【正文】 我國發(fā)電機裝機容量達(dá) 億千瓦，居世界第二；年發(fā)電量達(dá) 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。 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。但是由于我國電網(wǎng)的網(wǎng)架相對薄弱、負(fù)荷與發(fā)電中心地理位置較遠(yuǎn)聯(lián)絡(luò)線負(fù)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。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(yuǎn)的現(xiàn)實意義。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 。 （ 1）時域仿真判定法 時域法是將電力系統(tǒng)各元件模型根據(jù)元 件拓?fù)潢P(guān)系形成全系統(tǒng)模型，這是一組聯(lián)立的微分方程組和代數(shù)方程組，然后以穩(wěn)態(tài)工況或潮流解為初值，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。該方法是通過比較擾動結(jié)束時暫態(tài)能量函數(shù)值與系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的暫態(tài)能量值來判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的。擴展等面積法的基本思想是：在給定故障擾動下系統(tǒng)的機組分為臨界機組和非臨界機組兩群，基于軌跡聚合和保穩(wěn)變換，分別對這兩群機組用等值機進(jìn)行動態(tài)等效，進(jìn)而又等值為單機－無窮大系統(tǒng)，從而可利用等面積法則評估系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。目前，人工智能方法主要有：模式識別、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機法。因此，提高暫態(tài)穩(wěn)定，應(yīng)從減小發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的不平衡功率、減小轉(zhuǎn)子相對加速以及減少轉(zhuǎn)子相對動能變化量等方面著手。 圖 21 自動重合閘對暫態(tài)穩(wěn)定的影響 2） 快速切除故障： 減輕電氣設(shè)備因短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)等不良影響，而且加快切除故障可以減小切除角，這樣既減小了加速面積，有增大了減速面積，對于提高暫態(tài)穩(wěn)定起著決定作用。 圖 22 快速切除故障對暫態(tài)穩(wěn)定性的影響 3） 變壓器中性點經(jīng)小阻抗接地： 電壓器中性點經(jīng)小電阻接地只對接地短路起作用。 4）發(fā)電機采用電氣制動： 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 6 在系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，有控制地在發(fā)電機端投入電阻負(fù)荷，則可以增加發(fā)電機的電磁功率，產(chǎn)生制動作用從而提高暫態(tài)穩(wěn)定。 單機 — 無窮大系統(tǒng)認(rèn)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)模擬仿真最簡單、最基本的的運行方式，即對現(xiàn)實進(jìn)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。 由圖 1 可得 MATLAB 單機無窮大仿真模型可能用 到的模塊： PSB 電力系統(tǒng)工具箱： 1） Electrical Sources 中的 ThreePhase Source（ 三相電源 ） 模塊 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 7 2） Elements 中的 ThreePhase Parallel RLC Load（ 三相負(fù)載 RLC并聯(lián) ） 模塊 用來仿真輸電線路， 和 Ground（ 交流接地 ） 模塊 ， ThreePhase Fault （ 三相故障整流器 ）模塊 用來仿真短路故障 ， ThreePhase Transformer（ Two Windings）（ 三相變壓器繞組 ）模塊 用來仿真變壓器， 3） Machines 里 Synchronous Machine pu Standad（ 標(biāo)么標(biāo)準(zhǔn)同步電機 ） 模塊用來仿真同步發(fā)電機 （ 2）設(shè)置仿真參數(shù) （ 3）進(jìn)行動態(tài)仿真 增加提高暫態(tài)穩(wěn)定的模型，分別進(jìn)行快速切除故障，變壓器中性點經(jīng)小電阻接地，改變強勵倍數(shù)，記錄結(jié)果。從電壓圖、轉(zhuǎn)速圖和功角圖著手分析是否能夠提高暫態(tài)穩(wěn)定。 （ 5） Math Works 公司開發(fā)的科學(xué)與工程計算軟件 MATLAB。 EMTP 主要用來進(jìn)行電磁暫態(tài)過程數(shù)字仿真， PSCAD/EMTDC、 NETOMAC 主要用來進(jìn)行電磁暫態(tài)和控制環(huán)節(jié)的仿真， BPA、 PSASP 主要用來進(jìn)行潮流和機電暫態(tài)數(shù)字仿真。 Simulink 是在 MATLAB 環(huán)境下用于動態(tài)建模和仿真應(yīng)用最廣泛的軟件包之一，意思是仿真鏈接。也就是說，可以直接利用鼠標(biāo)在模型窗口中劃出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后再利用該軟件提供的功能來對控制系統(tǒng)直接進(jìn)行模擬，很明顯，這種所發(fā)是的一個原本很復(fù)雜的系統(tǒng)變得相當(dāng)容易輸入。 