【文章內容簡介】 當要求勵磁系統(tǒng)動態(tài)時，可采用三階或五階，弱對實心轉子要及其q軸轉子的g繞組，則要才用四階或者六階?？偨Y所有的方程起源點都是從派克方程出發(fā)，首先導出了abc相坐標系下的同步電機有名值方程，接著利用派克方程將abc坐標系下的方程轉化為dq0坐標系下的同步電機又名值方程。根據方程，并給次相應的d軸、q軸等值電路。定義了相應的運算電抗，運算電導及其同步電機的實用參數，導出同步電機的各種實用方程，這幾種方程在電力系統(tǒng)的應用十分普遍。所有的模型中均假設：令定子電壓微分方程中的并且一個重要的前提是在理想的電機出發(fā)。由于同步電機的轉子是旋轉的，我們將它歸為旋轉的鐵磁元件，并有多個繞組組成，其動態(tài)過程非常復雜，而它在電力系統(tǒng)中又至關重要，它是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性中不可或缺的一環(huán)。本次畢業(yè)設計的涉及主要內容是電力系統(tǒng)功角穩(wěn)分析和影響。要求對發(fā)電機的模型進行分析和推導，更深入的理解電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第3章 BPA的介紹和穩(wěn)定性分析 BPA概述 BPA的介紹首先BPA軟件是由美國研發(fā)，1984 年以來我國電科院過通過對這個版本吸收和創(chuàng)新，順利的誕生中國版的BPA程序。BPA能夠兼容Windows 9x/NT/2000 平臺。目前主要以微機為主，它包括潮流程序、暫態(tài)穩(wěn)定程序、人機界面及圖形輔助計算分析程序等軟件?，F在我們使用的中國版BPA 是1990 版BPA 程序的升級版。它經過近些年投入大量的人力物力，增加了很多新的功能，例如新的勵磁模型，更多的負荷類型，增加對不對稱故障的處理能力，滿足實際現場工作的需求。BPA主要有以下三個幾個界面，它們分別是PSAP的界面：,.swi,.pfo等文件進行運行、潮流計算界面：、穩(wěn)定計算界面和數據文件編輯器界面：。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長時間廣泛應用于在我國電力系統(tǒng)的各個部門。軟件計算范圍大、速度快、穩(wěn)定性高、仿真功能功能強等優(yōu)點。因此BPA成為我國電力系統(tǒng)分析計算中主要軟件之一。 BPA的功能(1) 基本功能：潮流計算，也可進行包括雙端和多端直流系統(tǒng)的交直流混合潮流計算。計算方法采用P－Q 分解法和牛頓－拉夫遜法相結合，以提高潮流計算的收斂性能。程序通常先采用P－Q 分解法進行初始迭代，然后轉入牛頓－拉夫遜法進行求解潮流[12]。(2) 仿真聯絡線各功率控制：BPA軟件應用發(fā)電控制的功能，無需手動控制系統(tǒng)線路功率交并且將它轉換用戶所需值。自動發(fā)電控制功能也稱AGC[12]。 (3) 自動電壓仿真控制：同步發(fā)電機PQ，PV，平衡節(jié)點的電壓控制。不僅能控制PQ、PV 和緩沖節(jié)點，它還具備同步發(fā)電機遠距離遙控高壓母線。(4) 系統(tǒng)網絡等值：軟件根據REI的方法，能夠對用戶所選的地方實行靜態(tài)等值，這樣可以保障等值網絡潮流計算結果與原始網的潮流結果大致一樣。(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)生故障以后的狀態(tài)記錄他們的參數，用戶根據軟件提供的N1斷線法迅速找出系統(tǒng)的脆弱環(huán)節(jié)，根據系統(tǒng)的各個參數，制定補償和解決方案。提到穩(wěn)定性，提供更優(yōu)質的電能，滿足用戶的需求。(6) 系統(tǒng)靈敏度分析：找出電力系統(tǒng)的擾動量參數，通過軟件得到關于線路損耗、電機功角、節(jié)點電壓靈敏度和線路功率、網絡損耗等靈敏度分析報表。(7) 節(jié)點PV、QV和PQ曲線：用戶可以在系統(tǒng)施加電壓、無功或有功擾動后，程序可自動得出模擬一些曲線，它們是關于PV、QV和PQ變化。(8) 多形式系統(tǒng)參數分析報告：，應用控制語句填寫full，這樣可以在程序運行后的到多種類型的報告。系統(tǒng)有16種報告，用戶按照自己所需的可以進行選擇自己所需的報告。(9) 系統(tǒng)負荷靜特性模型：用戶可以建立一個關于自選功率、電流和阻抗模型，更方便應用軟件的模擬出電壓功能，分析他們對負荷的影響和作用。