【正文】 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。 顯然，當(dāng)滿足 ? ? ? ? 0m a x0 ?????? ?? ????? ?? ???? dPPdPPWW cc TTba （ 24） 的條件時，動能增量為零，即短路后得到加速使其轉(zhuǎn)速高于同步速的發(fā)電機重新恢復(fù)了同步。當(dāng)轉(zhuǎn)子由 c? 變動到 max? 時，轉(zhuǎn)子動能增量為 ? ? ??? ?????? dPPdPdMW ccc Taab ??? ????????? m a xm a xm a x （ 23） 由于 aP? 0，公式（ 23）積分為負值。在標(biāo)幺值 計算中，可以認為轉(zhuǎn)子在加速過程中獲得的動能增量就等于面積 abceA 。 轉(zhuǎn)子由 0? 到 c? 移動時，過剩轉(zhuǎn)矩所做的功為 ??? ???? dPdMW cc aaa ?? ???? 00 （ 21） 用標(biāo)幺值計算時，因發(fā)電機轉(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，對于圖的情況為畫著陰影的面積 abceA 。 等面積定則 當(dāng)不考慮震蕩中的能量損耗時，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?？紤]到過程中的能量損耗，震蕩將逐漸衰減，最后在點 s 上穩(wěn)定地運行。發(fā)電機在減速 性不平衡轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降而低于同步速度，相對速度改變符號，即 ?? 0，于是功角 ? 開始減小，發(fā)電機工作點將沿 ???P 9 由點 f 向點 d 、 s 變動。 如果達到點 f 時，發(fā)電機恢復(fù)到同步速動，即 ?? =0，則功角 ? 抵達它的最大值max? 。在此過剩功率作用下，發(fā)電機轉(zhuǎn)速開始降低，雖然 相對速度 ?? 開始減小，但她仍大于零，因此功角繼續(xù)增大，工作點將沿 ???P 由 d 向 f 變動。 如果在功角為 C? 時，故障線路被切除，在切 除瞬間，由于功角不能突變，發(fā)電機的工作點便轉(zhuǎn)移到 ???P 上對應(yīng)于 C? 的點 d 。發(fā)電機的工作點將沿著 ?P 由 b 向 c 移動。這時原動機的功率 TP 仍保持不變，于是出現(xiàn)了過剩功率)0(0)0( PPPPP eT ????? 0，它是加速性的。 短路瞬間，發(fā)電機的工作點應(yīng)在短路時的功率特性 ?P 上。 （ 4）不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響 在一般暫態(tài)過程中，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏離同步轉(zhuǎn)速不多，可以不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響，各元件參數(shù)值都按額定頻率計算。所以，網(wǎng)絡(luò)的負序及零序參數(shù)，也影響系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。不對稱故障時網(wǎng)絡(luò)中正序分量的計算，可以應(yīng)用正序等效定則和復(fù)合序網(wǎng)。 不計 零序和負序電流的影響，就大大地簡化了不對稱故障時暫態(tài)穩(wěn)定的計算。它與轉(zhuǎn)子繞組直流電流相互作用，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，是以近兩倍同步頻率交變的轉(zhuǎn)矩，其平均值接近于零，對轉(zhuǎn)子運動的總趨勢影響很小。 （ 2）發(fā)生不對稱故障時，不計零序和負序電流對轉(zhuǎn)子運動的影響 7 對于零序電流來說，一方面，由于聯(lián)接發(fā)電機的 升壓變壓器絕大多數(shù)采用三角形 星形接法，發(fā)電機都接在三角形側(cè)，如果故障發(fā)生在高壓網(wǎng)絡(luò)中（大多數(shù)是這樣），則零序電流并不通過發(fā)電機；另一方面，即使發(fā)電機流通零序電流，由于定子三相繞組在空間對稱分布，零序電流所產(chǎn)生的合成氣隙磁場為零，對轉(zhuǎn)子運動也沒有影響。 采用這個假設(shè)后，發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子繞組的電流、系統(tǒng)的電壓及發(fā)電機的電磁功率等，在大擾動的瞬間均可以突變。所以做出以下基本假設(shè)： （ 1）忽略發(fā)電機定子電流的非周期分量和與它相對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流的周期分量 我們知道，在大擾動，特別是發(fā)生短路故障時，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)電機轉(zhuǎn)軸上的電磁功率，在某些情況下（在發(fā)電機空載或輕載時），附加了非周期分量電流的損耗后，可能使發(fā)電機的電磁功率大于原動機的功率，從而使發(fā)電機產(chǎn)生減速運動。