【正文】 Constant（常量 )模塊， Gain （獲得）模塊， Scope （顯示器）模塊， Demux（多路分配器）模塊， Sum（求和）模塊 2) SimPowerSystem（電力系統(tǒng)）模塊庫下的 Machines 集中 Machines Measurement Demux（電機測量復合） 模塊，需要設置相關(guān)的輸入輸出接口。 利用 MATLAB 下的 SIMULINK 軟件和 SimPowerSystems 模塊庫 進行 電力 系統(tǒng)的 仿真是十分 直觀 和 簡單 的，用戶可以用 電路 圖 的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過 模型窗口上的菜單欄 直接啟動系統(tǒng)的仿真過程，同時將 波形通過 示波器顯示出來。 仿真系統(tǒng)模型步驟 (1)進入 MATLAB 環(huán)境，用鼠標點 Simulink 按鍵 就 可打開 相 應的系統(tǒng)模型庫： 圖 Simulink 界面圖示 (2)對于電力方面仿真應用模塊， Matlab 專門設置了 Powerlib 模擬庫，用金陵科技學院學士學位論文 第五章 基于 SIMULINK的單機無窮大系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真 15 于 對復雜電氣系統(tǒng)進行 仿真， 分析和研究， 應用 極其方便，集成了所需仿真電力系統(tǒng) 的所有方面，啟動步驟是： 進入 MATLAB 環(huán)境，鍵入 Powerlib 命令 。它抽取與此振蕩有關(guān)的信 號，如發(fā)電機有功功率、 頻率 或 轉(zhuǎn)速 ，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機 能夠 產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵磁 系統(tǒng) 中產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩作用。因此在 仿真中采用的故障形式 主要為短路故障 ，考慮 用 到 PSS(Power System Stabilizer） ，這是 屬于 Simulink 下 SimPowerSystem庫的 勵磁系統(tǒng)的一個子模塊，它的輸出 信號 是 勵磁輸入信號的一種，通過 OnOff開關(guān)控制 。 0Tt? 時刻切除故障，可以采用仿真來分析 發(fā)電機 的運行情況。 圖 無輸電線的單機 — 無窮大系統(tǒng) 原理 圖 假定聯(lián)絡阻抗為純電感，則由發(fā)電機向無窮大系統(tǒng)送出去的有功功率的 P 為： P sinm UZE ?? ? （ 41） 式中 Z? 表示 無窮大系統(tǒng)母線 到 發(fā)電機電動勢 的總阻抗； ? — 功角； mE — 發(fā)電機電勢； U — 系統(tǒng)母線電壓。 在本設計中，我將會利用 Simulink 構(gòu)造一個較穩(wěn)定地電力系統(tǒng)模型，通過對模塊的選擇 、 設計 、 連接，建立一個動態(tài)系統(tǒng)，利用圖形化環(huán)境在多種情況下對仿真進行調(diào)試運行分析。 . 構(gòu)架 在 Simulink 基礎之上的 很多 產(chǎn)品擴展了 其 多領(lǐng)域建模 的 功能 ，也提供了用于設計、 驗證 、 執(zhí)行 以及 確認任務的相應工具。 Simulink 是用于 嵌入式系統(tǒng) 和 動態(tài)系統(tǒng) 的 基于模型 和 多領(lǐng)域仿真 的設計工具。 Simulink 可以用離散 采樣時間、 連續(xù) 采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模， 同時 它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。 與此 同時有大量的 第三方硬件 、 軟件 可應用于 Simulink。在 此集成 環(huán)境中， 并不需要寫很多程序 ，而只需要通過 鼠標 進行 簡單的操作， 即 可構(gòu)造出 比較 復雜的系統(tǒng)。 直接 就 可以調(diào)用，用戶也可以 在 MATLAB 函數(shù) 庫中導入 自己編寫的實用程序方便以后調(diào)用。 圖 工作界面 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的 指令表達式 與 工程 、 數(shù)學 中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， C++等語言 更 簡捷得多， 而 且MATLAB 也吸收了像 MAPLE 等軟件的優(yōu)點，使 MATLAB 成為一個強大的 數(shù)學軟件 。它在數(shù)學類科技應用軟件中首屈一指。它將 矩陣計算 、 科學數(shù)據(jù)可視化 、 數(shù)值分析 以及動態(tài) 非 線 性 系統(tǒng)的 建 立 模 型 和仿真等諸多 強勁的 功能集成 于 一個 非常容易 使用的視窗環(huán)境中， 它 為 工程設計 、 科學研究 以及必須進行有效 數(shù)值計算 的 許多 科學領(lǐng)域 提供了一種 極其 全面的解決方案，并在 一定 程度上擺脫了傳統(tǒng)非 的 交互式 的程序設計語言 （如 C、 C++）的編輯模式，代 表了科學計算軟件的 國際 水平。