(10) 檢查錯誤功能：和大多數程序編輯軟件一樣，當你編輯程序時，運行后，如果程序中有問題，在輸出的報表會提示你哪里出現了問題。例如卡片不能識別，線路不存在等等。軟件經過改良有近 900 多種檢錯信息，用戶通過錯誤提示，進行對程序的修改。 BPA部分使用介紹首先是BPA的系統(tǒng)和個文件運行的流程圖31。圖31 BPA整體運行流程圖1．第一步進入BSDBPA的界面的圖標是：2． BPA軟件主要的使用可以總結為兩個部分，輸入部分和輸出部分。輸入部分可以分為程序控制語句，和節(jié)點數據和支路數據，其中數據卡片是核心，根據不同的節(jié)點分類有不同的節(jié)點卡片?？ㄆ奶砑訄D標為：本次設計主要涉及以下幾種類型的數據卡片。第一個是節(jié)點數據卡。由于節(jié)點的類型分為三類，平衡節(jié)點，PQ，PV節(jié)點。節(jié)點卡片為B卡。輸入格式主要如下不同列代表不同的內容，下面簡單的介紹我在本次畢業(yè)設計中所使用的卡片和卡片所需填的內容。結合電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中36的例子。B卡如下：B bus_2 1 第1列填寫卡片的類型，基本的的卡片類型主要有節(jié)點卡B,線路數據卡L，變壓器卡T。第7~18列填寫節(jié)點的名稱和基準電壓，第19到20列填寫分區(qū)名。第21~30填寫有功負荷與無功負荷。第31~38分別填寫并聯有功負荷和并聯無功負荷。在36的例子中存在5個節(jié)點，節(jié)點1為平衡節(jié)點（使用BS卡），其他的都為PQ節(jié)點（B卡）。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。格式如下：L bus_1 1 bus_3 1 第1列填寫卡片的類型。第7到18列和B卡一樣也是填寫節(jié)點的名稱和基準電壓。第19到20填寫分區(qū)名。第20~31填寫它所接的另一節(jié)點名稱和基準電壓。第38到40填寫并聯線路數目號。第39~50填寫線路的阻抗標幺值。第51~62填寫線路對地電抗。第63~66填寫線路的長度。要構成一個完整的系統(tǒng)，變壓器也是其中一個重要的部分。變壓器的卡片T卡，下面是T卡的格式介紹：T B1 母線1 209. 18. 242.第一列于B卡和L卡一樣，填寫卡片的類型。第15到18填寫基準電壓。第20到27列填寫變壓器一側名稱。第28到31填寫變壓器另一側電壓。第45到50列填寫漏抗標幺值。第63到67列填寫分接頭1的電壓值。第68到72填寫分接頭2的電壓值。3．程序編完后的運行按鈕為：電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析36例題電路網絡如圖32，潮流計算程序為附表1，潮流結果輸出為圖33圖31 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析36系統(tǒng)圖圖33 例題36 BPA仿真結果 例題81穩(wěn)定性分析本次畢業(yè)論文的研究的功角穩(wěn)定性分析是結合《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》書中例子81進行分析。圖32是例題81的系統(tǒng)圖。圖32電力系統(tǒng)暫態(tài)分析81系統(tǒng)圖為了更方便的進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析，我們將圖32進行化簡，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，結合例子進行分析，分別如圖33，圖34。圖33短路前系統(tǒng)圖圖34短路后系統(tǒng)圖網絡未發(fā)生故障正常運行時電勢E與無限大系統(tǒng)之間的電抗為 公式(31)由短路后的系統(tǒng)圖34，短時增加一個附電抗，電勢E與無窮大的阻抗為 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，那么為零，這是發(fā)電機就無法與系統(tǒng)無法聯系，我們可以認為發(fā)電機沒有輸出功率。由于發(fā)電機的電磁功率與功角存在一個正弦的關系，有圖33和圖34得出，它們的發(fā)電機的輸出功率短路前后分別為 公式(33)這樣我們可以通過下面的曲線圖35。