电力系统暂态稳定性研究

摘要随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益庞大和复杂，出现的各种故障，会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有可能导致电力系统事故的扩大，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题，依据电网用电供电系统电路模型要求，因此，论文利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网可能遇到的多种故障方面运行的需要。论文以MATLABR2009b电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSyetem搭建了电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型，设计得到了在该系统发生各种短路接地故障并故障切除的仿真结果。本文做的主要工作有：（1）Simulink下单机—无穷大仿真系统的搭建（2）系统故障仿真测试分析通过实例说明，若将该方法应用到电力系统短路故障的诊断中，快速实现故障的自动诊断、检测，对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。关键词电力系统；暂态稳定；MATLAB；单机—无穷大；AbstractWiththerapiddevelopmentofpowerindustry,thescaleofpowersystemisincreasinglylargeandcomplex,allkindsoffault,topowerplantsandpowerplantsandusersinavarietyofpowerequipmentsafetythreat,andislikelytoleadtotheexpansionofpowersystemaccident,fromthetechnicalandsafetyconsideringdirectelectricityexperimentwascarriedoutonthepossibilityisverysmall,urgeelectricpowersimulationareusedtosolvetheseproblems,accordingtothepowersupplysystemofpowergridpowercircuitmodel,asaresult,paperuseMATLABdynamicsimulationsoftwareSimulinkhassetupasimulationmodelforthesingle-infinitepowersystem,cansatisfytheneedsoftherunningofafaultmayencounteravarietyofways.PaperR2009bwithMATLABtoolboxpowersystemasaplatform,throughSimPowerSyetemsetuppowersystemintheoperationofthecommonsingle-infinitysystemmodel,designthevariouskindsofshort-circuitgroundfaultoccursinthesystemandsimulationresultsoffaultremoved.Themainworkis:(1)Buildingthissimulationsystemofsingle-infiniteunderSimulink(2)FaultsimulationtestanalysisofsystemThroughexamples,ifthismethodtothepowersystemfaultdiagnosis,fastfaultdetectionanddiagnosis,automaticforimprovingthestabilityofpowersystemhasimportantsignificance.keywords：Single—infinite；SimPowerSyetem；Shortcircuitfaults；Wavelettransform目录绪论................................................................1第一章电力系统稳定性概述...........................................11.1电力系统的静态稳定性...........................................11.2电力系统的暂态稳定性...........................................1第二章基于MATLAB的电力系统仿真...................................32.1电力系统稳定运行的控制.........................................32.2MATLAB及SimPowerSystem简介...................................32.3配电网的故障现状及分析.........................................42.4暂态稳定仿真流程...............................................5第三章单机—无穷大暂态稳定仿真分析.................................53.1电力系统暂态稳定性分析.........................................63.1.1引起电力系统大扰动的原因......................................63.1.2定性分析......................................................63.1.3提高电力系统稳定性的措施......................................83.2单机—无穷大系统原理...........................................9第四章Simulink下SimPowerSystem模型应用...........................154.1仿真模型的搭建................................................154.2运行效果仿真图................................................164.2．1改变故障模块中的短路类型....................................164.2．2改变系统中的元件参数(改变线路的电阻)........................174.3加入电容补偿器后的的仿真图....................................214.4小结..........................................................25第五章结论和展望..................................................25参考文献...........................................................27致谢..............................................................284绪论随着电力系统规模不断扩大，系统发生故障的影响也越来越大，尤其大区域联网背景下的电力系统故障将会给经济、社会造成重大经济损失，因此保证电力系统安全稳定运行是电力生产的首要任务。电力系统是一个复杂的动态系统，一方面，它必须时刻保证可靠的电能质量；另一方面，它又处于不断的扰动之中，扰动发生的时间、地点、类型、严重程度均具有较大的随机性。当扰动发生后，一旦发生稳定性问题，系统可能会在几秒内发生严重后果。对于系统某一特定的稳定运行状态，以及对于某一特定的扰动，如果在扰动后系统能达到一个可以接受的稳定运行状态，则系统运行处于暂态稳定。在电力系统规划、设计等工作中都要进行大量的暂态稳定分析。通过暂态稳定分析，可以看到各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能。因此，通过时域仿真来验证电力系统在某一状态时是否稳定，具有重要的理论和实际意义。第一章电力系统稳定性概述1.1电力系统的静态稳定性电力系统的静态稳定性是指电力系统受到小干扰后，不发生自发震荡或非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。电力系统几乎时时刻刻都受到小的干扰。例如：系统中负荷的小变化；又如架空输电线路因摆动引起的线间距离（影响线路电抗）的微小变化等等。因此，电力系统的静态稳定问题实际就是确定系统的某个运行稳态能否保持的问题。1.2电力系统的暂态稳定性电力系统暂态稳定性是指电力系统在某个运行情况下突然受到较大扰动后，能否经过暂态过程达到新的稳定状态或恢复到原来的状态。这里所谓的大干扰，一般是指短路故障、突然断开线路或减小发电机出力等。如果受到大的干扰后仍能达到稳定运行，则电力系统在这种情况下是暂态稳定的。反之，如果系统受到大的干扰后不能再建立稳态运行状态，而是各发电机组转子间一直有相对运动，相对角不断的变化，因而系统的功率、电流和电压都不断震荡，以致整个系统不再能继续运行下去，则称为系统在这种运行情况下不能保持暂态稳定。引起电力系统大扰动的原因很多，归纳起来，主要有5以下几种。一、引起电力系统大扰动的主要原因（1）负荷的突然变化。如切除或投入大容量的用户引起较大的扰动。（2）切除或投入系统的主要元件。如切除或投入较大容量的发电机、变压器和较重要的线路引起的大的扰动。（3）电力系统的短路故障。它对电力系统的扰动最为严重。在短路故障中，其中以三相短路最为危险，引起电力系统的扰动最大，于是系统的暂态稳定性常常遭到破坏。但此种严重故障发生的次数最少，据统计，在高压电力系统中发生三相短路的次数一般占总短路次数的6%~7%左右。两相接地短路和两相短路对于电力系统的扰动也较大，其中两相接地短路的危害程度仅次于三相短路。但在一般的高压系统中发生这两种短路的次为23%~24%左右，比三相短路发生的次数要多。单相短路在高压系统中发生的次数最多，一般可占70%左右。但单相短路对系统的扰动在短路故障中是最小的，其中瞬时性雷击单相短路又占单相短路的70%左右，它对系统的影响就更小了。二、暂态过程按时间分为下面三个阶段（1）起始阶段：指故障后约1s内的时间段。在这期间系统中的保护和自动装置有一系列的动作，例如切除故障线路和重合闸、切除发电机等。但是在这个时间段中发电机的调节系统还来不及起到明显的作用。（2）中间阶段：在起始阶段后，大约持续5s左右的时间段。在这期间发电机组的调节系统已发挥作用。（3）后期阶段：中间阶段以后的时间。这时动力设备中的过程影响到电力系统的暂态过程。另外，系统中还将由于频率和电压的下降，发生自动装置切除部分负荷等操作。三、暂态稳定的分析方法分析方法：不同于静态稳定问题的分析，不能做线性化处理，暂态稳定问题研究的特点有：（1）暂态稳定性与否和原来运行方式及干扰种类有关。（2）系统暂态稳定过程是一个电磁暂态过程和机电暂态过程汇合在6一起的复杂的运动过程，它们互相作用、互相影响。第二章基于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。2.1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