【正文】 運(yùn)行中，頻率時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生著大大小小的波動(dòng)。 基于 MATLAB 的頻率分析 三 .論文（設(shè)計(jì)）工作進(jìn)度安排 階段 論文（設(shè)計(jì)）各階段名稱 日期 1 搜集變電所數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理 — 2 數(shù)據(jù)的分析、處理和建模 — 3 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，起草大綱 — 4 撰寫論文初稿 — 5 論文修改，預(yù)答辯 — 6 論文完成 備注： 四 .應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)（指導(dǎo)教師指定） 電力系統(tǒng)分析文獻(xiàn) Matlab 在電力系統(tǒng)仿真中應(yīng)用的文獻(xiàn) 說明：此任務(wù)由指導(dǎo)教師填寫一式兩份，一份發(fā)給學(xué)生，一份發(fā)給指導(dǎo)教師留存。 二 .論文（設(shè)計(jì)）的基本要求 ： 要求盡量收集第一手資料，資料要真實(shí)、可靠、有代表性。根據(jù)實(shí)例，利用 MATLAB 仿真、傅立葉變換建立模型，得到仿真數(shù)據(jù)和結(jié)果，進(jìn)而分析頻率變化對(duì)其的影響。 4 認(rèn)真撰寫論文，字?jǐn)?shù)在 10000 字以上。 研 究 計(jì) 劃 — 對(duì)所研究課題的目的和意義有初步了解 — 對(duì)搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并建立仿真模型 — 對(duì)論文起草大綱 — 撰寫論文初稿 — 論文修改 論文完成 特 色 通過對(duì)論文的撰寫，能更好的掌握所學(xué)的知識(shí)，用 Matlab 對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真，直觀的體現(xiàn)頻率 的變化趨勢(shì)，為今后的學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。特別是在電子通信領(lǐng)域， MATLAB 常常被用于進(jìn)行電路、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等多個(gè)方面的理論驗(yàn)證與演算求解。 通過 Matlab 對(duì)電力系統(tǒng)頻率變化的仿真，進(jìn)一步證明仿真的必要性和可行性，證明了 Matlab 是實(shí)驗(yàn)室中不可或缺的仿真工具，為今后對(duì)電力系統(tǒng)的深入研究打下基礎(chǔ)。 因此，電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真已成為電力系統(tǒng)研究、規(guī)劃、運(yùn)行、設(shè)計(jì)等各個(gè)方面不可缺少的工具，特別是電力系統(tǒng)新技術(shù)的開發(fā)研究、新裝置設(shè)計(jì)、參數(shù)確定更是需要仿真來進(jìn)行 確認(rèn)。這就要求在實(shí)際學(xué)習(xí)中引進(jìn)仿真，利用這種新的方法，就可以不必經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算過程，給研究人員一個(gè)直觀的模型及其計(jì)算結(jié)果了。 20xx 年后 MATLB 的不斷更新，使得 PSB 得到了越來越多的完善。同時(shí)，利用 Matlab 強(qiáng)大的計(jì)算功能和編程技術(shù) ，可以提高仿真技術(shù)的靈活性和效率，為仿真電力系統(tǒng)提供了一個(gè)新的手段 ， 并為今后的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 頻率變化的影響 所有的電氣設(shè)備都是按照額定頻率設(shè)計(jì)和制造的，它們運(yùn)行在額定頻率下，其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能最佳。 2） 電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)會(huì)影響某些測(cè)量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能 ， 頻率過低時(shí)有些設(shè)備甚至無法工作。