因此，只需要研究表征發(fā)電機是否同步運行的轉(zhuǎn)子運動特性，即功角 ? 隨時間變化特性便可以了。 精確地確定所有電磁參數(shù)和機械運動參數(shù)在暫態(tài)過程中的變化是很困難的，對于解決一般的工程實際問題往往也是不必要的。發(fā)電機轉(zhuǎn)子相對位置，即相對角的變 化，反過來又將影響到電力系統(tǒng)中電流、電壓和發(fā)電機電磁功率的變化。這樣，發(fā)電機的電磁功率與原動機的機械功率之間就失去了平衡，于是產(chǎn)生了不平衡轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)電力系統(tǒng)受到大的擾動時，表征系統(tǒng)運行狀態(tài)的各種電磁參數(shù)都要發(fā)生急劇的變化。而隨著并行處理技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是可擴展、高性價比的 PC 集群系統(tǒng)的出現(xiàn)，使這個目標(biāo)實現(xiàn)的可能性越來越大。若能夠?qū)崿F(xiàn)對全國電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時甚至是超實時仿真，就能為在線 5 預(yù)決策和電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制打下堅實的基礎(chǔ)，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行無疑是一個巨大的保證，具有深遠的現(xiàn)實意義。但是由于我國電網(wǎng)的網(wǎng)架相對薄弱、負荷與發(fā)電中心地理位置較遠聯(lián)絡(luò)線負載較重，局部故障的發(fā)生可能引發(fā)整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題。目前，我國尚未出現(xiàn)大面積的停電，但事實上我們的居民生活中時常停電，特別是夏天和冬天，但大多數(shù)情況下，是電力部門主動做的拉閘限電，而非事先出現(xiàn)了什么故障，也就是說這是由于發(fā)電量不足造成的，所以我國的發(fā)電量還有待于提高，相對地，電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的研究也是一個重大的課題。 目前我國發(fā)電機裝機容量達 億千瓦，居世界第二；年發(fā)電量達 億千瓦時，居世界第一，即便如此，我國的發(fā)電量還是不足的。 “十一五”期間，除實施已經(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，同時加大山西陽城送電華東的力度并實現(xiàn)華北與華東聯(lián)網(wǎng)。 截至到 20xx 年，以三峽工程為核心，以華中電網(wǎng)為依托，向東南西北四個方向輻射聯(lián)網(wǎng)的輸電線路已基本建成。如果電網(wǎng)不夠強壯，自動安全裝置不夠健全管理不得當(dāng)，都有可能破壞 系統(tǒng)的穩(wěn)定，導(dǎo)致大面積停電，甚至全網(wǎng)崩潰。 電力系統(tǒng)的互聯(lián)，可以帶來顯著的經(jīng)濟效益，但是長期以來，“分省平衡”的策略成為我國電力發(fā)展的重要弊端，嚴重地制約著我國電力資源的優(yōu)化配置，全國聯(lián)網(wǎng)的進程明顯滯后。因為從全球來看，大面積停電并不罕見。從事故前印度北方電網(wǎng)嚴重超載運行情況來看，線路跳閘 4 前，電網(wǎng)已 嚴重超過其穩(wěn)定限額運行，從而導(dǎo)致大面積停電。印度發(fā)電量世界排名第五，僅次于美國，中國，日本和俄羅斯，但印度的電力供應(yīng)嚴重不足。 印度電網(wǎng)，印度同中國一樣都是大的發(fā)展中國家。實際上，美國電網(wǎng)的每段輸電線比較短，這就導(dǎo)致了有很多節(jié)點；另外，美國是個資本主義國家，電網(wǎng)在運行的時候考慮的更多的是經(jīng)濟 因素，所以在美國電網(wǎng)中存在有比較破舊的設(shè)備。這都給我國的電網(wǎng)的運行帶來了很多啟示。 隨著社會的進步和科技的發(fā)展，近年來世界各地也出現(xiàn)了一些大的電力系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通 常具有范圍廣、強非線性的特點。解決好電力系統(tǒng)實時安全分析方法和安全穩(wěn)定控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，已成為電力生產(chǎn)、運行、科研和制造部門的重要任務(wù)，不管在任何情況下，電力調(diào)度運行部門都要把電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行放在首位。 當(dāng)前的中國已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機組的時代。 因此，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題不但在非線性理論方面，也在非線性系統(tǒng)的實踐方面具有代表性。