【正文】 例子。第2章 同步發(fā)電機模型 同步發(fā)電機關于電力系統(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。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)的部分結構和系統(tǒng)參數發(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，最終結果導致破壞了原動機和發(fā)電機的功率平衡，也就是說，在分析81的例子中，系統(tǒng)突然發(fā)生短路，原動機的機械功率不變，但是輸出功率嚴重降低，因此發(fā)電機轉軸上產生不平衡轉矩，這個過剩的轉矩導致轉子轉速變化。電力系統(tǒng)正常運行的一個首要前提是每臺發(fā)電機的轉子速度保持一致，這樣的同步轉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。由于電力系統(tǒng)是一個龐大的網絡，它不是有簡單的一臺發(fā)電機構而是由數百臺發(fā)電機組成的一個復雜網絡，這個網絡還包括加勵磁系統(tǒng)，調速器和原動機等等，這些參數將會出現(xiàn)多維的復雜綜合問題，給計算帶來很大的不便。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。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化[6]。當需要考慮轉子超瞬變過程時，并且考慮發(fā)電機轉子的q軸g繞組。 公式（222）將上面兩個方程消去得 公式（223）進行化簡（224）根據可得到以下方程 公式（225）通過上面我們知道DQ繞組決定超瞬變過程，所以繞組D的電壓方程可以得出 公式（226）這樣我們根據同樣的的計算方法介個gQ繞組的電壓方程得出 公式（227） 公式（228）轉子運動方程同模型一 公式（229）五階模型導出思路：方程數為10個，7個狀態(tài)量（d、q、f、D、Q、），忽略定子暫態(tài)，、均為0，降為5階，變量數變?yōu)?6個（、），假設和為已知量（勵磁繞組和原動機輸入），變量減為14個，通過方程數為10（、）+2（、）+2（dq軸網絡方程）=14個，可以求解。三階實用模型導出思路： 忽略定子繞組暫態(tài)和阻尼繞組作用，計及勵磁繞組暫態(tài)和轉子動態(tài)[2]。在忽略阻尼繞組的情況下，進行同步發(fā)電機的park變化，具體的就是將經過park變化后的磁鏈方程（21）和經過park變化后的電壓方程可用（24）變?yōu)? 公式（242）計算后保留定子側的變量、轉子變量、用、代替，然后用3個磁鏈方程消去、。但是參數不可靠的情況下，采用二階模型可以可到更可靠的結果。根據方程，并給次相應的d軸、q軸等值電路。本次畢業(yè)設計的涉及主要內容是電力系統(tǒng)功角穩(wěn)分析和影響。目前主要以微機為主，它包括潮流程序、暫態(tài)穩(wěn)定程序、人機界面及圖形輔助計算分析程序等軟件。其中BPA潮流計算程序是軟件的核心、有單線圖格式潮流圖程序、地理接程序及穩(wěn)定曲線作圖工具為輔助工具，更加讓系統(tǒng)更加形象化，為用戶帶來很大的便利。 BPA的功能(1) 基本功能：潮流計算，也可進行包括雙端和多端直流系統(tǒng)的交直流混合潮流計算。自動發(fā)電控制功能也稱AGC[12]。(5) 電力系統(tǒng)事故的影響分析：軟件能夠模擬電力系統(tǒng)中各個元件發(fā)生故障以后的狀態(tài)記錄他們的參數，用戶根據軟件提供的N1斷線法迅速找出系統(tǒng)的脆弱環(huán)節(jié)，根據系統(tǒng)的各個參數，制定補償和解決方案。(8) 多形式系統(tǒng)參數分析報告：，應用控制語句填寫full，這樣可以在程序運行后的到多種類型的報告。例如卡片不能識別，線路不存在等等。輸入部分可以分為程序控制語句，和節(jié)點數據和支路數據，其中數據卡片是核心，根據不同的節(jié)點分類有不同的節(jié)點卡片。節(jié)點卡片為B卡。第7~18列填寫節(jié)點的名稱和基準電壓，第19到20列填寫分區(qū)名。線路是連接節(jié)點所必須的，在BPA仿真軟件中線路卡片為L卡。第20~31填寫它所接的另一節(jié)點名稱和基準電壓。第63~66填寫線路的長度。第20到27列填寫變壓器一側名稱。第68到72填寫分接頭2的電壓值。