【正文】 ..................................................... 17 單機(jī) —無窮大系統(tǒng)原理 ....................................................................................... 18 第 4 章 SIMULINK 下 SIMPOWERSYSTEM 模型應(yīng)用 ......................................... 21 仿真 模型的搭建 ................................................................................................... 21 運(yùn)行效果仿真圖 ................................................................................................... 22 改變故障模塊中的短路類型 ........................................................................ 22 改變系統(tǒng)中的元件參數(shù) (改 變線路的電阻 ).................................................. 25 加入電容補(bǔ)償器后的的仿真圖 ........................................................................... 27 小結(jié) ....................................................................................................................... 30 結(jié) 論 ................................................................................................................................. 32 致 謝 ................................................................................................................................. 33 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 34 畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 用 紙 佳木斯大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 第 10 頁 第 1 章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)震蕩或非周期性失步，自動(dòng)恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。例如：系統(tǒng)中負(fù)荷的小變化；又如架空輸電線路因擺動(dòng)引起的線間距離（影響線路電抗）的微小變化等等。 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行情況下突然受到較大擾動(dòng)后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)或恢復(fù)到原來的狀態(tài)。如果受到大的干擾后仍能達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，則電力系統(tǒng)在這種情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。引起電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的原因很多，歸納起來，主要有以下幾種。如切除或投入大容量的用戶引起較大的擾動(dòng)。如切除或投入較大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和較重要的線路引起的大的擾動(dòng)。它對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)最為嚴(yán)重。但此種嚴(yán)重故障發(fā)生的次數(shù)最少，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高壓電力系統(tǒng)中發(fā)生三相短路的次數(shù)一般占總短路次數(shù)的 6%~7%左右。但在一般的高壓系統(tǒng)中發(fā)生這兩種短路的次為 23%~24%左右，比三相短路發(fā)生的次數(shù)要多。但單相短路對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)在短路故障中是最小的，其中瞬時(shí)性雷擊單相短路又占單相短路的 70%左右，它對(duì)系統(tǒng)的影響就更小了。在這期間系統(tǒng)中的保護(hù)和自動(dòng)裝置有一系列的動(dòng)作，例如切除故障線路和重合閘、切除發(fā)電機(jī)等。 （ 2）中間階段：在起始階段后，大約持續(xù) 5s 左右的時(shí)間段。 （ 3）后期階段：中間階段以后的時(shí)間。另外，系統(tǒng)中還將由于頻率和電壓的下降，發(fā)生自動(dòng)裝置切除部分負(fù)荷等操作。 （ 2） 系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過程是一個(gè)電磁暫態(tài)過程和機(jī)電暫態(tài)過程匯合在一起的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程，它們互相作用、互相影響。目前，線路保護(hù)已經(jīng)進(jìn)入微機(jī)保護(hù)時(shí)代，電力系 統(tǒng)繼電保護(hù)中的信號(hào)處理仍以分析為主，同時(shí)考慮到電力運(yùn)行實(shí)際情況，在 Matlab/Simulink 平臺(tái)下更好的運(yùn)用仿真手段更突出了現(xiàn)實(shí)意義。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(jī)出力、大量負(fù)荷 , 突然斷開線路等 ) 后 , 各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的能力 , 通常指第一或第二振蕩周期不失步。通過仿真參數(shù)來證明電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定方面的理論。后來隨著 MATLAB 功能的不斷增強(qiáng)和應(yīng)用的普及，很多領(lǐng)域的專家為 MATLAB 寫了專門的工具箱，用以拓展MATLAB 的功能，這大大擴(kuò)大了 MATLAB 的應(yīng)用范圍。