【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 械功率相平衡，發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)應(yīng)由P1和Pm線的交點(diǎn)確定，即為a點(diǎn)，與此對(duì)應(yīng)的功率角為，實(shí)線所示為計(jì)阻尼作用的曲線。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定 在發(fā)生短路瞬間，由于不考慮定子回路的非周期分量，則周期分量的功率是可以突變的，于是發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)有PI突然將為PII。又由于發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)的慣性所致，功率角不可能突變，仍為。那么運(yùn)行點(diǎn)由a點(diǎn)躍降到短路時(shí)功角特性曲線PII上的b點(diǎn)。達(dá)b點(diǎn)后，輸入的機(jī)械功率Pm大于輸出的電磁功率PIIb，不平衡凈加速功率大于零。依轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式，于是轉(zhuǎn)子開(kāi)始加速，即，功率角開(kāi)始增大，運(yùn)行點(diǎn)將沿功角特性曲線PII移動(dòng)，設(shè)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)功率角增大至c時(shí)，此時(shí)運(yùn)行在c點(diǎn)，速度達(dá)到最大。若在c點(diǎn)事切除線路故障，在切除線路故障的瞬間，仍由于不考慮定子回路電流的非周期分量及機(jī)組轉(zhuǎn)子的機(jī)械慣性，為c，運(yùn)行點(diǎn)從PII上的c點(diǎn)突升到PIII上的e點(diǎn)，此時(shí)速度仍為。在達(dá)到e點(diǎn)后，機(jī)械功率PmPIIIe（電磁功率），轉(zhuǎn)子開(kāi)始減速。由于及機(jī)組轉(zhuǎn)子的慣性作用，則功率角還在增大，運(yùn)行點(diǎn)沿PIII由e點(diǎn)向f點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)f點(diǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速），功率角不再繼續(xù)增大，這時(shí)的功率角為最大功率角。但在f點(diǎn)，PmPIIIf，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)減速，功率角開(kāi)始減小，運(yùn)行點(diǎn)仍將沿功角特性曲線PIII從f點(diǎn)向e、k點(diǎn)移動(dòng)。在k點(diǎn)時(shí)有Pm=，減速停止，則速度達(dá)最小為。但由于轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性作用，功率角將繼續(xù)減小，當(dāng)過(guò)k點(diǎn)時(shí)PmPIII，在不平衡功率為正值的作用下，轉(zhuǎn)子開(kāi)始加速，最后達(dá)到同步轉(zhuǎn)帶時(shí)為止，功率角不再減小，此時(shí)功率角為最小值。然后又開(kāi)始第二次振蕩，功率角由小到大，運(yùn)行點(diǎn)沿功角特性PIII越過(guò)k點(diǎn)又達(dá)f點(diǎn)。如果振蕩過(guò)程中沒(méi)有任何阻尼作用，這種振蕩將一直振蕩下去。但事實(shí)上振蕩過(guò)程中總有一定的阻尼作用，振蕩逐步衰減，系統(tǒng)將停留在一個(gè)新的運(yùn)行點(diǎn)k繼續(xù)同步運(yùn)行，即為系統(tǒng)在大的擾動(dòng)后可保持暫態(tài)穩(wěn)定性。當(dāng)短路故障切除得遲些，c更大時(shí)，在故障切除后，運(yùn)行點(diǎn)沿功率PIII不斷向功率角增大的方向移動(dòng)過(guò)程中，雖然轉(zhuǎn)子在不斷減速，但運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)曲線PIII上的點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速仍大于同步轉(zhuǎn)速。于是運(yùn)行點(diǎn)就要越過(guò)點(diǎn)，過(guò)了點(diǎn)后，情況發(fā)生逆轉(zhuǎn)。由于PmPIII，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子又開(kāi)始加速，而且加速度越來(lái)越大，功率轉(zhuǎn)角無(wú)限增大，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間將失去同步，系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定。MATLAB提供了常微分方程初值問(wèn)題的數(shù)值解法，對(duì)于穩(wěn)態(tài)一般用快速而準(zhǔn)確的ode45函數(shù)，對(duì)于暫態(tài)一般用ode23函數(shù)。也可采用自適應(yīng)變不長(zhǎng)的求解方法，即當(dāng)解的變化較快時(shí)，步長(zhǎng)會(huì)自動(dòng)的變小，從而提高計(jì)算精度。 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施比提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的措施更多。因?yàn)?，?duì)于一個(gè)電力系統(tǒng)，保持急劇擾動(dòng)下的暫態(tài)穩(wěn)定總比保持微小擾動(dòng)下的靜態(tài)穩(wěn)定更困難。