【正文】 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。據(jù)此，我們找出暫態(tài)過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)其主要影響的因素，在分析計(jì)算中加以考慮，而對(duì)于影響不大的因素，則予以忽略或作近似考慮。同時(shí)，這一假定也意味著忽略電力網(wǎng)絡(luò)中各元件的電磁暫態(tài)過(guò)程。加之轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性較大，所以，對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度的影響也不大。故障時(shí)確定正序分量的等值電路與正常運(yùn)行時(shí)的等值電路不同之處，僅在于故障處接入由故障類(lèi)型確定的故障附加阻抗?Z . 應(yīng)該指出，由于 ?Z 與負(fù)序及零序參數(shù)有關(guān)，故障時(shí)正序電流、電壓及功 率，除與正序參數(shù)有關(guān)外，也與負(fù)序及零序有關(guān)。 大擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 在正常運(yùn)行情況下，若原動(dòng)機(jī)輸入功率為 0PPT? （在圖 21 中用一橫線(xiàn)表示） , 發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)位點(diǎn) a ，與此對(duì)應(yīng)的功角為 0? 。 8 圖 21 轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)及面積定則 在加速性的過(guò)剩功率作用下，發(fā)電機(jī)獲得加速，使其相對(duì)速度 N??? ??? 0，于是功角 ? 開(kāi)始增大。此時(shí)，發(fā)電機(jī)的電磁功率大于原動(dòng)機(jī)的功率，過(guò)剩功率 eTa PPP ??? 0，變成減速性的了。雖然此時(shí)發(fā)電機(jī)恢復(fù)了同步，但由于功率平衡尚未恢復(fù)，所以不能在點(diǎn) f 確立同步運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)。也就是說(shuō)，系統(tǒng)在上述大擾動(dòng)下保持了暫態(tài)穩(wěn)定性。在不計(jì)能量損失時(shí)，加速期間過(guò)剩轉(zhuǎn)矩所作的功，將全部轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動(dòng)能。也就是說(shuō)，動(dòng)能增量為負(fù)值，這意味著轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)能減小了，即轉(zhuǎn)速下降了，減速過(guò)程中動(dòng)能增量所對(duì)應(yīng)的面積稱(chēng)為減速面積， edfgA 就是減速面積。同理，根據(jù)等面積定則，可以確定搖擺的最小角度 min? ，即 ? ? ? ? 0m i nm a x ???? ?? ?????? ?? ???? dPPdPP ss TT （ 26） 由圖 21 可以看到，在給定的計(jì)算條件下，當(dāng)切除角 c? 一定時(shí)，有一個(gè)最大可能的減速面積 esdfA? 。 極限切除角 當(dāng)最大可能的減速面積小于加速面積時(shí)，如果減小切除角 c? ，由圖 22 可知，這既減小了加速面積，又增大了最大可能減速面積。 P ?P ???mP d ???P ??P a e TP ??mP ??P b c 0 0? lim?c? cr? ? 圖 22 極限切除角的確定 由圖 22 可得 ? ? ? ??? ?? ???? ????? crcc dPPdPP mm ???? ???? l i ml i m0 0s i ns i n 00 （ 27） 求出公式（ 27）的積分并經(jīng)整理后可得 11 ? ???????????? ? ????mmmcrmcrc PP PPP 000l i m c o sc o sa r c c o s ????? （ 28） 式中所有的角度都是用弧度表示的。比較 c? 與由面積定則確定的極限切除角 lim?c? ，若 c? lim?c? ,系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之則不穩(wěn)定。目前，在電力系統(tǒng)中取得實(shí)際應(yīng)用的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法主要有兩類(lèi)，即時(shí)域仿真法和直接 法。它是求解電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題的主要方法。這種方法的限制是不易給出穩(wěn)定的定量信息和對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的靈敏度分析信息。因此當(dāng)忽略轉(zhuǎn)移電導(dǎo)時(shí)，會(huì)帶來(lái)很大誤差。隨后，直接法的研究進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展階段，產(chǎn)生了很多新方法。作者在研究失穩(wěn)模式后指出，對(duì)于一個(gè)給定的擾動(dòng)，可以把多機(jī)系統(tǒng)分解為臨界機(jī)群和剩余機(jī)群兩部分，然后按部分角度中心概念變換為一個(gè)等值的兩機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步又可以將這個(gè)等值的兩機(jī)系統(tǒng)變換為一個(gè)等值的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，從而可以使用等面積定則來(lái)求取臨界切除時(shí)間 crt 。 EEAC 法對(duì)于兩群失穩(wěn)模式較明顯的情況能夠得到非常精確的結(jié)果，而且由于避免了數(shù)值積分，因此計(jì)算速度很快，但對(duì)于兩群模式不明顯的情形，則往往會(huì)引起較大的誤差。