【正文】 電力系統(tǒng)的短路故障。在短路故障中，其中以三相短路最為危險，引起電力系統(tǒng)的擾動最大，于是系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性常常遭到破壞。兩相接地短路和兩相短路對于電力系統(tǒng)的擾動也較大，其中兩相接地短路的危害程度僅次于三相短路。單相短路在高壓系統(tǒng)中發(fā)生的次數(shù)最多，一般可占70%左右。因此，電力系統(tǒng)如能經(jīng)受住三相短路的擾動，則該系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是不成問題的，但以三相短路作為暫態(tài)穩(wěn)定的條件是很不經(jīng)濟的。當(dāng)電力系統(tǒng)受到大擾動時，表征系統(tǒng)運行狀態(tài)下的各種電磁變量，如線路的電流、節(jié)點電壓、發(fā)電機輸出功率等都要發(fā)生急劇的變化。這樣作用在發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸上輸出的電磁功率與輸入的機械功率之間的平衡遭到破壞，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸上作用一個不平衡轉(zhuǎn)矩。發(fā)電機組轉(zhuǎn)子相對角度的變化，發(fā)過來又將影響電力系統(tǒng)中電流、電壓及發(fā)電機輸出功率的變化。精確地電力系統(tǒng)中所以電磁變量和機械運動變量在暫態(tài)過程中的變化，是非常復(fù)雜和困難的，從解決實際工程問題來說，往往是不必要的。抓住這個要點后，我們就可以對暫態(tài)過程中各種復(fù)雜的現(xiàn)象進(jìn)行具體的分析，找出其中對機組轉(zhuǎn)子運動起主要影響主要作用的因素，在分析計算中加以考慮，而對于影響不大的因素加以忽略或作近似考慮。事實上，在忽略某些次要因素后，計算所得的結(jié)果與實際結(jié)果很接近，其誤差在允許范圍內(nèi)。目前，線路保護(hù)已經(jīng)進(jìn)入微機保護(hù)時代，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的信號處理仍以分析為主，同時考慮到電力運行實際情況，在Matlab/Simulink平臺下更好的運用仿真手段更突出了現(xiàn)實意義。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)電機出力、大量負(fù)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(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力, 通常指第一或第二振蕩周期不失步。 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(xué)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(yīng)用，它已是一種包羅眾多學(xué)科的功能強大的技術(shù)計算語言，是當(dāng)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(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)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(xué)習(xí)復(fù)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(fù)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(fù)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(jìn)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(jìn)行故障檢測，存在的問題是接地穩(wěn)態(tài)分量太小常導(dǎo)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(jìn)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(fù)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(fù)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(jìn)行仿真分析。因此在判定一個電力系統(tǒng)設(shè)計的可行性時，都可以首先在計算機上進(jìn)行動態(tài)仿真研究，它的突出優(yōu)點是可行、簡便、經(jīng)濟。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： 啟動Matlab/Simulink。所謂電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性，一般是指電力系統(tǒng)在運行中受到微小擾動后，獨立地恢復(fù)到它原來的運行狀態(tài)的能力。這里所謂的大干擾，是相對于小干擾而言的。反之，如果系統(tǒng)受到大的干擾后不能建立穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，而是各發(fā)電機組轉(zhuǎn)子間一直有相對運動，相對角不斷變化，因而系統(tǒng)的功率電流和電壓都不斷振蕩，以至整個系統(tǒng)不能再繼續(xù)運行下去，則稱為系統(tǒng)在這種運行情況下不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。其中短路故障的擾動最為厲害，常以此作為檢驗系統(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，一些物理量（如電容電壓，電感電流等）并不會突變，而是需要一定時間。分析電路的暫態(tài)現(xiàn)象時，可建立電壓電流的微分方程，并按初始來求解。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定 在發(fā)生短路瞬間，由于不考慮定子回路的非周期分量，則周期分量的功率是可以突變的，于是發(fā)電機運行點有PI突然將為PII。