单机—无穷大电力系统的仿真模型设计论文(编辑修改稿)

单机—无穷大电力系统的仿真模型设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

第 12 页 第 2 章 基于 MATLAB 的电力系统仿真 电 力系统在运行中易受到多种因素的影响而发生故障，威胁系统的安全可靠性，因此迅速、准确地探测出电缆故障并对其进行分析，对提高供电可靠性、减少故障修复费用及停电损失具有重要理论意义和实用价值 [1]。 目前，线路保护已经进入微机保护时代，电力系 统继电保护中的信号处理仍以分析为主，同时考虑到电力运行实际情况，在 Matlab/Simulink 平台下更好的运用仿真手段更突出了现实意义。 电力系统稳定运行的控制 电力系统暂态功角稳定控制是电力系统稳定运行的第一道防线。 暂态稳定性是指电力系统在受到大干扰 ( 如短路故障 , 突然增加或减少发电机出力、大量负荷 , 突然断开线路等 ) 后 , 各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力 , 通常指第一或第二振荡周期不失步。 提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的 , 本文以单机 —无穷大系统为例 , 主 要 利用 matlb 软件对单机 —无穷大系统进行仿真，对线路发生接地短路故障在一定时间内切除后，发电机的转速随时间的变化情况 ,发电机转速的变化又影响了电力系统中电压、电流和发电机电磁功率的变化。 通过仿真参数来证明电力系统暂态稳定方面的理论。 MATLAB 及 SimPowerSystem 简介 MATLAB 是 Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写，由 Mathworke 公司开发的一套功能强大的软件，最早它主要用于科学计算。 后来随着 MATLAB 功能的不断增强和应用的普及，很多领域的专家为 MATLAB 写了专门的工具箱，用以拓展MATLAB 的功能，这大大扩大了 MATLAB 的应用范围。 所以现在的 MATLAB 已不仅仅局限与现代控制系统分析和综合应用，它已是一种包罗众多学科的功能强大的技术计算语言，是当今世界上最优秀的数值计算软件之一。 它强大的科学运算与可视化功能，简单易用，开放式可扩展环境，特别是所附带的 30 多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析，算法研究和应用开发的基本工具和首选平台 [2]。 MATLAB 环境下的 Simulink 是用于对复杂动态系统进行建 模和仿真的图形化交互式平台。 运行于 Simulink 下的 PSB（ Power System Blockset）是针对电力系统的毕 业 论 文 （设 计） 用 纸 佳木斯大学继续教育学院 第 13 页 工具箱，从 Matlab 开始它被重新命名为 SPS（ SimPowerSystem）。 SimPowerSystem是以 HydroQuebec39。 研究中心的专家为主的 MATLAB 的开发的工具箱，主要用于电力系统电力，电子电路的仿真。 随着 MATLAB 的不断升级， SimPowerSystem 也得到了很大的发展。 现在，从 MATLAB13 版的开始， SimPowerSystem 和 SimMechanies 一起作为现实模型产品族的成员，结合 Simulink 的使用，可以仿真电气，机械以及控制系统。 使用 SimPowerSystem，不需要学习复杂的软件命令，编写软件代码，用户可以专注于物理模型本身，通过与实际电路图非常相似的符号，表示复杂的电网，这有助于大大提高仿真的效率。 配电网的故障现状及分析 电力系统中压配电网一般采用不直接接地或经消弧线圈接地方式，因其发生接地故障时，流过接地点的电流小，所以称为小电流接地系统。 此系统中接地故障最高，由于三个线电压仍然对称，不影响负荷连续供电，故不必立即跳闸，但接地后 非故障相电压会升高，长时间带故障运行会影响系统安全，因此需要对故障时刻和故障线路进行检测。 另外故障初期接地点常常伴有很大的接地电阻，各次谐波电流分量很小这将影响故障检测的灵敏度。 因此，需要具有很强的处理微弱信号能力的数字信号处理方法去分析非平稳信号。 对配电网接地短路故障的研究，主要有利用短路后的稳态分量、谐波分量和暂态分量等几种方法。 利用故障后的稳态分量进行故障检测，存在的问题是接地稳态分量太小常导致选线装置不能正确动作而且该方法要求有一个持续的稳态短路过程因此在发生间歇性电弧接地时便不再适用，因此利用能 对突变的微弱的非平稳故障信号进行精确处理的小波分析理论 ,可以很好地分析电力系统电磁暂态过程并提取出故障特征 ,。 电力系统暂态功角稳定控制是电力系统稳定运行的第一道防线。 暂态稳定性是指电力系统在受到大干扰 (如短路故障，突然增加或减少发电机出力、大量负荷，突然断开线路等 )后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。 通常指第一或第二振荡周期不失步。 提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的。 