【正文】 23）積分為負(fù)值。顯然，最大可能的減速面積大于加速面積，是保持暫態(tài)穩(wěn)定的條件。 ? lim?c? c? 0? ct lim?ct t 圖 23 極限切除時(shí)間的確定 當(dāng)已知切除角 c? 時(shí)，可以由 ??t? 曲線上找出對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)和斷路器切除故障的時(shí)間 ct 。時(shí)域法是將電力系統(tǒng)各元件模型根據(jù)元件拓?fù)潢P(guān)系形成全系統(tǒng)模型，這是一組聯(lián)立的微分方程組和代數(shù)方程組，然后以穩(wěn)態(tài)工況或潮流解為初值，求擾動(dòng)下的數(shù)值解，即逐步求得系統(tǒng)狀態(tài)量和代數(shù)量隨時(shí)間的變化曲線，并根據(jù)發(fā)電機(jī)功角值大于某一特定閥值來(lái)判別系統(tǒng)能否在大擾動(dòng)后維持暫態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。其中，在忽略轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的情況下，采用波波夫準(zhǔn)則構(gòu)造的 Lure 型比 Lyapunuov 函數(shù)得到較大發(fā)展，但由于在確定臨界切除時(shí)間過(guò)于保守，在模型方面，由于采用經(jīng)典模型，負(fù)荷以恒定阻抗表示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)時(shí)，負(fù)荷阻抗被吸收到導(dǎo)納矩陣中。下面簡(jiǎn)單介紹其中幾種方法 1） 擴(kuò)展等面積法（ EEAC）是由我國(guó)學(xué)者薛禹勝博士于 1986 年提出來(lái)的，此方法將現(xiàn)代電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的思想與古典的等面積定則結(jié)合，具有快速、直觀的特點(diǎn)。但由于機(jī)組失穩(wěn)模式的復(fù)雜性，在故障初始時(shí)加速度最大的機(jī)組不一定失穩(wěn)，因此要對(duì) 臨界機(jī)組群進(jìn)行修正。 模式識(shí)別法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度很快，其存在的主要問(wèn)題是如何合理選擇樣本集和識(shí)別函數(shù)，以保證足夠的精度。人工網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最基本的功能是分類和聯(lián)想，某一特定的功能是由網(wǎng)絡(luò)中各連接系數(shù)及各神經(jīng)元的激活函數(shù)決定的。 （ 1）增加發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率的方法主要有以下幾種： 1）自動(dòng)重合閘裝置：重合閘成功可以增加減速面積，從而提高暫態(tài)穩(wěn)定。 沒有重合閘 重合閘成功 圖 31 自動(dòng)重合閘對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響 電力系統(tǒng)中瞬時(shí)性短路故障比例很大，重合閘成功率可達(dá)到 90%以上。對(duì)于中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)，為了提高接地短路（兩相短路接地、單相接地）時(shí)的暫態(tài)穩(wěn)定，變壓器中性點(diǎn)可經(jīng)過(guò)小電阻再接地。 17 圖 33 電氣制動(dòng)接線圖 R G R 圖 34 制動(dòng)電阻接入方式 圖 35 用等面積定則來(lái)說(shuō)明電氣制動(dòng)的作用。因此，要通過(guò)認(rèn)真計(jì)算后，確定出合適的制動(dòng)電阻數(shù)值。 以上三種方法，都是利用當(dāng)發(fā)生故障電磁功率減小時(shí)，通過(guò)減少原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率減少作用在轉(zhuǎn)子上的剩余功率，提高其 暫態(tài)穩(wěn)定性。此外，還可用于教學(xué)和培訓(xùn)。 （ 2） SPICE（ Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是由美國(guó)加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，是 20 世紀(jì) 80 年代世界上應(yīng)用最廣的電路設(shè)計(jì)軟件，1998 年被定為美國(guó)國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)。但它對(duì)模擬電路的混合仿真功能卻十分強(qiáng)大，幾乎 100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果，并且它在桌面上提供了萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、 21 掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器和電壓表、電流表等儀器儀表。 以上各個(gè)電力系統(tǒng)仿真軟件的結(jié)構(gòu)和功能不同，它們各自的應(yīng)用領(lǐng)域也有所側(cè)重。該軟件有兩個(gè)特別明顯的功能：仿真與鏈接。利用 SIMULINK 可視化的建模方式，可迅速地建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的框圖模型。根據(jù)需要，各種模塊可以組織成若干子系統(tǒng)。 PSB 庫(kù)提供了電力系統(tǒng)仿真通用的原件和裝置，包括 RLC 支路和負(fù)載、變壓器、傳輸線、避雷器、電機(jī)、電力電子裝置等。menubar39。figure39。 23 MATLAB 保存圖形 （ 1） 模型圖的保存 模型圖建立完后，點(diǎn)擊 Edit,出現(xiàn)下拉菜單，選擇 Copy Model To Clipboard,就將模型圖復(fù)制成功了，在建立的文檔中粘貼即可。 （ 6）交互式的仿真分析。 （ 3）增添定制模塊元件和用戶代碼。 22 SIMULINK 是一種強(qiáng)有力的仿真工具，它能讓使用者在圖形方式下以最小的代價(jià)來(lái)模擬真實(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行。 