那么運行點由a點躍降到短路時功角特性曲線PII上的b點。依轉(zhuǎn)子運動方程式，于是轉(zhuǎn)子開始加速，即，功率角開始增大，運行點將沿功角特性曲線PII移動，設(shè)經(jīng)過一段時間，當(dāng)功率角增大至c時，此時運行在c點，速度達(dá)到最大。在達(dá)到e點后，機械功率PmPIIIe（電磁功率），轉(zhuǎn)子開始減速。但在f點，PmPIIIf，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)減速，功率角開始減小，運行點仍將沿功角特性曲線PIII從f點向e、k點移動。但由于轉(zhuǎn)子機械慣性作用，功率角將繼續(xù)減小，當(dāng)過k點時PmPIII，在不平衡功率為正值的作用下，轉(zhuǎn)子開始加速，最后達(dá)到同步轉(zhuǎn)帶時為止，功率角不再減小，此時功率角為最小值。如果振蕩過程中沒有任何阻尼作用，這種振蕩將一直振蕩下去。當(dāng)短路故障切除得遲些，c更大時，在故障切除后，運行點沿功率PIII不斷向功率角增大的方向移動過程中，雖然轉(zhuǎn)子在不斷減速，但運行點到達(dá)曲線PIII上的點時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速仍大于同步轉(zhuǎn)速。由于PmPIII，發(fā)電機組轉(zhuǎn)子又開始加速，而且加速度越來越大，功率轉(zhuǎn)角無限增大，發(fā)電機與系統(tǒng)之間將失去同步，系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定。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，步長會自動的變小，從而提高計算精度。因為，對于一個電力系統(tǒng)，保持急劇擾動下的暫態(tài)穩(wěn)定總比保持微小擾動下的靜態(tài)穩(wěn)定更困難。這一方面是由于急劇擾動下機械與電磁、負(fù)荷與電源的功率或能量差額比微小擾動大得多，另一方面又由于這種擾動往往是暫時性的?？焖偾谐收显谔岣邥簯B(tài)穩(wěn)定性方面起著首要的、決定性的作用。目前。采用自動重合閘裝置不僅可以提高系統(tǒng)供電的可靠性，而且可以大大的提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。（1） 雙回線路的三相重合閘。但重合時間不能過早，過早重合將會因原來產(chǎn)生電弧處的氣體尚未去游離而再度重燃，不僅使重合閘失敗，甚至?xí)U大故障。（2） 單回線路的單相重合閘。對此可采用按相斷開和按相重合的單相重合閘。由于是切除了故障相而非三相，因此在切除故障至重合閘前的一段時間里，即使是單回線路，送端發(fā)電廠和受端系統(tǒng)也沒有完全失去聯(lián)系。顯然，單相重合對提高負(fù)荷的穩(wěn)定性也是有利的。 強行勵磁和快速關(guān)閉汽門這兩種措施是從自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)入手，通過減少功率或能量的差額來提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，也是很經(jīng)濟而有效的措施。這樣也增加了發(fā)電機輸出的電磁功率。強行勵磁的效果和勵磁的倍數(shù)（最大可能的勵磁電壓與發(fā)電機在額定條件下運行時的勵磁電壓之比）有關(guān)，勵磁倍數(shù)愈大，效果就愈好。由于強行勵磁作用，可使發(fā)電機的勵磁電流if增大3~5倍，時間長了會使發(fā)動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組過熱。這些都應(yīng)給予足夠的重視。這樣對水輪發(fā)電機組在暫態(tài)穩(wěn)定中可認(rèn)為機械功率Pm等于定值。所謂汽容時間常數(shù)，是汽輪機第一級噴嘴與調(diào)節(jié)汽門之間有一定空間，當(dāng)汽門改變開度時至第一級噴嘴壓力改變需要滯后一段時間，這時間稱為汽容時間常數(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(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[7]，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。 假定在發(fā)電機高壓母線上發(fā)生三相金屬性短路。在我國，目前仍然以三相短路作為考核暫態(tài)穩(wěn)定的擾動模式之一[3]。專門為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術(shù)。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。 單機無窮大電力系統(tǒng)仿真原理圖 小結(jié) PSS能有效改善阻尼低頻振蕩，是提高電力系統(tǒng)小信號穩(wěn)定成本最低、收效最大的方法。 第4章Simulink下SimPowerSystem模型應(yīng)用 Simulink由于其能用最小的代價來模擬真實動態(tài)系統(tǒng)的運行，依托數(shù)百種預(yù)定義系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進(jìn)有效地積分算法和直觀的圖形化工具，依托強健的交互式仿真能力，可以方便調(diào)整模型參數(shù)設(shè)置，而電力系統(tǒng)SimPowerSystem由于使用標(biāo)準(zhǔn)的電氣符號、各種模型模塊，高精度的仿真結(jié)果，優(yōu)化的仿真算法，大量的功能演示模型，充分發(fā)揮了SPS在電力系統(tǒng)仿真的靈活仿真優(yōu)勢。 仿真模型的搭建 利用MATLAB下的SIMULINK軟件和電力系統(tǒng)模塊庫(SimPowerSystems)進(jìn)行系統(tǒng)仿真是十分簡單和直觀的，用戶可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過SIMULINK環(huán)境中的菜單直接啟動系統(tǒng)的仿真過程，同時將結(jié)果在示波器上顯示出來。本次仿真選出需要用到如下模塊： （1）Powerlib電力系統(tǒng)工具箱： 1）Electrical Sources中的ThreePhase Source（三相電源）模塊 2）Elements 中的Three