特別是 頻率下降到 4748Hz 時(shí) ，火電廠由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔機(jī)（如送風(fēng)機(jī)）的出力隨之下降 ， 從而使火電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率下降 。當(dāng)頻率下降到 4546Hz時(shí)，各發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)速均顯著下降，致使各發(fā)電機(jī)的電勢(shì)下降，全系統(tǒng)的電壓水平大為降低。為了不超過溫升的限額，將不得不降低發(fā)電機(jī)所發(fā)的功率。引起電力系統(tǒng)頻率變化的原因有以下幾方面： 1） 發(fā)電機(jī)出力與負(fù)荷功率不平衡引起系統(tǒng)頻率變化 由電機(jī)學(xué)原理 可知，電力系統(tǒng)的頻率與同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速有一個(gè)固定的關(guān)系。 當(dāng)電力系統(tǒng)中的有功負(fù)荷變化時(shí)，系統(tǒng)頻率也將發(fā)生變化。同理，如果發(fā)電機(jī)減出力，系統(tǒng)頻率也將明顯降低，要靠系統(tǒng)穩(wěn)定裝置或調(diào)度員干預(yù)來維持頻率合格。 基于 MATLAB 的頻率分析 6 當(dāng)電勢(shì)夾角達(dá)到 180度瞬間，電流達(dá)最大值，即相當(dāng)于系統(tǒng)的電氣中心發(fā)生三相短路一樣，該電流在系統(tǒng)中引起的有功損耗是很大的，在功率缺額較大的受端系統(tǒng)將引起附加的頻率降低。一般情況下，感應(yīng)電機(jī)在斷開電源 5秒的時(shí)間內(nèi)保持一個(gè) 高于額定電壓 20%左右的低電壓。在電力系統(tǒng)仿真中應(yīng)用的工具箱為 Power System Blockset，簡(jiǎn)稱 PSB。 Simulink 是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。這是以前需要用編程語言明確的用公式表達(dá) 微分方程的仿真軟件包遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能相比的?？梢栽谧罡邔用嫔喜榭匆粋€(gè)系統(tǒng)，然后通過雙擊系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)入到系統(tǒng)的低一層面以查沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 7 看到模塊的更多細(xì)節(jié)，這一方法提供了一個(gè)了解模型是 如何組成以及它的各個(gè)部分是如何相互聯(lián)系的方法。仿真結(jié)果可以放在 Matlab 的工作區(qū)間（ workspace）中以待進(jìn)一步的處理或者可視化。模塊集是 Simulink 模塊的集合，它們被分成不同的組。不僅可以快速畫出電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還可以建立模型進(jìn)行各種參數(shù)的分析。這樣，找出測(cè)量點(diǎn)和測(cè)量元件就可以進(jìn)行仿真。 基于 MATLAB 的頻率分析 8 傅里葉變換是積分變換中常見的一種變換，它是一種對(duì)連續(xù)時(shí)間函數(shù)的積分變換，即通過某種積分變換，把一個(gè)函數(shù)化成另一個(gè)函數(shù)，同時(shí)還具有對(duì)稱形式的逆變換。不僅在數(shù)學(xué)的許多分支中，而且在自然科學(xué)和各種工程技術(shù)中都 有著廣泛的應(yīng)用，因此它已成為不可缺少的運(yùn)算工具。 傅里葉變換的條件必須是周期性函數(shù)。 研究傅里葉變換有助于更好的使用傅里葉變換發(fā)揮出它在各個(gè)學(xué)科中的作用，了解了傅里葉變換后，就需要一個(gè)使其發(fā)揮出作用的一個(gè)工具，就是 MATLAB，來使傅里葉變換更加形象化，用 MATLAB 可以分析傅里葉變換，簡(jiǎn)單靈活，操作者可以在計(jì)算機(jī)上看到各種變換 后的圖像形狀，從而加深了對(duì)傅里葉變換概念的圖像理解。舉一個(gè)例子說明， 數(shù)字電路是以時(shí)間為指標(biāo)的，所以數(shù)字電路里的信號(hào)主要在時(shí)域里研究時(shí)序、邏輯什么的。因此，可以說傅里葉變換將原來難以處理的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于分析的頻域信號(hào)，可以利用一些工具對(duì)這些頻域信號(hào)進(jìn)行處理、加工。