提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施和提高靜態(tài)穩(wěn)定時(shí)不同，不是首先考慮帶有根本性的措施——縮短電氣距離，而是首先考慮減少功率或能量差額的臨時(shí)性措施。這一方面是由于急劇擾動(dòng)下機(jī)械與電磁、負(fù)荷與電源的功率或能量差額比微小擾動(dòng)大得多，另一方面又由于這種擾動(dòng)往往是暫時(shí)性的。 快速寫出故障和自動(dòng)重合閘這是兩種常常配合在一起使用的借減少功率或能量的差額提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施，經(jīng)濟(jì)而有效，應(yīng)首先考慮?？焖偾谐收显谔岣邥簯B(tài)穩(wěn)定性方面起著首要的、決定性的作用。由于快速切除故障，減少了加速面積，增加了減速面積，提高了發(fā)電廠之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，另外，由于快速切除故障，是電動(dòng)機(jī)的端電壓迅速回升，減少了電動(dòng)機(jī)失速、停頓的危險(xiǎn)，提高了負(fù)荷的穩(wěn)定性。目前，。2. 自動(dòng)重合閘電力系統(tǒng)中的故障，特別是高壓電力線路的故障，大多是瞬時(shí)性短路故障。采用自動(dòng)重合閘裝置不僅可以提高系統(tǒng)供電的可靠性，而且可以大大的提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。下面介紹雙回路的三相重合閘和單回線路的單相重合閘，在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定方面的作用。（1） 雙回線路的三相重合閘。設(shè)系統(tǒng)中雙回線路中的一回線發(fā)生了瞬時(shí)性故障，不裝三相自動(dòng)重合閘時(shí)，系統(tǒng)不能保證暫態(tài)穩(wěn)定；而裝三相自動(dòng)重合閘裝置后，在運(yùn)行到某點(diǎn)k時(shí)，如三相重合閘成功，很可能使減速面積大于加速面積，而保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。但重合時(shí)間不能過(guò)早，過(guò)早重合將會(huì)因原來(lái)產(chǎn)生電弧處的氣體尚未去游離而再度重燃，不僅使重合閘失敗，甚至?xí)U(kuò)大故障。這個(gè)去游離時(shí)間主要取決于線路的額定電壓等級(jí)和故障電流的大小，電壓愈高，故障電流愈大，去游離時(shí)間愈長(zhǎng)。（2） 單回線路的單相重合閘。對(duì)于超高壓電力線路的故障，90%以上是單相接地短路，而且大多數(shù)為瞬時(shí)性的單相接地短路。對(duì)此可采用按相斷開(kāi)和按相重合的單相重合閘。這種自動(dòng)重合閘裝置可以自動(dòng)的選擇出故障相、切除故障，并完成重合閘。由于是切除了故障相而非三相，因此在切除故障至重合閘前的一段時(shí)間里，即使是單回線路，送端發(fā)電廠和受端系統(tǒng)也沒(méi)有完全失去聯(lián)系。因而就大大減少了加速面積，明顯提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，或降低對(duì)切除故障和重合閘速度的要求。顯然，單相重合對(duì)提高負(fù)荷的穩(wěn)定性也是有利的。因重合成功會(huì)使系統(tǒng)電源充足，易滿足負(fù)荷的要求，從而保證負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)定性。 強(qiáng)行勵(lì)磁和快速關(guān)閉汽門這兩種措施是從自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)入手，通過(guò)減少功率或能量的差額來(lái)提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，也是很經(jīng)濟(jì)而有效的措施。1. 強(qiáng)行勵(lì)磁發(fā)電機(jī)都備有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置，以保證當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而使發(fā)電機(jī)端電壓UG低于85%~90%的額定電壓時(shí)，迅速大幅度的增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流if，從而使發(fā)電機(jī)空載電動(dòng)勢(shì)Eq、發(fā)電機(jī)端電壓UG增加，一般保持發(fā)電機(jī)端電壓UG為恒定值。這樣也增加了發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率。因此強(qiáng)行勵(lì)磁對(duì)提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行和負(fù)荷的暫態(tài)穩(wěn)定性都是很有利的。強(qiáng)行勵(lì)磁的效果和勵(lì)磁的倍數(shù)（最大可能的勵(lì)磁電壓與發(fā)電機(jī)在額定條件下運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電壓之比）有關(guān)，勵(lì)磁倍數(shù)愈大，效果就愈好。此外，強(qiáng)行勵(lì)磁的效果還與強(qiáng)行勵(lì)磁的速度有關(guān)，勵(lì)磁速度愈快，效果就愈好。由于強(qiáng)行勵(lì)磁作用，可使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流if增大3~5倍，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組過(guò)熱。