LABORATORY 兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室） 。它分為單相和三相重合閘，也是一項顯著提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施。在絕緣恢復后，重新將斷開的線路投入，恢復供電。高壓線路上發(fā)生的大多數(shù)故障是瞬時性短路故障。對繼電保護的 要求是：無故障時保護裝置不誤動，發(fā)生故障時可靠動作。 繼電保護及重合閘裝置。但是，它的實現(xiàn)要解決比較復雜的技術(shù)問題，是否采用快關(guān)措施要進行研究和比較。在系統(tǒng)發(fā)生故障時，另一項減少功率不平衡的措施是快關(guān)汽門，以減少發(fā)電機輸入功率。在短路瞬間投入與發(fā)電機并聯(lián)的制動電阻，吸收剩余功率（即電氣制動），是一種有效的提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施。 電氣制動及其控制裝置。常規(guī)勵磁系統(tǒng)采用 PID 調(diào)節(jié)并附加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ PSS），既可提高靜態(tài)穩(wěn)定又可阻尼低頻振蕩，提高動態(tài)穩(wěn)定性。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)正常運行必不可少的重要設備，同時，在故障狀態(tài)能快速調(diào) 節(jié)發(fā)電機機端電壓，促進電壓、電磁功率擺動的快速平息。提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制可包括兩個方面：①失去穩(wěn)定前，采取措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；②失去穩(wěn)定后，采取措施重新恢復新的穩(wěn)定運行。在長線路中間裝設靜止無功補償裝置（ SVC），能有效地保持線路中間電壓水平（相當于長線路變成兩段短線路），并快速調(diào)整系統(tǒng)無功，是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要手段。在線路上裝設串聯(lián)電容是一種有效的減少線路阻抗的方法，比增加線路回路數(shù)要經(jīng)濟。減少線路電抗和維持電壓，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 (1) 改善電力系統(tǒng)的元件的特性和參數(shù) ，提高系統(tǒng)穩(wěn)定。 從電路的暫態(tài)現(xiàn)象中 ，可 以建 立電壓電流的微分方程， 按初始來求解。當動態(tài)電路從某一穩(wěn)定狀態(tài) 變換 到另一穩(wěn)定狀態(tài)時，一些物理量（如 電流 電壓， 電容電感 等）并不會突變，而是需要一定 的 時間。在發(fā)生短路的 故障時 ，電力系統(tǒng) 會從一種狀態(tài)激烈變換 到另一種狀態(tài)，產(chǎn)生復雜 多變 的暫態(tài)現(xiàn)象。 其中短路故障的擾 動 破壞性最大 ， 所以 常以 短路故障來 作為 依據(jù) 檢驗系統(tǒng)是否具有暫態(tài)穩(wěn)定 性 。還 可以比較時間，由 等 面積定則確定的極限切除角lim?c? ，在 ??t? 上 得出 相對應的極限切除時間 ，若 ct lim?ct ,系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之是不穩(wěn)定的 引起電力系統(tǒng)大擾動的原因 電力系統(tǒng) 中 大擾動對電力系統(tǒng)的破壞性 最為常見 ，也 最大 。 金陵科技學院學士學位論文 第二章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 8 ? lim?c? c? 0? ct lim?ct t 圖 22 極限切除時間的確定 當 得 知切除角 c? 后 ，可以由 ??t? 曲線上 看到相 對應的 斷路器切除 和 繼電保護故障的時間 ct 。臨界角 ????? mcr PP0a rc sin?? （ 29） 為了判定 系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，還必須 要 知道 切除故障的極限允許時間 ，即所謂 轉(zhuǎn)子到 達極限切除角所用的時間 。這個角度稱 之 為極限切除角 lim?c? 。這就有可能使原來不會 保持暫態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)保持 住暫態(tài)穩(wěn)定了。 所以 ，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。如果這塊面積的數(shù)值沒有 加速面積 abceA 大 ，發(fā)電機將 會失去同步。