【正文】 動(dòng)功角特性圖 制動(dòng)電阻的大小及其投切時(shí)間對(duì)電氣制動(dòng)提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性作用的發(fā)揮非常 18 重要。對(duì)典型系統(tǒng)計(jì)算表明，電阻值以 4%（以變壓器額定容量為基準(zhǔn)）左右為宜。應(yīng)該指出的是，切除故障時(shí)間是繼電保護(hù)裝置動(dòng) 作時(shí)間和開關(guān)接到跳閘脈沖到觸頭分開后電弧熄滅為止的時(shí)間總和。自動(dòng)重合閘成功，對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定和事故后的靜態(tài)穩(wěn)定，都有很好的作用。其存在的主要問(wèn)題是如何合理選擇有限數(shù) 量的樣本構(gòu)成樣本集，以便概括引出所需結(jié)果。 目前，專家系統(tǒng)的理論與技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但許多明顯的缺陷也日益顯露出來(lái)，如知識(shí)自動(dòng)獲取的困難、自學(xué)能力差等。目前，人工智能方法主要有：模式識(shí)別、專家系統(tǒng)法、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)法。各群的群內(nèi)能量與群際能量之間不會(huì)產(chǎn)生能量交換。在確定穩(wěn)定域方面，涉及了故障的實(shí)際軌跡和轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的影響，并構(gòu)造 13 了一個(gè)更能反映系統(tǒng)物理性的暫態(tài)能量函數(shù)，極大地克服了早期直接法的保守性。此法在計(jì)算方法上要求并行發(fā)電機(jī)方程、控制器方程及網(wǎng)絡(luò)方程，對(duì)中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的仿真可達(dá)到實(shí)時(shí)的效果。此外，不少學(xué)者將小波變換用于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析，并取得了一定成果。這個(gè)角度稱為極限切除角 lim?c? 。式 (24)也可寫成 10 edfgabce AA ? （ 25） 即加速面積和減速面積大小相等，這就是等面積定則。 轉(zhuǎn)子由 0? 到 c? 移動(dòng)時(shí)，過(guò)剩轉(zhuǎn)矩所做的功為 ??? ???? dPdMW cc aaa ?? ???? 00 （ 21） 用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏離同步速度不大， 1?? ，于是 ? ? ?? ???? dPPdPW C Taa ?? ?????? 0m a x0 （ 22） 公式（ 22）右邊的積分，代表 ??P 平面上的積分，對(duì)于圖的情況為畫著陰影的面積 abceA 。 如果達(dá)到點(diǎn) f 時(shí)，發(fā)電機(jī)恢復(fù)到同步速動(dòng)，即 ?? =0，則功角 ? 抵達(dá)它的最大值max? 。這時(shí)原動(dòng)機(jī)的功率 TP 仍保持不變，于是出現(xiàn)了過(guò)剩功率)0(0)0( PPPPP eT ????? 0，它是加速性的。不對(duì)稱故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)中正序分量的計(jì)算，可以應(yīng)用正序等效定則和復(fù)合序網(wǎng)。 采用這個(gè)假設(shè)后，發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組的電流、系統(tǒng)的電壓及發(fā)電機(jī)的電磁功率等，在大擾動(dòng)的瞬間均可以突變。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。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 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。 “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)。因?yàn)閺娜騺?lái)看，大面積停電并不罕見。實(shí)際上，美國(guó)電網(wǎng)的每段輸電線比較短，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。 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。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。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)。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 。 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，則稱此電力系統(tǒng)在這一大擾動(dòng)下是暫態(tài)穩(wěn)定的。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。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 題目名稱：電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真研究 學(xué)院名稱：電子信息學(xué)院 班 級(jí)：電氣類 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師 ： 20xx 年 6 月 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真研究 Power system transient stability simulation 學(xué)院名稱：電子信息學(xué)院 班 級(jí)：電氣類 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師 ： 20xx 年 6 月 論文編號(hào) ： 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。