利用 matlb 软件对单机 —无穷大系统进行仿真，对线路发生接地短路故障在一定时间内切除后，发 电机的转速随时间的变化情况 ,发电机转速的变化又影响了毕 业 论 文 （设 计） 用 纸 佳木斯大学继续教育学院 第 14 页 电力系统中电压、电流和发电机电磁功率的变化。 通过仿真参数来证明电力系统暂态稳定方面的理论。 暂态稳定仿真流程 由于电力系统的动态仿真研究将不能在实验室进行的电力系统运行模拟得以实现。 因此在判定一个电力系统设计的可行性时，都可以首先在计算机上进行动态仿真研究，它的突出优点是可行、简便、经济。 Matlab 电力系统工具箱包含的模块有：Electrical Sources(电源库 )、 Elements(元件库 )、 PowerElectronics(电力电子元 件库 )、Machines(电机库 )、 Connectors(连接器库 )、 Measurements(测量仪器库 )、 Extra Library(附加元件库 )、 Demos(示例库 )、 Powergui(图形用户界面 graphical user interface)等， 为了研究电力系统的特性，搭建的系统应最大限度的再现实际中的电力系统。 利用模块库中封装好的模块搭建系统，对各环节元件作了一定的理想化。 对各元件的参数也作了一定的取舍与简化，随着模块库的不断更新与完善，利用已有模块搭建的系统基本能模拟实际电力系统的 特性．成为对电力系统进行分析、设计、仿真的一个有力工具。 毕 业 论 文 （设 计） 用 纸 佳木斯大学继续教育学院 第 15 页 第 3 章 单机 —无穷大暂态稳定仿真分析 电力系统稳定性问题是指电力系统运行中受到扰动后能否保持发电机间同步运行的问题，根据扰动大小所确定的稳态问题的性质，把它分为静态稳定和暂态稳定。 所谓电力系统静态稳定性，一般是指电力系统在运行中受到微小扰动后，独立地恢复到它原来的运行状态的能力。 电力系统的暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的干扰后，能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或者恢复到原来的状态。 这里所谓的大干扰，是相对于小干扰而言的。 如果系统受到大的 干扰后仍能达到稳定运行，则系统在这种运行情况下是暂态稳定的。 反之，如果系统受到大的干扰后不能建立稳态运行状态，而是各发电机组转子间一直有相对运动，相对角不断变化，因而系统的功率电流和电压都不断振荡，以至整个系统不能再继续运行下去，则称为系统在这种运行情况下不能保持暂态稳定。 电力系统暂态稳定性分析 引起电力系统大扰动的原因 主要有以下几种： （ 1）负荷的突然变化，如投入或切除大容量的用户等； （ 2）切除或投入系统的主要原件，如发电机，变压器及线路等； （ 3）发生短路故障。 其中短路故障的扰 动最为厉害，常以此作为检验系统是否具有暂态稳定的依据。 而且短路故障中，单相接地短路故障最多。 在发生短路的情况下，电力系统从一种状态激烈变化到另一种状态，产生复杂的暂态现象。 在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。 当动态电路从某一稳定状态转换到另一稳定状态时，一些物理量（如电容电压，电感电流等）并不会突变，而是需要一定时间。 在这期间，电路将呈现出不同于稳态的特别现象，即电路的过渡过程或暂态现象。 分析电路的暂态现象时，可建立电压电流的微分方程，并按初始来求解。 定性分 析 在正常运行情况下，若原动机输入的机械功率为 Pm，发电机输出的电磁功率就与原动机输入的机械功率相平衡，发电机的工作点应由 P1和 Pm 线的交点确定，即毕 业 论 文 （设 计） 用 纸 佳木斯大学继续教育学院 第 16 页 为 a 点，与此对应的功率角为 0 ，见图 中虚线所示为不计阻尼作用的曲线，实线所示为计阻尼作用的曲线。 39。 k 图 电力系统暂态稳定 图 电力系统暂态不稳定 在发生短路瞬间，由于不考虑定子回路的非周期分量，则周期分量的功率是可以突变的，于是发电机运行点有 PI突然将为 PII。 又由于发电机组转子机械运动的惯性所致，功率角  不可能突变，仍为 0。 那么运行点由 a 点跃降到短路时功 角特性曲线 PII 上的 b 点。 达 b 点后，输入的机械功率 Pm大于输出的电磁功率 PIIb，不平衡净加速功率大于零。 依转子运动方程式，于是转子 开始加速，即 0 ，功率角  开始增大， 0 ，运行点将沿功 角特性曲线 PII 移动，设经过一段时间，当功率角增大至  c 时，此时运行在 c 点，速度达到最大 max。 若在 c 点事切除线路故障，在切除线路故障的瞬间，仍由于不考虑定子回路电流的非周期分量及机组转子的机械惯性， 为  c，运行点从 PII 上的 c 点突升到 PIII 上的 e 点，此时速度仍为 max。 在达到 e点后，机械功率 PmPIIIe（电磁功率 ），转子开始减速。 由于 Ne  及机组转子的惯性作用，则功率角  还在增大，运行点沿 PIII 由 e 点向 f 点移动，当到达 f 点时，其转速 Ne  （同步转速），功率角  不再继续增大，这时的功率角为最大功率角 max。 但在 f 点， PmPIIIf，转子将继续减速，功率角  开始减小，运行点仍将沿功 角特性毕 业。