目前，這一地區(qū)韻用電設(shè)備為總?cè)萘繛?3,500 千瓦，其中包括電井 220 眼，裝機(jī)容量 5000 千瓦；排水站 13座，裝機(jī)容量 1257千瓦，飼料加工 35 處，裝機(jī)容量 1750 千瓦，農(nóng)機(jī)修配 5處，裝機(jī)容量 300 千瓦，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè) 40 處，裝機(jī)容量為 2100 千瓦，脫谷用電 120 處，裝機(jī)容量 20xx 千瓦。新變電所的建成，可為平羅、造化、北陵三個(gè)鄉(xiāng)以及陵東鄉(xiāng)一部分地區(qū)提供電源。水源不足，旱情嚴(yán)重，要想改變?cè)摰貐^(qū)的抗災(zāi)能力，只有打電井建排水站，用電力來提水和排水，目前這一地區(qū)已建成排水站 13 座，打屯井 220 眼，但是由于電壓質(zhì)量低劣，限制了該地區(qū)糧食的增長(zhǎng)，阻礙了這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。預(yù)計(jì)在三年內(nèi)要打水田井 200 眼，菜田電井 100 眼，還要建中型排水站一座，預(yù)計(jì)裝機(jī)容量可達(dá) 5500 千瓦。 ⑶變電工程：按兩臺(tái)容量為 5000KVA 和 8000KVA 的主變?cè)O(shè)計(jì)，暫設(shè) 10KV 配出線六回，變電所一次采用入口刀閘，兩臺(tái)主變 66KV 側(cè)設(shè)斷路器保護(hù)。 變壓器用 ThreePhase Transformer (Two Windings)模塊表示，根據(jù)變壓器的參數(shù)對(duì)模塊進(jìn)行如下設(shè)置，見圖 43： 圖 43 變壓器參數(shù)設(shè)置 母線用 ThreePhase VI Measurement 模塊表示，以便于測(cè)量母線的電壓和電流。 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 13 圖 44 66kV 平羅變電所仿真 基于 MATLAB 的頻率分析 14 仿真參數(shù)設(shè)置如下： 起始時(shí)間 Start time: 終止時(shí)間 Stop time: 仿真步長(zhǎng)模式 Type:Variablestep Solver： Ode23s [stiff/Mod. Rosenbrock] 最大步長(zhǎng) Max step size:auto 最小步長(zhǎng) Min step size:auto 相對(duì)誤差 Relative tolerance:1e3 絕對(duì)誤差 Absolute tolerance:auto 輸出選項(xiàng) Output options:Refine output 細(xì)化因子 Refine factor:1 仿真中得到的圖譜是電壓、電流的波形，但可根據(jù)波形的周期觀察出頻率的 大致變化。 發(fā)生三相短路時(shí)， 系統(tǒng)停止工作，無法觀察頻率變化，不予考慮 。 當(dāng) 66kV 側(cè)發(fā)生兩相接地短路時(shí)，母線電壓、電流如圖 414 所示；各相故障電流如圖 415 所示。 圖 616 單相短路電壓、電流 圖 617 單相短路故障電流 基于 MATLAB 的頻率分析 22 由圖 617 和圖 617 可見，當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相短路時(shí)，發(fā)生故障后，故障相母線 頻率 有所下降。 本文基于 Matlab 中的 Simulink 仿真工具，對(duì) 電力系統(tǒng)頻率變化 并進(jìn)行了數(shù)字仿真，就仿真結(jié)果針對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行了 進(jìn)一步的 分析。對(duì)于本文中搭建的模型，若設(shè)置為變步長(zhǎng)模式，仿真時(shí)間將會(huì)是幾個(gè)小時(shí)，而設(shè)置為固定步長(zhǎng)，再增加一個(gè)離散系統(tǒng)模塊，則仿真時(shí)間會(huì)大大縮短。使用基于圖形界面的仿真建模方式是大勢(shì)所趨。 在此，我向在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中給予我大量幫助的導(dǎo)師陳春玲副教授表示最誠(chéng)摯的謝意！并向在論文中曾給予我?guī)椭睦蠋熀脱芯可鷮W(xué)長(zhǎng)們表示感謝，沒有你們的幫助我難以搜集如此詳盡的數(shù)據(jù)。 完成人簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 年 月 日