它強(qiáng)大的科學(xué)運(yùn)算與可視化功能，簡單易用，開放式可擴(kuò)展環(huán)境，特別是所附帶的 30 多種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學(xué)領(lǐng)域中成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析，算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基本工具和首選平臺(tái) [2]。運(yùn)行于 Simulink 下的 PSB（ Power System Blockset）是針對(duì)電力系統(tǒng)的畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 用 紙 佳木斯大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 第 13 頁 工具箱，從 Matlab 開始它被重新命名為 SPS（ SimPowerSystem）。研究中心的專家為主的 MATLAB 的開發(fā)的工具箱，主要用于電力系統(tǒng)電力，電子電路的仿真。現(xiàn)在，從 MATLAB13 版的開始， SimPowerSystem 和 SimMechanies 一起作為現(xiàn)實(shí)模型產(chǎn)品族的成員，結(jié)合 Simulink 的使用，可以仿真電氣，機(jī)械以及控制系統(tǒng)。 配電網(wǎng)的故障現(xiàn)狀及分析 電力系統(tǒng)中壓配電網(wǎng)一般采用不直接接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，因其發(fā)生接地故障時(shí)，流過接地點(diǎn)的電流小，所以稱為小電流接地系統(tǒng)。另外故障初期接地點(diǎn)常常伴有很大的接地電阻，各次諧波電流分量很小這將影響故障檢測(cè)的靈敏度。 對(duì)配電網(wǎng)接地短路故障的研究，主要有利用短路后的穩(wěn)態(tài)分量、諧波分量和暫態(tài)分量等幾種方法。 電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定控制是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線。通常指第一或第二振蕩周期不失步。 利用 matlb 軟件對(duì)單機(jī) —無窮大系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對(duì)線路發(fā)生接地短路故障在一定時(shí)間內(nèi)切除后，發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化情況 ,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化又影響了畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 用 紙 佳木斯大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 第 14 頁 電力系統(tǒng)中電壓、電流和發(fā)電機(jī)電磁功率的變化。 暫態(tài)穩(wěn)定仿真流程 由于電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真研究將不能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬得以實(shí)現(xiàn)。 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(jī)庫 )、 Connectors(連接器庫 )、 Measurements(測(cè)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， 為了研究電力系統(tǒng)的特性，搭建的系統(tǒng)應(yīng)最大限度的再現(xiàn)實(shí)際中的電力系統(tǒng)。對(duì)各元件的參數(shù)也作了一定的取舍與簡化，隨著模塊庫的不斷更新與完善，利用已有模塊搭建的系統(tǒng)基本能模擬實(shí)際電力系統(tǒng)的 特性．成為對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、仿真的一個(gè)有力工具。所謂電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性，一般是指電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到微小擾動(dòng)后，獨(dú)立地恢復(fù)到它原來的運(yùn)行狀態(tài)的能力。這里所謂的大干擾，是相對(duì)于小干擾而言的。反之，如果系統(tǒng)受到大的干擾后不能建立穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，而是各發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子間一直有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)角不斷變化，因而系統(tǒng)的功率電流和電壓都不斷振蕩，以至整個(gè)系統(tǒng)不能再繼續(xù)運(yùn)行下去，則稱為系統(tǒng)在這種運(yùn)行情況下不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。 其中短路故障的擾 動(dòng)最為厲害，常以此作為檢驗(yàn)系統(tǒng)是否具有暫態(tài)穩(wěn)定的依據(jù)。在發(fā)生短路的情況下，電力系統(tǒng)從一種狀態(tài)激烈變化到另一種狀態(tài)，產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象。當(dāng)動(dòng)態(tài)電路從某一穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，一些物理量（如電容電壓，電感電流等）并不會(huì)突變，而是需要一定時(shí)間。分析電路的暫態(tài)現(xiàn)象時(shí)，可建立電壓電流的微分方程，并按初始來求解。 39。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 0? 。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。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 max? 。由于 Ne ??? 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 Ne ??? （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 max? 。在 k點(diǎn)時(shí)有 Pm= kIIIP? ，減速停止，則速度達(dá)最小為 min? 。然后又開始第二次振蕩， 功率角 ? 由小到大，運(yùn)行點(diǎn)沿功 角特性 PIII 越過 k 點(diǎn)又達(dá) f 點(diǎn)。但事實(shí)上振蕩過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 39。于是運(yùn)行點(diǎn)就要越過 39。k 點(diǎn)后，情況發(fā)生逆轉(zhuǎn)。其情況如圖 所示。也可采用自適應(yīng)變不長的求解方法，即當(dāng)解的變化較快時(shí)，