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，稱之為暫態(tài)穩(wěn)定。 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。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)。 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，解除一條線路后，其余線路被迫承擔(dān)被解列線路的負(fù)荷，而失去一條線路的網(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。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。開發(fā)有量化和在線能力的 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。 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。 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)。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。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。在不平衡轉(zhuǎn)矩作用下，發(fā)電機(jī)開始改變轉(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)）。然而，一方面由于 定子非周期分量電流衰減時(shí)間常數(shù)很小，通常只有百分之幾秒，另一方面，定子非周期分量電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間是靜止不動(dòng)的，它與轉(zhuǎn)子繞組直流（包括自由電流）所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以同步頻率作周期變化，其平均值很小，由于轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性較大，因而對(duì)轉(zhuǎn)子整體相對(duì)運(yùn)動(dòng)影響很小。此時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率，僅由正序分量確定。由于轉(zhuǎn)子具有慣性，功角不能突變，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率（即工作點(diǎn)）應(yīng)由 ?P 上對(duì)應(yīng)于 0? 的點(diǎn) b 確定，設(shè)其值為 )0(P 。發(fā)電機(jī)則一直受到減速作用而不斷減速。從前面的分析可知，在功角由 0? 變到 c? 的過(guò)程中，原動(dòng)機(jī)輸入的能量大于發(fā)電機(jī)輸出的能量，多余的能量將使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高并轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的能量而存在于轉(zhuǎn)子中；而當(dāng)功角由 C? 變到 max? 時(shí)，原動(dòng)機(jī)輸入的能量小于發(fā)電機(jī)輸出的能量，不足部分由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低而釋放的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電磁能來(lái)補(bǔ)充。 應(yīng)用這個(gè)條件，并將 0PPT? ，以及 ??P 和 ???P 的表達(dá)式代入，便可求得 max? 。如果在某一切除角時(shí)，最大可能的減速面積與加速面積大小相等，則系統(tǒng)將處于穩(wěn)定的極限情況，大于這個(gè)角度切除故障，系統(tǒng)將失去穩(wěn) 定。 12 3 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究方法 分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法 分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法主要有三類，即：時(shí)域仿真法（也稱為逐步積分法）、直接法、人工智能法。 為了彌補(bǔ)以上的缺點(diǎn)，現(xiàn)今正在研究一種超快速的時(shí)域仿真法，即借助于新的計(jì)算硬件包括并行處理機(jī)的方法。 70 年代末到 80 年代初， Athay 和 Kakimo 等人的工作為直接法的發(fā)展開創(chuàng)了一個(gè)新局面。這個(gè)假設(shè)的實(shí)質(zhì)是認(rèn)為機(jī)組的失穩(wěn)只與兩群之間的群際能量有關(guān)，而與 各群之間的群內(nèi)動(dòng)能和勢(shì)能無(wú)關(guān)。 （ 3）人工智能判定法 14 人工智能方法可進(jìn)行非模型的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定判別，具有在線計(jì)算速度快、容易生成決策用的啟發(fā)規(guī)則等優(yōu)點(diǎn)，因此與傳統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法構(gòu)成了良好的互補(bǔ)。