畢業設計論文初稿-電力系統穩定性的研究與仿真分析-(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 件。 金陵科技學院學士學位論文 第二章 電力系統穩定性分析 7 極限切除角 當最大可能的減速面積小于加速面積，如果 此時 減小切除角 c? ，由 圖 21可知 ，這 不僅 增大了最大可能減速面積 ，而且 減小了加速面積 。這就有可能使原來不會 保持暫態穩定的系統保持 住暫態穩定了。如果在其中一 切除角時， 加速面積 與 減速面積 大小相等，則系統將處于 極限 穩定 情況，大于這個角度 時 切除故障，系統將 會 失去穩定。這個角度稱 之 為極限切除角 lim?c? 。 P ?P ???mP d ???P ??P a e TP ??mP ??P b c 0 0? lim?c? cr? ? 圖 21 極限切除角的確定 由 圖 21 可得 ? ? ? ??? ?? ???? ????? crcc dPPdPP mm ???? ???? limlim0 0s i ns i n 00 （ 37） 求出公式（ 27）的積分并經整理后可得 ? ???????????? ? ????mmmcrmcrc PP PPP 000lim c osc osa rc c os ????? （ 28） 式中所有的角度都是用弧度表示的。臨界角 ????? mcr PP0a rc sin?? （ 29） 為了判定 系統的暫態穩定性，還必須 要 知道 切除故障的極限允許時間 ，即所謂 轉子到 達極限切除角所用的時間 。為此，可 以通過解出 故障時發電機轉子 的運動方程來得出 功角隨時間變化的特性 ??t? ，如圖 22 所示。 金陵科技學院學士學位論文 第二章 電力系統穩定性分析 8 ? lim?c? c? 0? ct lim?ct t 圖 22 極限切除時間的確定 當 得 知切除角 c? 后 ，可以由 ??t? 曲線上 看到相 對應的 斷路器切除 和 繼電保護故障的時間 ct 。比較 c? 與等 面積定則確定的極限切除角 lim?c? ，若 c? lim?c? ,系統是暫態穩定的，反之則不穩定。還 可以比較時間，由 等 面積定則確定的極限切除角lim?c? ，在 ??t? 上 得出 相對應的極限切除時間 ，若 ct lim?ct ,系統是暫態穩定的，反之是不穩定的 引起電力系統大擾動的原因 電力系統 中 大擾動對電力系統的破壞性 最為常見 ，也 最大 。引起電力系統大擾動的原因 主要有以下 三 種： （ 1）負荷突然 的 變化，如 切除 或 投入 大容量的用戶等； （ 2） 投入 或 切除 系統主要 的 原件，如 變壓器 ， 線路 及 發電機 等； （ 3）發生短路故障。 其中短路故障的擾 動 破壞性最大 ， 所以 常以 短路故障來 作為 依據 檢驗系統是否具有暫態穩定 性 。而 在 短路故障中， 發生 單相接地短路故障 事故 最多。在發生短路的 故障時 ，電力系統 會從一種狀態激烈變換 到另一種狀態，產生復雜 多變 的暫態現象。在三相 電力系統中 發生的短路有： 單相接地短路 、兩相短路、兩相接地短路和 三相短路 等。當動態電路從某一穩定狀態 變換 到另一穩定狀態時，一些物理量（如 電流 電壓， 電容電感 等）并不會突變，而是需要一定 的 時間。 而 在這段時 間 內 ， 電力系統 將呈現出 與 穩態 不同 的特殊 現象，即 電力系統電路 的 暫態 現象 或 者 過渡過程 。 從電路的暫態現象中 ，可 以建 立電壓電流的微分方程， 按初始來求解。 金陵科技學院學士學位論文 第二章 電力系統穩定性分析 9 提高電力系統穩定性的措施 提高系統穩定的措施可以分為兩大類：一類是 改善電力系統的元件的特性和參數 ；另一類是提高系統穩定的控制和采用保護裝置。 (1) 改善電力系統的元件的特性和參數 ，提高系統穩定。線路輸送功率能力與線路兩端電壓之積成正比，而與線路阻抗成反比。減少線路電抗和維持電壓，可提高系統穩定性。增加輸電線回路數、采用緊湊型線路都可減少線路阻抗，前者造價較高。在線路上裝設串聯電容是一種有效的減少線路阻抗的方法，比增加線路回路數要經濟。串連電容的容抗占線路 電抗的百分數稱為補償度，一般在50%左右，過高將容易引起次同步振蕩。在長線路中間裝設靜止無功補償裝置（ SVC），能有效地保持線路中間電壓水平（相當于長線路變成兩段短線路），并快速調整系統無功，是提高系統穩定性的重要手段。 (2)電力系統 保護裝置 和 穩定控制 。提高電力系統穩定性的控制可包括兩個方面：①失去穩定前，采取措施提高系統的穩定性；②失去穩定后，采取措施重新恢復新的穩定運行。下面介紹幾種主要的穩定控制措施 : 發電機勵磁系統及控制。發電機勵磁系統是電力系統正常運行必不可少的重要設備，同時，在故障狀態能快速調 節發電機機端電壓，促進電壓、電磁功率擺動的快速平息。因此，充分發揮其改善系統穩定的潛力是提高系統穩定性最經濟的措施，國外得到普遍重視。常規勵磁系統采用 PID 調節并附加電力系統穩定器（ PSS），既可提高靜態穩定又可阻尼低頻振蕩，提高動態穩定性。目前國外較多的是采用快速高頂值可控硅勵磁系統，配以高放大倍數調節器和 PSS 裝置，這樣可同時提高靜態、暫態和動態 3 種穩定性。 電氣制動及其控制裝置。在系統發生故障瞬間，送端發電機輸出電磁功率下降，而原動機功率不變，產生過剩功率，使發電機與系統間的功角加大，如不采取措施，發 電機將失步。在短路瞬間投入與發電機并聯的制動電阻，吸收剩余功率（即電氣制動），是一種有效的提高暫態穩定的措施。 