隨著故障的發(fā)展及故障切除后，到底哪些機(jī)組最終變成臨界機(jī)組群，加速度法不能確定。現(xiàn)將幾種常用的人工智能方法簡(jiǎn)要介紹如下： 1） 模式識(shí)別法 通過(guò)離線(xiàn)計(jì)算各種運(yùn)行方式 在預(yù)想事故下的暫態(tài)穩(wěn)定性從而獲取知識(shí)樣本，并通過(guò)對(duì)樣本的“學(xué)習(xí)”，選取有用的知識(shí)，直接建立適應(yīng)于在線(xiàn)應(yīng)用的簡(jiǎn)單計(jì)算器模型，即分類(lèi)器。此外離線(xiàn)計(jì)算量很大，而且識(shí)別函數(shù)受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 目前提出的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN）模型有 50 多種。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于暫態(tài)穩(wěn)定分析時(shí)，一般作為穩(wěn)定與不穩(wěn)定模式的分類(lèi)器或作為產(chǎn)生穩(wěn)定指標(biāo)的函數(shù)模擬器。 15 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的方法 由于大擾動(dòng)后，發(fā)電機(jī)機(jī)械功率和電磁功率的差額，即加速功率是導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞的主要原因。 電力系統(tǒng)中架空輸電線(xiàn)路的短路故障，大多數(shù)是由閃絡(luò)放電造成的，再切斷線(xiàn)路，經(jīng)過(guò)一段電弧熄滅和空氣去游離的時(shí)間后，短路故障便完全消除了。圖 31 用等面積定則說(shuō)明了自動(dòng)重合閘對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。因此，采用重合閘措施，可顯著提高系統(tǒng)的供電可靠性和暫態(tài)穩(wěn)定性。 16 圖 32 快速切除故障對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響 應(yīng)該指出的是，減少故障切除時(shí)間對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定的效果，與短路故障的類(lèi)型有很大關(guān)系。 從物理概念上來(lái)說(shuō) ，短路時(shí)零序電流通過(guò)接地電阻 gR 時(shí)消耗有功功率，其中的一部分由發(fā)電機(jī)來(lái)負(fù)擔(dān)，因而使發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率增加，從而減小了加速功率，提高暫態(tài)穩(wěn)定。 4） 發(fā)電機(jī)采用電氣制動(dòng)： 電氣制動(dòng)就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障后，在送端 發(fā)電機(jī)上迅速投入電阻，以消耗發(fā)電機(jī)輸出的有功功率（增大電磁功率），減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的過(guò)剩功率，其接線(xiàn)圖如圖 33。 ?P 是系統(tǒng)正常運(yùn)行是的功角特性曲線(xiàn)， ??P 是發(fā)生故障時(shí)有電氣制動(dòng)的功角曲線(xiàn)圖， ???P 是發(fā)生故障時(shí)無(wú)電氣制動(dòng)的功角曲線(xiàn)圖。合適的制動(dòng)電阻和投切時(shí)間，則可顯著提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，否則，存在欠制動(dòng)和過(guò)制動(dòng)。 制動(dòng)電阻的切除時(shí)間，也要通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算，求出不同輸送功率下制動(dòng)電阻數(shù)值的上下限和投切時(shí)間，然后選擇一個(gè)合理的時(shí)間。 （ 2） 減少原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率 1） 對(duì)于汽輪機(jī)采用快速的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉氣門(mén)。 研究設(shè)計(jì)的內(nèi)容 應(yīng)用 MATLAB 進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真的主要步驟是： （ 1）建立系統(tǒng)模型：建立的是單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)（ SIMB）。 （ 4）結(jié)果分析 仿真之后，分析所得的圖形?，F(xiàn)代化的電網(wǎng)迫切需要現(xiàn)代化的分析手段，對(duì)軟件的功能、精度、規(guī)模和速度提出了更高 的要求，期望充分利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的最新成就分析和處理電網(wǎng)的實(shí)際問(wèn)題。 MATLAB 產(chǎn)品族具有下列功能：數(shù)據(jù)分析，數(shù)值和符號(hào)計(jì)算，工程與科學(xué)繪圖，控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)，數(shù)字圖像信號(hào)處理，財(cái)務(wù)工程，建模、仿真、原型開(kāi)發(fā)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)和圖形用戶(hù)界面設(shè)計(jì)等。 1984 年，美國(guó) MicroSim 公司推出來(lái)基于 SPICE 的微機(jī)版 PSPICE(PersonalSPICE)。無(wú)論對(duì)哪種器件哪些電路進(jìn)行仿真，都可以得到精準(zhǔn)的仿真結(jié)果，并可以自行建立元器件和元器件庫(kù)。它的界面直觀，易學(xué)易用。