通過(guò)專家系統(tǒng)，可以模擬人類專家思維和求解問(wèn)題的方法，以知識(shí)作為信息處理的對(duì)象，從而更好地解決問(wèn)題。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是不需建立數(shù)學(xué)模型，不需求解非線性方程，回憶速度快，可以模擬任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，因而其訓(xùn)練精度較高，而且可以進(jìn)行自學(xué)，因而能彌補(bǔ)專家系統(tǒng)的不足。若重新投入輸電線路是由開關(guān)設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行的，則稱之為自動(dòng)重合閘。 2）快速切除故障： 減輕電氣設(shè)備因短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)等不良影響，而且加快切除故障可以減小切除角，這樣既減小了加速面積，又增大了減速面積，對(duì)于提高暫態(tài)穩(wěn)定起著決定作用。電阻值過(guò)小，電阻上消耗的功率過(guò)小，作用不大；電阻過(guò)大，消耗功率太大，有可能使發(fā)電機(jī)在第二個(gè)搖擺周期失去穩(wěn)定。由于 dabcA1 abcdA ，所以采用電氣制動(dòng)，減少了加速面積，提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。當(dāng)由于外部短路而使發(fā)電機(jī)端電壓 GU 低于額定電壓的 85%時(shí)，低電壓繼電器動(dòng)作，并通過(guò)一中間繼電器將勵(lì)磁裝置的調(diào)節(jié)電阻強(qiáng)行短接，使勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流大大增加，提高了發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)。 圖 36 無(wú)輸電線的單機(jī) — 無(wú)窮大系統(tǒng)原理圖 19 假定聯(lián)絡(luò)阻抗為純電感，則由發(fā)電機(jī)向無(wú)窮大系統(tǒng)送出去的有功功率的 P 為： ?sin?? ? UZEP m （ 33） 式中 ?Z — 包括發(fā)電機(jī)阻抗在內(nèi)的發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)到無(wú)窮大系統(tǒng)母線的總阻抗； ? — 功角； mE — 發(fā)電機(jī)電勢(shì)； U — 系統(tǒng)母線電壓。 目前常用的電力系統(tǒng)仿真軟件有： （ 1） MATLAB 產(chǎn)品族它們的一大特性是有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數(shù)集應(yīng)用來(lái)對(duì)圖像信號(hào)處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等特殊應(yīng)用進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。最近推出了 版本。 （ 4） Protel是 PROTEL 公司在 20 世紀(jì) 80 年代末推出的 CAD 工具，是 PCB 設(shè)計(jì)者的首選軟件。此后， MATLAB 軟件的功能不斷得到豐富和發(fā)展。 SIMULINK 準(zhǔn)備有數(shù)百種預(yù)定義 系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進(jìn)有效的積分算法和直觀的圖示化工具。 SIMULINK 模塊庫(kù)是可定制的，用戶也可以修改已有模塊的圖標(biāo)，允許用戶把自己編寫的 C、 FORTRAN、 Ada 代碼直接植入SIMULINK 模型中。這種交互式的特征可幫助用戶快速評(píng)估不同的算法，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。 （ 2） 波形圖的保存 運(yùn)行之后，打開 scope，得到圖形，在 matlab 指令窗口輸入： set(0,39。) 然后按下回車，則在 scope 窗口會(huì)出現(xiàn)菜單欄。) set(gcf,39。 PSB（ Power System Blocket）是一個(gè)圖編輯器，在 Simulink 環(huán)境下能建立系統(tǒng)原理并進(jìn)行仿真計(jì)算。 （ 5）分層次地表達(dá)復(fù)雜系統(tǒng)。 （ 2）以直觀的方式建模。 Simulink 是在 MATLAB 環(huán)境下用于動(dòng)態(tài)建模和仿真應(yīng)用最廣泛的軟件包之一，意思是仿真鏈接。 Protel 軟件功能強(qiáng)大、界面友好、使用方便，但它最具代表性的功能是電路設(shè)計(jì)和 PCB 設(shè)計(jì)。目前普遍使用的是 ，相對(duì)其它 EDA軟件，它是較小巧的軟件。開放式的結(jié)構(gòu)使 MATLAB 產(chǎn)品族很容易針對(duì)特定的需求進(jìn)行擴(kuò)充，從而在不斷深化對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)的同時(shí)，提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。 20 4 電力系統(tǒng)常用仿真簡(jiǎn)介 常用的電力系統(tǒng)仿真軟件 電力系統(tǒng)分析軟件用數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行研究，可用來(lái)確定規(guī)劃設(shè)計(jì)方案、擬定運(yùn)行方式、整定自動(dòng)裝置的控制參數(shù)、進(jìn)行事故分析和輔助運(yùn)行人員作出正