【正文】 software Simulink infinite power system of single simulation model, the grid in various fault may meet the needs of the running of aspects. Power system stabilizer(pss) is to suppress a low frequency oscillation ofadditional excitation control. Improving power system dynamic ,lowing frequence oscillation problem solving is to improve power system dynamic stability of the important measures. The paper base on platform version of Matlab， According to SimPowerSyetem toolbox to build power operation of mon single— infinite system model, the experiment in the system was obtained by various circuit breaker automatically earthing faults and fault isolation of simulation results trip. Using the wavelet analysis and has strong ability of the signal feature extraction, especially for transient mutations signals or weak signal processing showed obvious advantages, Reaching purpose of the simulation. The main work is : (1) Building this simulation system of single infinite under Simulink。 本文做的主要工作有： (1)Simulink 下單機 — 無窮大 仿真系統(tǒng)的搭建 ； (2)系統(tǒng)故障仿真測試分析 ； (3)基于 Haar 小波的故障檢測與分析。 論文以 MATLAB 工具箱為平臺，通過 SimPowerSyetem 搭建了電力系統(tǒng)運行中常 見的單機 — 無窮大 系統(tǒng)模型，實驗得到了在該系統(tǒng)發(fā)生各種短路接地故障并由斷路器自動跳閘隔離故障的仿真結(jié)果 。 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 故障狀態(tài)下電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究 Research for Power System Transient Stability Analysis under Fault Conditions 學生學號： 0 學生姓名： 專業(yè)班級： 自動 0903 指導教師： 職 稱： 助 教 起止日期： ～ 吉 林 化 工 學 院 Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 I 摘 要 本設計 利用 MATLAB的動態(tài)仿真軟件 Simulink搭建了 單機 — 無窮大 電力系統(tǒng)的仿真模型，能夠滿足電網(wǎng)在其可能遇到的多種故障方面運行的需要 。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，就是為抑制震蕩而研究的一種勵磁控制技術，用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定，解決震蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。 并利用小波分析具有很強的信號特征提取能力，尤其對暫態(tài)突變信號或微弱變化信號的處理變現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢， 達到了仿真的目的。 通過實例說明，若將該方法應用到電力系統(tǒng)短路故障的診斷中，快速實現(xiàn)故障的自動診斷、檢測，對于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有十分 重要的意義。 (2) Fault simulation test analysis of system。 II 第 1 章 緒論 1 配電網(wǎng)的故障現(xiàn)狀及分析 1 暫態(tài)穩(wěn)定仿真流程 4 單機 — 無窮大系統(tǒng)原理 5 第 3 章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器數(shù)學模型及仿真 6 電力系統(tǒng)低頻振蕩的簡化模型 (HeffronPhilips 模型 ) 6 Power System Stabilizator 的傳遞函數(shù) 13 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 14 發(fā)電機軸轉(zhuǎn)速信號穩(wěn)定器 16 MATLAB 仿真模型 16 各 種提高暫態(tài)穩(wěn)定性措施的運行效果仿真 19 結(jié)論 23 第 4 章 信號特征提取 24 小波函數(shù)的選擇 24 Haar 小波變換原理 26 結(jié)論 29 結(jié) 論 31 參考文獻 32 附 錄 33 致 謝 34 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 1 第 1 章 緒論 電力電纜在運行中易受到多種因素的影響而發(fā)生故障，威脅系統(tǒng)的安全可靠性，因此迅速、準確地探測出電纜故障并對其進行分析，對提高供電可靠性、減少故障修復費用及停電損失具有重要理論意義和實用價值 [1]。 MATLAB 及 SimPowerSystem 簡介 MATLAB是 Matrix Laboratory(矩陣實驗室 )的縮寫，由 Mathworke公司開發(fā)的一套功能強大的軟件，最早它主要用于科學計算。所以現(xiàn)在的 MATLAB 已不僅僅局限與現(xiàn)代控制系統(tǒng)分析和綜合應用，它已是一種包羅眾多學科的功能強大的技術計算語言，是當今世界上最優(yōu)秀的數(shù)值計算軟件之一。 MATLAB 環(huán)境下的 Simulink 是用于對復雜動態(tài)系統(tǒng)進行建模和仿真的圖形化交互式平臺。 SimPowerSystem 是以HydroQuebec39。隨著 MATLAB的不斷升級， SimPowerSystem也得到了很大的發(fā)展。使用 SimPowerSystem，不需要學習復雜的軟件命令，編寫軟件代碼，用戶可以專注于物理模型本身，通過與實際電路圖非常相似的符號，表示復雜的電網(wǎng)，這有助于大大提高仿真的效率。此系統(tǒng)中接地故障最高，由于三個線電壓仍然對稱，不影響負荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘，但接地后非故障相電壓會升高，長時間帶 故障運行會影響系統(tǒng)安全，因此需要對故障時刻和故障線路進行檢測。因此，需要具有很強的處理微弱信號能力的數(shù)字信號處理方法去分析非平穩(wěn)信號。利用故障后的穩(wěn)態(tài)分量進行故障檢測，存在的問題是接地穩(wěn)態(tài)分量太小常導致選線裝置不能正確動作而且該方法要求有一個持續(xù)的穩(wěn)態(tài)短路過程因此在發(fā)生間歇性電弧接地時便不再適用，因此利用能對突變的微弱的非平穩(wěn) 故障信號進行精確處理的小波分析理論，可以很好地分析電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程并提取出故障特征。暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到大干擾 (如短路故障，突然增加或減少發(fā)電機出力、大量負荷，突然斷開線路等 )后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施是多樣的。主要對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、快速切除故障、單相自動重合閘等措施在提高電力系統(tǒng)暫 態(tài)穩(wěn)定性方面的作用運用 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真模塊集 SimPowerSystems BIockset(以下簡稱 SPS)進行仿真分析。 2)求解相量方程時， SPS 采用了隱式梯形法，克服了微分與代數(shù)方程之間的交接誤差而且具有良好的穩(wěn)定性。 暫態(tài)穩(wěn)定仿真流程 由于電力系統(tǒng)的動態(tài)仿真研究將不能在實驗室進行的電力系統(tǒng)運行模擬得以實現(xiàn) [4]。 Matlab 電力系統(tǒng)工具箱包含的模塊有： Electrical Sources(電源庫 )、 Elements(元件庫 )、 PowerElectronics(電力電子元件庫 )、 Machines(電機庫 )、 Connectors(連接器庫 )、 Measurements(測量儀器庫 )、 Extra Library(附加元件庫 )、Demos(示例庫 )、 Powergui(圖形用戶界面 graphical user interface)等。利用模塊庫中封裝好的模塊搭建系統(tǒng)，對各環(huán)節(jié)元件作了一定的理想化。 SPS 仿真電力系統(tǒng)流程圖如圖 11 所示： 啟動Matlab/simulink在simulink下把相關電力系統(tǒng)元件模塊拖入model文件中連接各模塊并進行參數(shù)設置，SPS檢查錯誤，若有則顯示相關信息在系統(tǒng)分析圖形界面Powergui模塊下，選擇潮流向量算法Phasor，進行設定在simulink/simulink parameter 對話框中設定合適的變步長積分算法仿真開始，SPS會進行檢查模型，若通過，simulink開始數(shù)值積分示波器輸出波形，仿真結(jié)果也可以用文件保存把故障輸出波形導入Workplace，對其進行小波變換，進行分析對本次仿真進行分析總結(jié) 圖 11 SPS仿真電力系統(tǒng)流程圖 故障狀態(tài)下電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究 4 第 2 章 單機 — 無窮大暫態(tài)穩(wěn)定仿真分析 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題是指電力系統(tǒng)運行中受到擾動后能否保持發(fā)電機間同步運行的問題，根據(jù)擾動大小所確定的穩(wěn)態(tài)問題的性質(zhì)，把它分為靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系 統(tǒng)在某個運行情況下突然受到大的干擾后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達到新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)或者恢復到原來的狀態(tài)。如果系統(tǒng)受到大的干擾后仍能達到穩(wěn)定運行，則系統(tǒng)在這種運行情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。 復雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析 引起電力系統(tǒng)大擾動的原因主要有下列幾種： 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)的主要原件，如發(fā)電機，變壓器及線路等； 3) 發(fā)生短路故障。而且短路故障中，單相接地短路故障最多。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路等。在這期間，電路將呈現(xiàn)出不同于穩(wěn)態(tài)的特別現(xiàn)象，即電路的過渡過程或暫態(tài)現(xiàn)象。 MATLAB 提供了常微分方程初值問題的數(shù)值解法，對于穩(wěn)態(tài)一般用快速而準確的 ode45 函數(shù)，對于暫態(tài)一般用 ode23 函數(shù)。 單機 — 無窮大系統(tǒng)原理 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定分析中，常采用的模型是單機對無窮大系統(tǒng) (SIMB)，單機 — 無窮大系統(tǒng)認為功率無窮大，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)吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 5 模擬仿真最簡單、最基本的的運行方式，即對現(xiàn)實進行近似處理，以簡化模型，更有利于得出結(jié)論，簡化計算過程。其中? — 功角； mE — 發(fā)電機電勢； U — 系統(tǒng)母線電壓。 0=tT 時刻切除故障，可以將采用仿真來觀察發(fā)電機運行情況。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庫的 machines分支下的模塊 )作為勵磁系統(tǒng)的一個子模塊，它的輸出時勵磁輸入信號的一種，通過 OnOff 開關控制投退。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩作用。它抽取與此振蕩有關的信號，如發(fā)電機有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，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)電機產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。因此短路故障仿真和 PSS 模塊的應用結(jié)合是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要 手段。它的出現(xiàn)不是完全依靠理論及數(shù)學上的方法構(gòu)造或設計出來的，而是在人們長期的工程實踐中，根據(jù)對于物理過程的深刻理解，結(jié)合控制理論及電子技術發(fā)展起來的。 由于勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁系統(tǒng)及發(fā)電機磁場繞組的相位滯后特性，使電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生了相位滯后于功角并與轉(zhuǎn)速變化反相位的負阻尼轉(zhuǎn) 矩，這就是電壓調(diào)節(jié)過分靈敏時產(chǎn)生振蕩的原因。將這個想法用硬件加以實現(xiàn)，就構(gòu)成了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。這樣，根據(jù)一定性能指標就可以計算出穩(wěn)定器應該補償?shù)慕嵌燃胺€(wěn)定器的參數(shù)。 電力系統(tǒng)低頻振蕩的簡化模型 (HeffronPhilips 模型 )