(cuò)綜復(fù)雜的，以前曾經(jīng)認(rèn)為電網(wǎng)越復(fù)雜就越安全，可是美加大停電告訴我們事實(shí)并非如此。實(shí)際上，美國(guó)電網(wǎng)的每段輸電線(xiàn)比較短，這就導(dǎo)致了有很多節(jié)點(diǎn)；另外，美國(guó)是個(gè)資本主義國(guó)家，電網(wǎng)在運(yùn)行的時(shí)候考慮的更多的是經(jīng)濟(jì) 因素，所以在美國(guó)電網(wǎng)中存在有比較破舊的設(shè)備。諸多因素導(dǎo)致了美加大停電，其實(shí)這也不是偶然現(xiàn)象了，在此之前美國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)兩次規(guī)模較大的停電了。 印度電網(wǎng)，印度同中國(guó)一樣都是大的發(fā)展中國(guó)家。印度的裝機(jī)容量和電壓水平發(fā)展的也很迅速，但和我國(guó)還有較大的差距。印度發(fā)電量世界排名第五，僅次于美國(guó)，中國(guó)，日本和俄羅斯，但印度的電力供應(yīng)嚴(yán)重不足。 20xx 年 7 月印度兩天之內(nèi)連續(xù)發(fā)生大面積停電事故，是有史以來(lái)影響人口最多的電力系統(tǒng)事故，超過(guò) 億人口受到了停電的影響。從事故前印度北方電網(wǎng)嚴(yán)重超載運(yùn)行情況來(lái)看，線(xiàn)路跳閘 4 前，電網(wǎng)已 嚴(yán)重超過(guò)其穩(wěn)定限額運(yùn)行，從而導(dǎo)致大面積停電。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定 MATLAB 仿真在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)很成熟，但是，無(wú)論我們?cè)趺纯紤]暫態(tài)穩(wěn)定性都不為過(guò)。因?yàn)閺娜騺?lái)看，大面積停電并不罕見(jiàn)。所以電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定依然是個(gè)重要的課題。 電力系統(tǒng)的互聯(lián)，可以帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但是長(zhǎng)期以來(lái)，“分省平衡”的策略成為我國(guó)電力發(fā)展的重要弊端，嚴(yán)重地制約著我國(guó)電力資源的優(yōu)化配置，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程明顯滯后。同時(shí)，電網(wǎng)的互聯(lián)使得電力系統(tǒng)的規(guī)模變大，從而引起事故的可能性也越大。如果電網(wǎng)不夠強(qiáng)壯，自動(dòng)安全裝置不夠健全管理不得當(dāng)，都有可能破壞 系統(tǒng)的穩(wěn)定，導(dǎo)致大面積停電，甚至全網(wǎng)崩潰。 以廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)為主要內(nèi)容的電力體制改革實(shí)施后，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的步伐明顯加快，并且根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，制定了“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進(jìn)跨區(qū)輸電、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)，其目標(biāo)就是為了促進(jìn)電力資源在更大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。 截至到 20xx 年，以三峽工程為核心，以華中電網(wǎng)為依托，向東南西北四個(gè)方向輻射聯(lián)網(wǎng)的輸電線(xiàn)路已基本建成。以北、中、南三大西電東送通道為主體南北網(wǎng)間多點(diǎn)互聯(lián)、縱向通道聯(lián)系較為緊密的全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)的格局已基本形成預(yù)計(jì)到 20xx年，西電 東送的規(guī)模將達(dá)到 5500 萬(wàn) kW； 2020 年將再增加到 1 億 kW 以上。 “十一五”期間，除實(shí)施已經(jīng)明確的三峽右岸至上海直流工程外，規(guī)劃建設(shè)的主要工程還有西北至華北直流輸電工程，西北與川渝聯(lián)網(wǎng)工程，華中與華北背靠背聯(lián)網(wǎng)工程，同時(shí)加大山西陽(yáng)城送電華東的力度并實(shí)現(xiàn)華北與華東聯(lián)網(wǎng)?！笆晃濉蹦┢?，配合三峽地下電站開(kāi)發(fā)，建設(shè)向華北送電的支流輸電工程，南北之間將形 成以三峽為支撐的主干通道。 目前我國(guó)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量達(dá) 億千瓦，居世界第二；年發(fā)電量達(dá) 億千瓦時(shí)，居世界第一，即便如此，我國(guó)的發(fā)電量還是不足的。近 日，浙江三門(mén)核電站的建造也取得了重大進(jìn)展。目前，我國(guó)尚未出現(xiàn)大面積的停電，但事實(shí)上我們的居民生活中時(shí)常停電，特別是夏天和冬天，但大多數(shù)情況下，是電力部門(mén)主動(dòng)做的拉閘限電，而非事先出現(xiàn)了什么故障，也就是說(shuō)這是由于發(fā)電量不足造成的，所以我國(guó)的發(fā)電量還有待于提高，相對(duì)地，電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的研究也是一個(gè)重大的課題。如此大規(guī)模的全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的形成將大大有利于電力資源在全國(guó)范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。但是由于我國(guó)電網(wǎng)的網(wǎng)架相對(duì)薄弱、負(fù)荷與發(fā)電中心地理位置較遠(yuǎn)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)負(fù)載較重，局部故障的發(fā)生可能引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題。因此， 如何保證這樣一個(gè)超大規(guī)模電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，成為擺在我們面前的一個(gè)巨大的難題。若能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)甚至是超實(shí)時(shí)仿真，就能為在線(xiàn) 5 預(yù)決策和電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行無(wú)疑是一個(gè)巨大的保證，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。由于機(jī)電暫態(tài)仿真的計(jì)算量非常大，依據(jù)現(xiàn)有的條件，要對(duì)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而隨著并行處理技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是可擴(kuò)展、高性?xún)r(jià)比的 PC 集群系統(tǒng)的出現(xiàn)，使這個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可能性越來(lái)越大。 6 2 電 力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定研究的內(nèi)容 電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的特點(diǎn) 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題是指電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)之后各發(fā)電機(jī)是否能繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問(wèn)題。 當(dāng)電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)時(shí)，表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各種電磁參數(shù)都要發(fā)生急劇的變化。但是，由于原動(dòng)機(jī)調(diào)速器具有較大的慣性，它必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后才能改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的功率。這樣，發(fā)電機(jī)的電磁功率與原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率之間就失去了平衡，于是產(chǎn)生了不平衡轉(zhuǎn)矩。在不平衡轉(zhuǎn)矩作用下，發(fā)電機(jī)開(kāi)始改變轉(zhuǎn)速，使各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)位置發(fā)生變化（機(jī)械運(yùn)動(dòng)）。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)位置，即相對(duì)角的變 化，反過(guò)來(lái)又將影響到電力系統(tǒng)中電流、電壓和發(fā)電機(jī)電磁功率的變化。所以，由大擾動(dòng)引起的電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程，是一個(gè)電磁暫態(tài)過(guò)程和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間機(jī)械運(yùn)動(dòng)暫態(tài)