早期的 Protel 主要作為印刷版自動(dòng)布線(xiàn)工具使用，現(xiàn)在普遍使用的是 Protel99SE，它是個(gè)完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印刷電路板設(shè)計(jì)（包含印刷電路板自動(dòng)布局布線(xiàn)），可編程邏輯器件設(shè)計(jì)，圖標(biāo)生成，支持宏操作等功能，并具有 Client/Server(客戶(hù)服務(wù)器體 系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如 ORCAD、 PSPICE、 EXCEL 等 )。 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 一詞是 Matrix Laboratory （矩陣實(shí)驗(yàn)室）的縮寫(xiě)。 在國(guó)際學(xué)術(shù)界， MATLAB 已經(jīng)被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件。也就是說(shuō)，可以直接利用鼠標(biāo)在模型窗口中劃出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后再利用該軟件提供的功能來(lái)對(duì)控制系統(tǒng)直接進(jìn)行模擬，很明顯，這可以將一個(gè)原本很復(fù)雜的系統(tǒng)變得相當(dāng)容易輸入。 SIMULINK 具有如下特點(diǎn)： （ 1） 建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模型并進(jìn)行仿真。只需在 SIMULINK 元件庫(kù)中選出合適的模塊并拖放到SIMULINK 建模窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊連接就可以了。 SIMULINK 優(yōu)秀的積分算法給非線(xiàn)性系統(tǒng)仿真帶來(lái)了極高的精度。在此基礎(chǔ)上，整個(gè)系統(tǒng)可以按照自頂向下或自底向上的 方式搭建。 SimPowerSystems 庫(kù)提供了一種類(lèi)似電路建模的方式進(jìn)行模型繪制，在仿真前自動(dòng)將仿真系統(tǒng)圖變化為狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，然后在 SIMULINK 下進(jìn)行仿真分析。只需通過(guò)點(diǎn)擊和拖放 PSB 庫(kù)內(nèi)的模型即可建立用戶(hù)所需要的電力系統(tǒng)仿真原理圖，并利用模型元件的對(duì)話(huà)框來(lái)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，使用 Simulink 提供的示波器模型，可現(xiàn)實(shí)仿真結(jié)果及其波形。,39。,39。 24 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 單機(jī) 無(wú)窮大系統(tǒng)的建模 單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)原理圖如圖 51. G T S 圖 51 單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)原理圖 根據(jù)圖 51 建立的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)仿真原理圖如圖 52. P h a s o r sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n tABCT h r e e P h a s e S o u r ceABCT h r e e P h a s e F a u l tABCabcT h r e e P h a s eT r a n s f o r m e r( T w o W i n d i n g s )A B CT h r e e P h a s eP a r a l l e l R L C L o a dPmV f _mABCS y n c h r o n o u s M a c h i n ep u S t a n d a r dS co p e 5S co p e 2S co p e 1M a n u a l S w i t chmv s _qdd_t het awmdwM a ch i n e sM e a s u r e m e n tD e m u xG r o u n d 1In Vs t abG e n e r i cP o w e r S ys t e m S t a b i l i ze r K G a i n 1 K G a i nv refvdvqv s t abVfE xci t a t i o nS ys t e mD i s t r i b u t e d P a r a m e t e r s L i n e 1D i s t r i b u t e d P a r a m e t e r s L i n e0 . 7 5 0 1C o n s t a n t 290C o n s t a n t 11C o n s t a n t St at or v olt age v q (pu) St at or v olt age v d (pu) 圖 52 單機(jī)無(wú)窮大仿真原理圖 圖中使用到的基本模塊有： 示波器 scope，邏輯加，增益 gain，電機(jī)測(cè)量模塊 Machines Measurement Demux，同步電機(jī)（標(biāo)幺值單位）模塊 Synchronous Machine pu Standard，勵(lì)磁系統(tǒng) Excitation System，通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 Generic Power System Stabilizer，三相并聯(lián) RLC 負(fù) 載Three Phase Parallel RLC Load，雙繞組三相變壓器 ThreePhase Transformer(Two Windings)，電壓測(cè)量模塊 Voltage Measurement，分布參數(shù)線(xiàn)路模塊 D