三峽工程標(biāo)志著全國性跨地區(qū)聯(lián)網(wǎng)的開始，高效的遠方大機組越來越重要，聯(lián)絡(luò)線的作用從緊急支援延伸到經(jīng)濟換電而接近穩(wěn)定極限。 對于我國電網(wǎng)來說，其覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)薄弱，負荷密度極不均勻，而電源又往往遠離負荷中心，單位裝機容量分攤到標(biāo)準輸電線長度比發(fā)達國家的少得多。用暫態(tài)分析方法去評定系統(tǒng)能否經(jīng)受住這種過渡過程屬于動態(tài)安全分析的范疇。 我國即將形成的大型互聯(lián)混合輸電系統(tǒng)在世界上是舉世無雙的，如何保證該系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行是一個極其重大和迫切的研究課題。在我國 ，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，重負荷長距離線路較多，因而穩(wěn)定事故的發(fā)生較為頻繁。因此，估計大面積停電事故的幾率還將增長。隨著電力市場的發(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。另一方面，互聯(lián)電網(wǎng)的缺點是，由于對事故的連鎖反應(yīng)，可能出現(xiàn)大面積停電。 隨著“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的全面實施，到 2020 年左右，我國將建成世界上罕見的跨區(qū)域和遠距離傳輸巨大功率的超高壓交、直流混合輸電系統(tǒng)。如果電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠強壯，或者安全自動裝置不夠健全，或者管理失當(dāng)，都有可能使系統(tǒng)陷入穩(wěn)定危機，甚至大面積停電，乃至全網(wǎng)崩潰，給國民經(jīng)濟造成重大損失。為此，進一步深入研究改進原有暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，開拓新的創(chuàng)造性的方法，解決其在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用的難題，仍然是我們面對的重要課題 。然而，隨著電力市場化和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的不斷推進，電網(wǎng)運行狀態(tài)越發(fā)復(fù)雜多變且接近其極限水平，同時，近年來國內(nèi)外時有發(fā)生由于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性不足且對策遲緩引起的大停電事故，造成了經(jīng)濟上的巨大損失，這些都提示著我們提高對電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的重視。 判 定電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定 性主要是在大擾動下檢查系統(tǒng)中各發(fā)電機組間能否保持同步運行水平，并具有可以接受的電壓和頻率水平。通過暫態(tài)分析還可以考察和研究各種穩(wěn)定措施的效果以及穩(wěn)定控制的性能，因此通過仿真來驗證所求結(jié)果是否正確，即電力系統(tǒng)在某一狀態(tài)時是否是穩(wěn)定的具有重要意義。 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的主要目的是 檢查系統(tǒng)在大的擾動下（如故障、切機、切負荷、重合閘操作等情況），各發(fā)電機組間能否保持同步運行，如果能同步運行，并具有可接受的頻率和電壓水平，則稱此電力系統(tǒng)在這一大擾動下是暫態(tài)穩(wěn)定的。所以，由大擾動引起的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過程，是一個電磁暫態(tài)過程和發(fā)電機轉(zhuǎn)子間機械運動暫態(tài)過程交織在一起的復(fù)雜過程。在不平衡轉(zhuǎn)矩的作用下，發(fā)電機開始改變轉(zhuǎn)速，使各發(fā)電機轉(zhuǎn)子間的相對位置發(fā)生變 化（機械運動）。但是，由于原動機調(diào)速器具有較大的慣性，它必須經(jīng)過一定時間后才能改變原動機的功率。引起電力系統(tǒng)大擾動的原因主要有以下幾種： (1)負荷的突然變化，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，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最為嚴重，常以此作為檢驗系統(tǒng)是否具有暫態(tài)穩(wěn)定的條件。 關(guān)鍵詞 ：電力系統(tǒng)，暫態(tài)穩(wěn)定，單機無窮大系統(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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ................................ 2 2 電力系統(tǒng)暫態(tài) 穩(wěn)