圖33短路前系統(tǒng)圖圖34短路后系統(tǒng)圖網絡未發(fā)生故障正常運行時電勢E與無限大系統(tǒng)之間的電抗為 公式(31)由短路后的系統(tǒng)圖34，短時增加一個附電抗，電勢E與無窮大的阻抗為 公式(32)通過上式分析的出短路后電抗總是比系統(tǒng)正常運行的時候小，還有另外一種情況是如果發(fā)生的是三相短路，那么為零，這是發(fā)電機就無法與系統(tǒng)無法聯(lián)系，我們可以認為發(fā)電機沒有輸出功率。發(fā)電機的輸出功率為。如果這時候繼電保護動作，故障被切除，假設是在k點被切除，那么功率特性曲線變?yōu)镮I，這是轉子由于慣性不會馬上變化，由曲線可以知道，這時候發(fā)電機的輸出功率大于原動機的機械功率，轉子速度開始減慢，但是我們知道轉子此時的轉速必然比同步轉速快，還得繼續(xù)增大，此時運行點d向e運行，假設這是轉子速度降到同步轉速，停止增大，但是還是不滿足發(fā)電機的平衡條件，運行點由于轉子轉速的降低開始回頭，由運行點e向b點靠近，當超過b點時，轉子有開始加速，如果不存在線路損耗，那么久會這么一直循環(huán)下去，但是實際的工程問題損耗必然存在，最后會停留在一個新的運行點上。極限切除角表達如下。點擊圖標： ()形成下圖。圖38 單項短路故障時間設置18周波時發(fā)電機功角圖由圖像可以得出，單相短路在故障時間為17周波的時候功角能經過一定時間的震蕩能夠恢復到穩(wěn)定，但是在故障時間為18周波的時候功角不停的增大，不能保持穩(wěn)定的角度，這樣可以得到極限切除時間為18周波。并且定義故障時間為15周波時候。點擊圖標： ()形成下圖。從而驗證以上對81例子的分析故障越早被切除功角更不容易失去穩(wěn)定，從另一方面也體現(xiàn)了等面積法則。經過分別對《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題81做了單相短路，兩相短路，三相短路的出以下這些結論：在不同的短路類型中，三相短路的極限切除時間小于兩相短路和單相短路。本次設計讓我學會了很多東西。通過本次畢業(yè)設計將會對往后的專業(yè)學習有著非常大的幫助。經過選題，開題報告，文獻綜述，軟件仿真。老師認真嚴謹的態(tài)度在各個方面影響著我。專業(yè)基礎知識的薄弱讓我這次畢業(yè)設計困難重重。著些在理論課本上找不知識。經過老師深入淺出的課程設計講解，以及細微之處的獨到見解，使我對這次畢業(yè)設計有了一定的了解。由于自己大學期間的專業(yè)課基礎十分薄弱，張老師也沒有因此而放棄我，并且為我提供了許多專業(yè)知識上的指導和一些富有創(chuàng)造性的建議，假如沒有張嫣老師那種不放棄的精神，我可能早就放棄此次畢設。期間每次想放棄的時候，都是張嫣老師給我鼓勵給我希望。畢業(yè)設計是大學教學過程中最后的環(huán)節(jié)，同時也象征著我的大學即將結束。利用BPA仿真軟件計算出極限切除時間。為了能夠保持有穩(wěn)定優(yōu)質的電能，提高電力設備的壽命，就必須保障整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全的運行。結論本次設計認真的分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的了解電力系統(tǒng)穩(wěn)定性中的功角穩(wěn)定。并且定義故障在7周波時候。圖310 兩相短路故障時間設置16周波時發(fā)電機角度圖由圖像可以得出，單相短路在故障時間為15周波的時候發(fā)電機功角能經過一定時間的震蕩能夠恢復到穩(wěn)定，但是在故障時間為16周波的時候功角不停的增大，能不能保持穩(wěn)定的角度，這樣可以得到極限切除時間為16周波。點擊圖標： ()形成下圖。并且定義故障時間為17周波時候。暫態(tài)文件程序于附表三。這就本論文研究的暫態(tài)穩(wěn)定。圖35的a是正常運行點，當這是發(fā)生短路時，系統(tǒng)電抗增大，發(fā)電機的輸出功率減小，但是原動機的的機械功率保持不變，這樣，這是就存在一個產生一個功率差導致過剩轉矩，過剩轉矩會使得發(fā)電機的轉子加速，但是在短路的那一瞬間，運動的物體由于慣性的作用，轉子的角度不好瞬間變化。圖35功率曲線圖由發(fā)電機的電磁功率和功角的關系我們可以得出曲線圖，故障前的曲線為1，故障后為3，保護裝置作用后為2。圖32是例題81的系統(tǒng)圖。第45到50列填寫漏抗標幺值。