圖35功率曲線圖由發(fā)電機的電磁功率和功角的關系我們可以得出曲線圖，故障前的曲線為1，故障后為3，保護裝置作用后為2。整個電力系統(tǒng)正常運行原動機的機械功率表示為。發(fā)電機的輸出功率為。當系統(tǒng)正常運行的時候存在。圖35的a是正常運行點，當這是發(fā)生短路時，系統(tǒng)電抗增大，發(fā)電機的輸出功率減小，但是原動機的的機械功率保持不變，這樣，這是就存在一個產生一個功率差導致過剩轉矩，過剩轉矩會使得發(fā)電機的轉子加速，但是在短路的那一瞬間，運動的物體由于慣性的作用，轉子的角度不好瞬間變化。這時運行點由a變化到d，隨時間的變化，轉子加速，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裝置，那么轉子會不斷的加速，直到與系統(tǒng)失去聯系。如果這時候繼電保護動作，故障被切除，假設是在k點被切除，那么功率特性曲線變?yōu)镮I，這是轉子由于慣性不會馬上變化，由曲線可以知道，這時候發(fā)電機的輸出功率大于原動機的機械功率，轉子速度開始減慢，但是我們知道轉子此時的轉速必然比同步轉速快，還得繼續(xù)增大，此時運行點d向e運行，假設這是轉子速度降到同步轉速，停止增大，但是還是不滿足發(fā)電機的平衡條件，運行點由于轉子轉速的降低開始回頭，由運行點e向b點靠近，當超過b點時，轉子有開始加速，如果不存在線路損耗，那么久會這么一直循環(huán)下去，但是實際的工程問題損耗必然存在，最后會停留在一個新的運行點上。這當中也存在另外一種情況，就是繼電保護裝置延時動作，隨著時間的推移，轉子的轉速已經非常之大，當運行點到達f點時，轉子的轉速還是超過同步轉速，過了f點后原動機的機械的功率將永遠大于發(fā)電機的機械功率，功角會不停的增大，導致發(fā)電機與系統(tǒng)失去聯系。這就本論文研究的暫態(tài)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的源頭都是由于過剩轉矩這一塊引起的，學者根據能量守恒，就是過剩轉矩對相對功角做的功在理想的環(huán)境下，不及損耗，一定會等于轉子前后運動所產生的能量，簡單的表達如下，轉子加速階段 公式(34)經過積分化為 公式(35)同理轉子減速階段 公式(36)經過積分變化為 公式(37)由能量守恒得出等面積法則，結合圖35分析就是有加速面積agkd等于減速面積dehg聯立上面兩個方程就能求出極限切除角。極限切除角表達如下。 公式(38)將題81的各個參數代入以上 根據公式(31) ，得到初始的功角根據公式38得出極限切除角結合電力系統(tǒng)仿真軟BPA軟件對以上例題進行分析，將編寫B(tài)PA潮流程序編寫運行，潮流程序于附表2。暫態(tài)文件程序于附表三。運行流程為以下步驟，第一步根據書本上提供的數據編輯潮流程序，運行如圖36： 圖36 81例題潮流運行部分結果圖 單相短路設計單相短路暫態(tài)穩(wěn)定的操如下，程序于附表3。點擊圖標： ()形成下圖。我設定的是單相短路故障。并且定義故障時間為17周波時候。運算后如圖37圖37 例題81 單項短路 故障時間為17周波發(fā)電機角度圖從圖中我們可以發(fā)現發(fā)電機角度經過一段時間的震蕩后又恢復到某一定值，繼續(xù)改變故障的時間，當故障時間設置到18周波時，運行程序如圖38所示。圖38 單項短路故障時間設置18周波時發(fā)電機功角圖由圖像可以得出，單相短路在故障時間為17周波的時候功角能經過一定時間的震蕩能夠恢復到穩(wěn)定，但是在故障時間為18周波的時候功角不停的增大，不能保持穩(wěn)定的角度，這樣可以得到極限切除時間為18周波。 兩相短路設計兩相短路暫態(tài)穩(wěn)定的操如下，程序于附表4。點擊圖標： ()形成下圖。我們設定的是兩相短路故障。并且定義故障時間為15周波時候。運算后如圖39圖39 兩相短路故障時間設置15周波時發(fā)電機功角圖從圖中我們可以發(fā)現發(fā)電機角度經過一段時間的震蕩后又恢復到某一定值，繼續(xù)改變故障的時間，當故障時間設置到16周波時，運行程序如圖310所示。圖310 兩相短路故障時間設置16周波時發(fā)電機角度圖由圖像可以得出，單相短路在故障時間為15周波的時候發(fā)電機功角能經過一定時間的震蕩能夠恢復到穩(wěn)定，但是在故障時間為16周波的時候功角不停的增大，能不能保持穩(wěn)定的角度，這樣可以得到極限切除時間為16周波。 三相短路設計三相短路暫態(tài)穩(wěn)定的操如下，程序于附表5。點擊圖標： (