20 世紀(jì) 70 年代后期，時(shí)任美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任的 Cleve Moler 教授為減輕學(xué)生編程負(fù)擔(dān)，為學(xué)生設(shè)計(jì)一組調(diào)用 LLINPACK 庫(kù)程序的“通俗易用”的接口，此即用 Fortran編寫的萌芽狀態(tài)的 MATLAB。它的很多功能模仿了 SPICE 的設(shè)計(jì)，但分析功能比 PSPICE稍少一些?，F(xiàn)在用得較多的是 ，可以說(shuō)在同類產(chǎn)品中，它是功能最為強(qiáng)大的模擬和數(shù)字電路混合仿真 EDA 軟件，在國(guó)內(nèi)普遍使用。目前，國(guó)際上有多種電力系統(tǒng)分析軟件包，在各國(guó)電力系統(tǒng)的實(shí)踐和研究中發(fā)揮了很大的作用。 單機(jī) — 無(wú)窮大系統(tǒng)認(rèn)為功率無(wú)窮大，頻率恒定，電壓恒定，是工程上最常用的手段，也是電力系統(tǒng)模擬仿真最簡(jiǎn)單、最基本的的運(yùn)行方式，即對(duì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行近似處理，以簡(jiǎn)化模型，更有利于得出結(jié)論，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。 5）強(qiáng)行勵(lì)磁 一般的發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)都具有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置。那么，從圖 35 中易得，無(wú)電氣制動(dòng)時(shí)，加速面積是 dabcA1，減速面積是 edgfA ；有電氣制動(dòng)時(shí)，加速面積是 abcdA ，減速面積仍然是 edgfA 。 如何選擇中性點(diǎn)接地電阻值，是應(yīng)用中的一個(gè)重要問(wèn)題。當(dāng)然，不成功的重合閘，則不利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。這時(shí)，如果再把線路重新投入系統(tǒng)，它便能繼續(xù)正常工作。為了對(duì)某一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型賦予特定的功能，必須經(jīng)歷學(xué)習(xí)和記憶兩個(gè)階段。 2） 專家系統(tǒng)法 電力系統(tǒng)運(yùn)行中的很多問(wèn)題，或由于計(jì)算量太大，或由于缺乏完 善的數(shù)學(xué)模型，或由于缺乏必要的狀態(tài)量，使單純的數(shù)值方法難以勝任或不能滿足實(shí)時(shí)要求。所以，加速度法只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的粗略方法，現(xiàn)在一般將它作為判別候選臨界機(jī)群的“過(guò)濾器”。 EEAC 法引入如下假設(shè)： ski ??? ?? ， Ski ??, alj ??? ?? ， Aki ??, 式中： S 代表臨界機(jī)群： A 代表剩余機(jī)群。由于這些問(wèn)題未得到解決，直接法的發(fā)展一度處于低潮。時(shí)域仿真 法具有數(shù)學(xué)模型詳盡、能提供系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時(shí)間相應(yīng)的特點(diǎn)，所以適應(yīng)于各種復(fù)雜模型和各種復(fù)雜擾動(dòng)方式，但是計(jì)算量大、耗費(fèi)機(jī)時(shí)、不適應(yīng)于實(shí)時(shí)穩(wěn)定控制，并且不能提供系統(tǒng)穩(wěn)定程度的信息。也可以比較時(shí)間，由面積定則確定的極限切除角 lim?c? ，在 ??t? 上求出相對(duì)應(yīng)的極限切除時(shí)間 ct lim?ct ,系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之是不穩(wěn)定的。這就有可能使原來(lái)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)變成能保持暫態(tài)穩(wěn)定了。 顯然，當(dāng)滿足 ? ? ? ? 0m a x0 ?????? ?? ????? ?? ???? dPPdPPWW cc TTba （ 24） 的條件時(shí)，動(dòng)能增量為零，即短路后得到加速使其轉(zhuǎn)速高于同步速的發(fā)電機(jī)重新恢復(fù)了同步。 等面積定則 當(dāng)不考慮震蕩中的能量損耗時(shí)，可以在功角特性上，根據(jù)等面積定則確定最大搖擺角 max? ，并判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。在此過(guò)剩功率作用下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速開始降低，雖然 相對(duì)速度 ?? 開始減小，但她仍大于零，因此功角繼續(xù)增大，工作點(diǎn)將沿 ???P 由 d 向 f 變動(dòng)。 短路瞬間，發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)應(yīng)在短路時(shí)的功率特性 ?P 上。 不計(jì) 零序和負(fù)序電流的影響，就大大地簡(jiǎn)化了不對(duì)稱故障時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定的計(jì)算。所以做出以下基本假設(shè)： （ 1）忽略發(fā)電機(jī)定子電流的非周期分量和與它相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流的周期分量 我們知道，在大擾動(dòng)，特別是發(fā)生短路故障時(shí)，定子非周期分量電流將在定子回路電阻中產(chǎn)生有功損耗，增加發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的電磁功率，在某些情況下（在發(fā)電機(jī)空載或輕載時(shí)），附加了非周期分量電流的損耗后，可能使發(fā)電機(jī)的電磁功率大于原動(dòng)機(jī)的功率，從而使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生減速運(yùn)動(dòng)。這樣，發(fā)電機(jī)的電磁功率與原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率之間就失去了平衡，于是產(chǎn)生了不平衡轉(zhuǎn)矩。