式 (34)也可寫成 edfgabce AA ? （ 25） 即 表示加速面積等于減速面積 ，這就是等面積定則。 顯然，當滿足 ? ? ? ? 0m a x0 ?????? ?? ????? ?? ???? dPPdPPWW cc TTba （ 24） 的條件時，動能增量 是 零，即短路后得到 了 加速使其轉(zhuǎn)速 等于同步速的發(fā)電機重新恢復了同步。當轉(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。在標幺值 的 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 金陵科技學院學士學位論文 第二章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 6 ??? ???? dPdMW cc aaa ?? ???? 00 （ 21） 因發(fā)電機轉(zhuǎn)速偏離同步速度 很小，近似認為在這個過程中 用標幺值計算時1?? 于是 ? ? ?? ???? dPPdPW C Taa ?? ?????? 0m a x0 （ 22） 公式（ 22） 左 邊的積分，代表 ??P 平面上的積分 。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定的判定方法 等面積定則 當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。特征值法 之所以 得到廣泛應用的原因是它不僅能夠?qū)ο到y(tǒng)的穩(wěn)定性進行判斷 ,而且 還 可以得到與系統(tǒng)穩(wěn)定性 有 關(guān) 的 信息。若狀態(tài)方程系數(shù) 的 矩陣特征值的實部全為負， 那么系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則 系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 目前電力系統(tǒng) 的 靜態(tài)穩(wěn)定分析的方法 也 有很多 ,其中 特征值分析法是電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定分析 廣泛采用 和 比較成熟 的方法。 對 用 傳統(tǒng)方法 很難 解決 的 輸入特征選擇的問題 ， 人工智能方法 有 一種 采 用多信息融合技術(shù)的支持相量機暫態(tài)穩(wěn) 定 的 評估方法。 然而 人工智能方法可 以 進行非模型的電力系統(tǒng) 的 暫態(tài)穩(wěn)定判別，具有 在線計算速度快 、 容易生成 的啟發(fā)規(guī)則等優(yōu)點，因此 傳統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法 與 其 構(gòu)成了良好的互補。與直接法相比， 擴展 等面積 法 法 還 可實現(xiàn)多擺 的 穩(wěn)定性判別， 然而 它評估的正確性 比較 依賴于同調(diào)群的正確識別。 擴展等面積 法的基本思想是在給定故障 的 擾動 條件 下系統(tǒng)的機組 可以 分為臨界機組 以及 非臨界機組兩 種 ，基于 保穩(wěn)變換 和 軌跡聚合 ，分別 使用 等值機 對這兩 種 機組進行動態(tài)等效，進而又 可以 等值 成 單機－無窮大系統(tǒng)， 進而 可 以 利用等面積法則 來 評估系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。 總之，直接法 的優(yōu)點在于 無需數(shù)值求解功角搖擺 的 曲線，計算速度 比較 快，還 能給出穩(wěn)定裕度。 時域法是將電力系統(tǒng) 的 各元件 的 模型根據(jù)元件 的 拓撲關(guān)系形成全系統(tǒng) 的 模型，這是微分 以及 代數(shù) 聯(lián)立的方程組 ，然后以穩(wěn) 態(tài)工況 以及 潮流 計算 解為初值，求擾動下的數(shù)值解，即逐步求得系統(tǒng)狀態(tài)量和 代數(shù)量隨時間的變化曲線，并根據(jù)發(fā)電機功角值大于某一特定閥值來判別系統(tǒng)能 否在大擾動后維持暫態(tài)穩(wěn)定運行。 (3)在 RUEP 法中，主導失穩(wěn)模式的準確 判別是有困難的。 然而這種近似的缺陷在于它需要一定的條件，所以會帶來一定的誤差 (2)在 BCU 法中， 我們 近似出口點 是 經(jīng)過主導 UEP 的恒值能量面 ， 恒值能量面 用來 代替穩(wěn)定流形。各種方法在計算 VCR時都會 有一些 近似誤差。暫態(tài)能量函數(shù)法 的缺點在于它 不計算系統(tǒng)實際故障后的發(fā)電機的 轉(zhuǎn)子 的 搖擺曲線，所以從臨界軌跡 處 獲得的都不是臨界能量 的 VCR。這都給我國的電網(wǎng)的運行帶來 了很多 警 示。 隨著社會的進步和科技的發(fā)展，近年來世界各國 也 建設 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。 牢記“引進，吸收，創(chuàng)新“的方針。 。在電力負荷中心、環(huán)境要求嚴格、電價承受力強的地區(qū)， 建設適當規(guī)模的天然氣電廠 。提高