快關汽門及其控制。在系統發生故障時，另一項減少功率不平衡的措施是快關汽門，以減少發電機輸入功率。用控制汽輪機的中間閥門實現快關汽門可有效提高暫態穩定性。但是，它的實現要解決比較復雜的技術問題，是否采用快關措施要進行研究和比較。 此外還有在送端切機，同時在受端切負荷來提高整個系統的穩定性，以保證絕大多數用戶的連續供電。 繼電保護及重合閘裝置。它是提高電力系統暫態穩定的重要的有效措施之一。對繼電保護的 要求是：無故障時保護裝置不誤動，發生故障時可靠動作。它金陵科技學院學士學位論文 第二章 電力系統穩定性分析 10 的正確選擇、快速切除故障可使電力系統盡快恢復正常運行狀態。高壓線路上發生的大多數故障是瞬時性短路故障。繼電保護裝置動作，跳斷路器，斷開線路，使線路處于無電壓狀態，電弧就能自動熄滅。在絕緣恢復后，重新將斷開的線路投入，恢復供電。這種自動重合斷路器的措施稱為自動重合閘。它分為單相和三相重合閘，也是一項顯著提高暫態穩定性的措施。 金陵科技學院學士學位論文 第三章 基于 MATLAB 的電力系統仿真 11 第 三 章 基于 MATLAB 的電力系統仿真 MATLAB簡介 MATLAB 是 MATRIXamp。LABORATORY 兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室） 。MATLAB 是由美國 MATHWORKS 公司發布的主要面對 交互式 程序設計 、 科學計算 以及 可視化 的高科技 的 計算環境。它將 矩陣計算 、 科學數據可視化 、 數值分析 以及動態 非 線 性 系統的 建 立 模 型 和仿真等諸多 強勁的 功能集成 于 一個 非常容易 使用的視窗環境中， 它 為 工程設計 、 科學研究 以及必須進行有效 數值計算 的 許多 科學領域 提供了一種 極其 全面的解決方案，并在 一定 程度上擺脫了傳統非 的 交互式 的程序設計語言 （如 C、 C++）的編輯模式，代 表了科學計算軟件的 國際 水平。 MATLAB 和 MAPLE、 MATHEMATICA 并稱為三大 數學 軟件。它在數學類科技應用軟件中首屈一指。 MATLAB 可以進行 繪制 函數 和數據 、 矩陣 運算 、實現 算法 、創建用戶界面、連接其他 編程語言 的程序等，主要應用于工程計算、 信 號檢測 、 金融建模設計 、圖像處理、 控制設計 、 信號處理與通訊 分析等 領域 。 圖 工作界面 MATLAB 的基本數據單位是矩陣，它的 指令表達式 與 工程 、 數學 中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， C++等語言 更 簡捷得多， 而 且MATLAB 也吸收了像 MAPLE 等軟件的優點，使 MATLAB 成為一個強大的 數學軟件 。在 最 新的版本中 加入了對 C， C++， JAVA， FORTRAN 的支持。 直接 就 可以調用，用戶也可以 在 MATLAB 函數 庫中導入 自己編寫的實用程序方便以后調用。 Simulink 簡介 Simulink 是 MATLAB 極其 重要的組件，它提供一個 動態系統 理論分析 、 建模 、金陵科技學院學士學位論文 第三章 基于 MATLAB 的電力系統仿真 12 仿真 、 圖示 分析的集成環境。在 此集成 環境中， 并不需要寫很多程序 ，而只需要通過 鼠標 進行 簡單的操作， 即 可構造出 比較 復雜的系統。 Simulink 具有 結構和流程清晰、 適應面廣及仿真效率高、靈活 、貼近實際、精細 的 優點，并基于 上述的 優點已被廣泛應用于 數字信號 的 處理 和 控制理論 的復雜仿真 以及 設計。 與此 同時有大量的 第三方硬件 、 軟件 可應用于 Simulink。 Simulink 作為 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設計環境，是實現 動態系統 建模、仿真和分析的一個 軟件包 ，被廣泛 的 應用于線性系統 、非線性系統、 數字信號處理 及 數字控制 的仿真中。 Simulink 可以用離散 采樣時間、 連續 采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模， 同時 它也支持多速率系統，也就是系統中的不同部分具有不同的采樣速率。 Simulink 提供了一個模型圖形 用戶接口 (GUI)用來 創建 動態系統 模型，這個創建過程只需 要 鼠標操作就 可以 完成，它提供了一種更 直接明了 、 快捷 的方式， 并 且用戶可以 立刻觀察到 系統仿真 的 結果。 Simulink 是用于 嵌入式系統 和 動態系統 的 基于模型 和 多領域仿真 的設計工具。對各種 時變系統 ，包括控制、 通訊、 視頻處理 和 信號處理 、 圖像處理系統 ，Simulink 提供了 可定制 的 模塊庫 和 交互式 的 圖形化環境 來對 系統 進行設計、 執行、 仿真和測試。 . 構架 在 Simulink 基礎之上的 很多 產品擴展了 其 多領域建模 的 功能 ，也提供了用于設計、 驗證 、 執行 以及 確認任務的相應工具。 MATLAB 與 Simulink 緊密集成， 還 可以直接 利用 大量 MATLAB 的工具來進行仿真的分析 算法研發、建模環境的定制 、 批處理 腳本 的創建、 可視化 及 測試數據 和 信號參數 的定義。 在本設計中，我將會利用 Simulink