變壓器的卡片T卡，下面是T卡的格式介紹：T B1 母線1 209. 18. 242.第一列于B卡和L卡一樣，填寫卡片的類型。第39~50填寫線路的阻抗標幺值。第7到18列和B卡一樣也是填寫節(jié)點的名稱和基準電壓。第31~38分別填寫并聯(lián)有功負荷和并聯(lián)無功負荷。結合電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中36的例子。第一個是節(jié)點數據卡。 BPA部分使用介紹首先是BPA的系統(tǒng)和個文件運行的流程圖31。(9) 系統(tǒng)負荷靜特性模型：用戶可以建立一個關于自選功率、電流和阻抗模型，更方便應用軟件的模擬出電壓功能，分析他們對負荷的影響和作用。(6) 系統(tǒng)靈敏度分析：找出電力系統(tǒng)的擾動量參數，通過軟件得到關于線路損耗、電機功角、節(jié)點電壓靈敏度和線路功率、網絡損耗等靈敏度分析報表。不僅能控制PQ、PV 和緩沖節(jié)點，它還具備同步發(fā)電機遠距離遙控高壓母線。程序通常先采用P－Q 分解法進行初始迭代，然后轉入牛頓－拉夫遜法進行求解潮流[12]。軟件計算范圍大、速度快、穩(wěn)定性高、仿真功能功能強等優(yōu)點。它經過近些年投入大量的人力物力，增加了很多新的功能，例如新的勵磁模型，更多的負荷類型，增加對不對稱故障的處理能力，滿足實際現(xiàn)場工作的需求。第3章 BPA的介紹和穩(wěn)定性分析 BPA概述 BPA的介紹首先BPA軟件是由美國研發(fā)，1984 年以來我國電科院過通過對這個版本吸收和創(chuàng)新，順利的誕生中國版的BPA程序。所有的模型中均假設：令定子電壓微分方程中的并且一個重要的前提是在理想的電機出發(fā)。當要求勵磁系統(tǒng)動態(tài)時，可采用三階或五階，弱對實心轉子要及其q軸轉子的g繞組，則要才用四階或者六階。三階模型 狀態(tài)量：（、）： 公式（242）若計及反映q軸瞬變過程中的g繞組的四階模型 狀態(tài)量（、）： 公式（243）二階模型導出思路：（1）恒定的二階模型，其狀態(tài)量為（、）：先假定令，這樣就能可以認為在勵磁調節(jié)器的作用下使得保持不變對以上的模型進行簡化得到以下方程。導出思路如下：（1）派克方程中忽略D、Q繞組，方程數變?yōu)?個，變量數變?yōu)?2個（、），假設和為已知量（勵磁繞組和原動機輸入），變量減為10個。方程數為5（）+2（、）+2（dq軸網絡方程）=9個，變量為11個（9個未知、），可以求解[6]。首先我們要先假設DQ繞組的時間常數比fg繞組的時間常數小，這樣我們就可以認為超瞬變過程是有DQ繞組決定，fg繞組決定瞬變過程。首先根據磁鏈守恒得出同步發(fā)電機10個基本方程（、）： 公式（21）經過park變化后的磁鏈方程為下式 公式（22）在d軸和q軸的磁鏈方程可用（23）（24）表示 公式（23） 公式（24）經過park變化后的電壓方程可用（25）表示如下 公式（25） 推導前定義以下一組電勢定子勵磁電勢、電機q軸空載電勢電機、q軸暫態(tài)電勢、電機次暫態(tài)電勢、電機的d軸次暫態(tài)電勢。從而令定子電壓微分方程中的，這樣就把它化為代數方程。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子機械過程時，電機分為7個模型[6]。電力系統(tǒng)長時間功角不穩(wěn)定會導致電網保護發(fā)生誤動作，嚴重時會發(fā)生電力事故，大面積停電，導致系統(tǒng)解列嚴重的影響用戶生產生活，更嚴重的造成運行人員傷亡。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)。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。本論文通過總結和探討電力系統(tǒng)性，研究功角穩(wěn)定的基本原理，在通過結合教材上的例子。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]。這種方法是根據能量的角度來做為判別依據。由于時域仿真法的計算量很復雜，需要的計算的參數比較多。將系統(tǒng)中的任意兩臺發(fā)電機轉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。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