此外，強(qiáng)勵(lì)時(shí)還增大了短路電流。這些都應(yīng)給予足夠的重視。2. 快速關(guān)閉汽門由于水輪機(jī)油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)不能過(guò)小，以及在迅速關(guān)閉或打開(kāi)導(dǎo)水葉片時(shí)，導(dǎo)管中水壓迅速上升或下降而產(chǎn)生的水錘影響比較突出，因此水輪發(fā)電組借調(diào)速系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是不大可能的。這樣對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組在暫態(tài)穩(wěn)定中可認(rèn)為機(jī)械功率Pm等于定值。對(duì)于汽輪機(jī)，可以研究快速關(guān)閉汽門。所謂汽容時(shí)間常數(shù)，是汽輪機(jī)第一級(jí)噴嘴與調(diào)節(jié)汽門之間有一定空間，當(dāng)汽門改變開(kāi)度時(shí)至第一級(jí)噴嘴壓力改變需要滯后一段時(shí)間，這時(shí)間稱為汽容時(shí)間常數(shù)。由于上述原因，快速關(guān)閉汽門使汽輪發(fā)電機(jī)組的機(jī)械功率Pm（t），從而也可提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。 單機(jī)—無(wú)窮大系統(tǒng)原理電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定分析中，常采用的模型是單機(jī)對(duì)無(wú)窮大系統(tǒng)（SIMB），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[7]，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。 無(wú)輸電線的單機(jī)—無(wú)窮大系統(tǒng)原理圖 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： （） 式中—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；—發(fā)電機(jī)電勢(shì)； —系統(tǒng)母線電壓。 假定在發(fā)電機(jī)高壓母線上發(fā)生三相金屬性短路。時(shí)刻切除故障，可以將采用仿真來(lái)觀察發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況。在我國(guó)，目前仍然以三相短路作為考核暫態(tài)穩(wěn)定的擾動(dòng)模式之一[3]。因此在以下的仿真中采用的故障形式為短路故障為主，考慮到PSS(Power System Stabilizer） 屬于Simulink下SimPowerSystem庫(kù)的machines分支下的模塊）作為勵(lì)磁系統(tǒng)的一個(gè)子模塊，它的輸出時(shí)勵(lì)磁輸入信號(hào)的一種，通過(guò)OnOff開(kāi)關(guān)控制投退。專門為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵(lì)磁控制技術(shù)。它在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問(wèn)題，是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號(hào)，如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號(hào)加到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。 單機(jī)無(wú)窮大電力系統(tǒng)仿真原理圖 小結(jié) PSS能有效改善阻尼低頻振蕩，是提高電力系統(tǒng)小信號(hào)穩(wěn)定成本最低、收效最大的方法。因此短路故障仿真和PSS模塊的應(yīng)用結(jié)合是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要手段。 第4章Simulink下SimPowerSystem模型應(yīng)用 Simulink由于其能用最小的代價(jià)來(lái)模擬真實(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行，依托數(shù)百種預(yù)定義系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進(jìn)有效地積分算法和直觀的圖形化工具，依托強(qiáng)健的交互式仿真能力，可以方便調(diào)整模型參數(shù)設(shè)置，而電力系統(tǒng)SimPowerSystem由于使用標(biāo)準(zhǔn)的電氣符號(hào)、各種模型模塊，高精度的仿真結(jié)果，優(yōu)化的仿真算法，大量的功能演示模型，充分發(fā)揮了SPS在電力系統(tǒng)仿真的靈活仿真優(yōu)勢(shì)。 仿真系統(tǒng)模型步驟 (1) 進(jìn)入MATLAB環(huán)境，鍵入Simulink命令或直接用鼠標(biāo)點(diǎn)Simulink按鍵即可打開(kāi)相應(yīng)的系統(tǒng)模型庫(kù)： Simulink界面圖示 (2) 對(duì)于電力方面仿真應(yīng)用模塊，Matlab從專業(yè)角度對(duì)其專門設(shè)置了Powerlib模擬庫(kù)，用于對(duì)復(fù)雜的電氣系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，應(yīng)用非常方便，集成了所需電力方面的所有方面，啟動(dòng)步驟是：進(jìn)入MATLAB環(huán)境，鍵入Powerlib命令，：