【正文】 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。 學(xué)習(xí)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 。世界各國 對電力系統(tǒng)運行 和管理有這樣幾個基本要求。 由于我們處于電氣時代，現(xiàn)階段基本可以認(rèn)為 ， 電能 已經(jīng)是 人類賴以生存 和發(fā)展的基本能源 保障。應(yīng) 用《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》和《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》中簡單的例題做為例子，由 給定的數(shù)據(jù)， 然后使用 BPA 軟件進(jìn)行 續(xù)潮流計算， 得出數(shù)學(xué)模型后 進(jìn)行 暫態(tài) 穩(wěn)定性分析。 因此 研究 分析 電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性 是 分析 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 當(dāng) 中一個不可或缺的環(huán)節(jié)。 電力系統(tǒng) 如果 失去穩(wěn)定 ，那么它所造成 的損失是無法 用數(shù)字來計算 的。特此聲明。文中引用他人研究成果的部分已在標(biāo)注中說明；其他同志對本設(shè)計（論文）的啟發(fā)和貢獻(xiàn)均已在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人獨立完成。 論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： I 故障類型對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析 摘要 隨著電力應(yīng)用在世界各國 的 競爭日益加劇 ， 在 電力市場條件下 供電 系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 性問題日益凸現(xiàn) 顯 。 由于 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 包括電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定 。 本 論 文 結(jié)合 專業(yè)理論知識， 利用電力系統(tǒng)仿真軟件 BPA 軟件為 輔助工具 ， 通過輸出報告 分析 來電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 電能是社會發(fā)展 和科學(xué)技術(shù)前進(jìn)中必不可少 因素 。 為了 保持著飛速發(fā)展的 社會經(jīng)濟(jì)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。因此電壓是衡量電能質(zhì)量的中一個非常重要 的因素 。這符合現(xiàn)階段 國家 提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 。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 。 就是說我們所研究的 系統(tǒng)受到干擾后 。 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]。兩者無論哪一方出現(xiàn)了問題都將相互影響。 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。 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。 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(zhǔn)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。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。 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]。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 。利用 BPA 電力系統(tǒng)仿真軟件 進(jìn)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。 在系統(tǒng)穩(wěn)定正常運行時 0 Tpp? 進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)子速度保持恒定，是因為 系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和原動機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩平衡 原因 。 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(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械運動跟 電磁 功率變化的機(jī)電暫態(tài)過程 [3]。 因此本論文研究發(fā)電機(jī)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 。對于一個擁有數(shù)百 臺發(fā)電機(jī)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。這里其中有個條件就是在電力網(wǎng)絡(luò)和同步電機(jī)接口時。.qE 、 電機(jī)次暫態(tài)電勢 39。qE 。 2adqD σ ff σ Df D a dXEX ψ X ψX X X??? 公式 （ 29） 39。0d q f qT E E E? ? ? 公式 （ 212） （ 3） D 軸阻尼繞組的回路電壓表達(dá)式將（ 27）帶入（ 28）可得 Dψ 的表達(dá)式 39。39。39。qa daD q qd d d dEX xxψ EEX x X x? ????? 公式 （ 213） 同樣將（ 27）、（ 28）帶入（ 22）即可得 d軸電流和 D軸電流的關(guān)系式 ? ?39。 39。39。39。39。 39。39。39。39。39。39。39。39。39。39。39。39。39。39。 首先我們要先假設(shè) DQ 繞組的時間常數(shù)比 fg繞組的時間常數(shù)小，這樣我們就可以認(rèn)為 超瞬變過程是有 DQ 繞組決定， fg 繞組決定瞬變過程。ad add f d d q q dffXXψ ψ X i E X i??? ? ? ? ????? 公式 （ 223） 進(jìn)行化簡 ? ?39。q a d f d d d q q d d d q d d dE X i ψ X i E x i X i E X X i? ? ? ? ? ? ? ? ?（ 224） 根據(jù) f f f fpψ u r i??可得到以下方程 . 39。 方程為： . . . . .. . . . .. . 1 . . . . . 1.0. . . .. 1 . 1. . 1.... 1.0. 0. . . .. 1.( ) ( )(d d q q dq q d d qq d d d d d dd f q q dd d dqqdd d q q ddu E x i riu E x i ridE x x x x x x x xT E E E idt x x x x x xdE dExxT T E E x xdt x x dt?? ??? ? ??? ??? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ??? ? ? ?? ? ?? ? ??? ??? ??? ?? ?? ? ? ??? ? ? ? ?? ?...0. . . . .. . . . . . . . .)()( 1 ) ( )1dddν q d q q qJ m e m q q d d d q d qidET E x x idtd ωTD ω T T T E i E i x x i idtd δωdt????????????? ??? ?? ??? ? ? ?????? ?? ?? ????? ? ? ? ? ? ? ? ?? ????????公式 （ 230） 同步發(fā)電機(jī)的 四階 模型 推導(dǎo) 四階模型 導(dǎo)出思路： 首先在三階模型的基礎(chǔ)上引入有 .gi 所對應(yīng)的 d 軸電動勢 dE 和 d 軸瞬變電動勢 .dE? ， 利用四階模型和三階模型在 d軸上的結(jié)構(gòu)相同，化簡為下列方程 . . .39。39。39。 39。 同步發(fā)電機(jī)的 三階 模型 推導(dǎo) 三階實用模型 導(dǎo)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(zhuǎn)子動態(tài) [2]。 在忽略阻尼繞組的情況下，進(jìn)行同步發(fā)電機(jī)的 park 變化，具體的就是將經(jīng)過 park 變化后的磁鏈方程（ 21）和經(jīng)過 park 變化后的電壓方程可用（ 24）變?yōu)? d d ad dq q Qf ad f fd d d qq q Q df f f fψ XXψ Xψ XXri ψri ψri ψ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?iiiuuu 公式 （ 242） 計算后 保留定子 側(cè)的 變量 .dqu 、 .dqi ，轉(zhuǎn)子變量 .fu 、 .fi 、 .fψ 用 .fE 、 Eq. 、.qE? 代替，然后用 3個磁鏈方程消去 .dψ 、 .qψ 、 Eq. 。qE保持不變對以上的模型進(jìn)行簡化得到以下方程 。但是參數(shù)不可靠的情況下，采用二階模型可以可到更可靠的結(jié)果。根據(jù)方程，并給次相應(yīng)的 d 軸、 q 軸等值電路。本次 畢業(yè) 設(shè)計的 涉及主要內(nèi)容是電力系統(tǒng)功角穩(wěn)福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 分析和影響。目前主要以微機(jī)為主，它包括潮流程序、暫態(tài)穩(wěn)定程序、人機(jī)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(jìn)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)生故障福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 以后的狀態(tài)記錄他們的參數(shù)，用戶根據(jù)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(jù)系統(tǒng)的各個參數(shù)，制定補(bǔ)償和解決方案。 (8) 多形式系統(tǒng)參數(shù) 分析報告 ： 用戶通過編寫潮流程序 .dat 文件，應(yīng)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(shù)據(jù)和支路數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)卡片是核心，根據(jù) 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(zhǔn)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(zhǔn)電壓。第 63~66 填寫線路的長度。第 20 到 27 列填寫 變壓器一側(cè) 名稱。第 68 到 72 填寫分接頭 2 的電壓值。拖 動 側(cè) 邊 手 柄 更改 文 本 塊 的 寬度 。 故障類型對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析 19 ~521 13 0 0 M V1 8 k VC o s θ = 0 . 8 5X d = X q = 2 . 3 6X 2= 0 . 2 3T j = 6 s3 6 0 M V A1 8 / 2 4 2 k VU s ( % ) = 1 42 0 0 k mX 1 = 0 . 4 1 / k mX 0 = 4 X 1P 0 = 2 2 0 M VC o s θ = 0 . 9 81 1 5 k V3 6 0 M V A2 2 0 / 1 2 1U s ( % ) = 1 4 圖 32 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 81 系統(tǒng)圖 為了更方便的進(jìn)行電力系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定分析，我們將圖 32 進(jìn)行化簡，方便對等面積法則的理解，將系統(tǒng)圖分別簡化為為發(fā)生故障時，和發(fā)生故障兩種情況，結(jié)合例子進(jìn)行分析，分別如圖 33，圖 34。2 1 222Ld T TLd T TXX X XXX X X X X????????? ? ? ? ? ? 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 X? 為零，這是發(fā)電機(jī)就無法與系統(tǒng)無法聯(lián)系，我們可以認(rèn)為發(fā)電機(jī)沒有輸出功率。 拖 動 側(cè) 邊 手 柄 更 改 文 本 塊 的 寬 度 。 整個電力系統(tǒng)正常運行原 動機(jī)的機(jī)械功率 表故障類型對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析 21 示為 0P 。 這時運行點由 a 變化到 d， 隨時間的變化，轉(zhuǎn)子加速，功角 ? 變大，運行點由 d 向 k 點移動，如果線路不存在繼電保護(hù)裝置，那么轉(zhuǎn)子會不斷的加速，直到與系統(tǒng)失去聯(lián)系。 電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的源頭都是由于過剩轉(zhuǎn)矩這一塊引起的，學(xué)者根據(jù)能量守恒，就是過剩轉(zhuǎn)矩對相對功角做的功在理想的環(huán)境下，不及損耗，一定會等于轉(zhuǎn)子前后運動所產(chǎn)生的能量，簡單的表達(dá)如下 ，轉(zhuǎn)子加速階段 2320j TT d ppdt ?? ?? 公式 (34) 經(jīng)過積分化為 ? ?2 30012 j kkTT PP?? ?? ??? 公式 (35) 同理轉(zhuǎn)子減速階段 2220j TT d ppdt ?? ?? 公式 (36) 經(jīng)過積分變化為 福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 22 ? ?2 20xx2 j kkTT PP?? ?? ??? 公式 (37) 由能量守恒得出等面積法則， 結(jié)合圖 35 分 析就是有加速面積 agkd 等于減速面積 dehg 聯(lián)立上面兩個方程就能求出極限切