四川理工学院毕业设计（论文）

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。

第三章 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。

3.1 电力系统暂态稳定性分析

3.1.1 引起电力系统大扰动的原因

主要有以下几种：

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李俊：电力系统的研究

（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。

3.1.2 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，即为a点，与此对应的功率角为0?，见图3.2中虚线所示为不计阻尼作用的曲线，实线所在正常运行情况下，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，即为a点，与此对应的功率角为0?，见图3.2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。'k?

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四川理工学院毕业设计（论文）

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Pm

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李俊：电力系统的研究

当短路故障切除得迟些，?c更大时，在故障切除后，运行点沿功率PIII不断向功率角增大的方向移动过程中，虽然转子在不断减速，但运行点到达曲线PIII上的'k点时，转子的转速仍大于同步转速。于是运行点就要越过'k点，过了'k点后，情况发生逆转。由于Pm>PIII，发电机组转子又开始加速，而且加速度越来越大，功率转角?无限增大，发电机与系统之间将失去同步，系统暂态不稳定。其情况如图3.2所示。

MATLAB提供了常微分方程初值问题的数值解法，对于稳态一般用快速而准确的ode45函数，对于暂态一般用ode23函数。也可采用自适应变不长的求解方法，即当解的变化较快时，步长会自动的变小，从而提高计算精度。

3.1.3 提高电力系统稳定性的措施

1） 快速切除故障 2） 采用自动重合闸装置：

对应两种情况：①若系统发生瞬时故障，则可以通过自动化重合闸恢复到原来状态（电磁功率最大）；②若为永久性故障，会使系统再次重合到故障上，对系统冲击较大。

3） 强行励磁：提高电磁功率，以增加减速面积

4） 串联电容器的强行补偿指故障时对健全线路强制提高补偿度的措施。

补偿的方法：如双回路运行，两组电容器组均投入。切除一条输电线后，线路感抗从Xl/2→Xl，Xl为健全线路的电抗，由于电抗的下降，使切除故障线路后的电磁功率下降，加速面积增大，为减少加速面积，应通过减少健全线路的电抗来实现，即使在它上面串联电容器，同时切除一组，使其容抗从Xc/2→Xc。

5）采用电气制动

指当系统中发生故障后迅速接入电阻以消耗发电机的有功功率（增

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