但是由于我國(guó)電網(wǎng)的網(wǎng)架相對(duì)薄弱、負(fù)荷與發(fā)電中心地理位置較遠(yuǎn)聯(lián)絡(luò)線負(fù)載較重，局部故障的發(fā)生可能引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題。 截至到 20xx 年，以三峽工程為核心，以華中電網(wǎng)為依托，向東南西北四個(gè)方向輻射聯(lián)網(wǎng)的輸電線路已基本建成。從事故前印度北方電網(wǎng)嚴(yán)重超載運(yùn)行情況來(lái)看，線路跳閘 4 前，電網(wǎng)已 嚴(yán)重超過(guò)其穩(wěn)定限額運(yùn)行，從而導(dǎo)致大面積停電。這都給我國(guó)的電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)了很多啟示。 因此，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題不但在非線性理論方面，也在非線性系統(tǒng)的實(shí)踐方面具有代表性。 我國(guó)即將形成的大型互聯(lián)混合輸電系統(tǒng)在世界上是舉世無(wú)雙的，如何保證該系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一個(gè)極其重大和迫切的研究課題。另一方面，互聯(lián)電網(wǎng)的缺點(diǎn)是，由于對(duì)事故的連鎖反應(yīng)，可能出現(xiàn)大面積停電。然而，隨著電力市場(chǎng)化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平，同時(shí)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外時(shí)有發(fā)生由于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性不足且對(duì)策遲緩引起的大停電事故，造成了經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，這些都提示著我們提高對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的重視。所以，由大擾動(dòng)引起的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過(guò)程，是一個(gè)電磁暫態(tài)過(guò)程和發(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。 關(guān)鍵詞 ：電力系統(tǒng)，暫態(tài)穩(wěn)定，單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器， MATLAB 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 III II Abstract With the development of society and technology,some large power systems have been turned up in the world these characteristic of these systems are wide boundary and nonlinear. With the impelling of the marketization of the power system and the regional working, the system operation are near its limit levels more and more. Sometimes the collapse of power system will be caused for the specific damage. A Single Machine Infinite Bus System (SMIBS) is established via the Power System Block in the MATLAB,and the Singlephase ground short circuit fault is setted .The fast faultclearing,automatic reclosing lock,the transformer neutral grounding via low resistance are adopted to simulate ,which are proved to improve the the power system transient stability. Key words: Power System , Transient Stability , Single Machine Infinite Bus System , Power System Stabilizer , MATLAB III 目錄 1 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性概述 ........................................ 1 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定及其意義 ................................ 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ................................ 2 2 電力系統(tǒng)暫態(tài) 穩(wěn)定研究的內(nèi)容 .................................... 6 電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的特點(diǎn) .............................. 6 大擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng) ............................ 7 等面積定則 .............................................. 9 極限切除角 ............................................. 10 3 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究方法 ................................... 12 分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法 .......................