SimPowerSystems 庫提供了一種類似電路建模的方式進(jìn)行模型繪制，在仿真前自動將仿真系統(tǒng)圖變化為狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，然后在 SIMULINK 下進(jìn)行仿真分析。 PSB（ Power System Blocket）是一個圖編輯器，在 Simulink 環(huán)境下能建立系統(tǒng)原理并進(jìn)行 仿真計算。只需通過點擊和拖放 PSB 庫內(nèi)的模型即可建立用戶所需要的畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 9 電力系統(tǒng)仿真原理圖，并利用模型元件的對話框來設(shè)置相關(guān)參數(shù)，使用 Simulink 提供的示波器模型，可現(xiàn)實仿真結(jié)果及其波形。 （ 2） 波形圖的保存 運行之 后，打開 scope，得到圖形，在 matlab 指令窗口輸入： set(0,39。,39。) set(gcf,39。,39。) 然后按下回車，則在 scope 窗口會出現(xiàn)菜單欄。 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 10 4 基于 SIMULINK 的單機無窮大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性仿真 單機 無窮大系統(tǒng)的建模 單機無窮大系統(tǒng)原理圖如圖 41. G T S 圖 41 單機無窮大系統(tǒng)原理圖 根據(jù)圖 51 建立的 單機無窮大系統(tǒng)仿真原理圖如圖 42. P h a s o r sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n tABCT h r e e P h a s e S o u r ceABCT h r e e P h a s e F a u l tABCabcT h r e e P h a s eT r a n s f o r m e r( T w o W i n d i n g s )A B CT h r e e P h a s eP a r a l l e l R L C L o a dPmV f _mABCS y n c h r o n o u s M a c h i n ep u S t a n d a r dS co p e 5S co p e 2S co p e 1M a n u a l S w i t chmv s _qdd_t het awmdwM a ch i n e sM e a s u r e m e n tD e m u xG r o u n d 1In Vs t abG e n e r i cP o w e r S ys t e m S t a b i l i ze r K G a i n 1 K G a i nv refvdvqv s t abVfE xci t a t i o nS ys t e mD i s t r i b u t e d P a r a m e t e r s L i n e 1D i s t r i b u t e d P a r a m e t e r s L i n e0 . 7 5 0 1C o n s t a n t 290C o n s t a n t 11C o n s t a n t St at or v olt age v q (pu) St at or v olt age v d (pu) 圖 42 單機無窮大仿真原理圖 圖 中使用到的基本模塊有： 示波器 scope，邏輯加，增益 gain， 電機測量模塊 Machines Measurement Demux，同步電機（標(biāo)幺值單位）模塊 Synchronous Machine pu Standard，勵磁系統(tǒng) Excitation System， 通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 Generic Power System Stabilizer， 三相并聯(lián) RLC 負(fù)載Three Phase Parallel RLC Load，雙繞組三相變壓器 ThreePhase Transformer(Two Windings)，電壓測量模塊 Voltage Measurement， 分布參數(shù)線路模 塊 Distributed Parameters Line，三相電源 ThreePhase Source，三相故障 ThreePhase Fault，POWERGUI 運行經(jīng)驗表明，在 110KV 及以上的大接地電流系統(tǒng)的高壓架空線路上，短路故障中 70%以上短路故障都是接地短路，尤其在 220500KV 的架空線路上，由于線間畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 11 距離大，其中單相接地短路故障的幾率高達(dá) 90%以上，所以仿真時的故障采取的是單相接地短路。 采用的模塊及其參數(shù)設(shè)置 Measurement Demux(電機測量模塊 ) 圖 43 電機測量模塊參數(shù)設(shè)置窗口 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 12 Machine pu Standard(同步電機（標(biāo)幺值單位）模塊 ) 圖 44 同步電機（標(biāo)幺值單位）模塊參數(shù)設(shè)置窗口 System(勵磁系統(tǒng) ) 圖 45 勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè) 置窗口 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 13 Power System Stabilizer(通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 ) 圖 46 通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 參數(shù)設(shè)置窗口 Phase Par