电力系统稳定计算软件的开发

电力系统稳定计算软件的开发摘要随着世界各国的电力系统发展的越来越庞大，电力系统的运行也随之越来越复杂，系统中发生的事故越来越难以用传统的分析方法预测，对电力系统仿真技术提出了更高的要求。目前，国际上有多种电力系统分析软件，在各国的电力系统的实践和研究中发挥了很大的作用。本文研究了基本的电力系统暂态分析方法。开发的程序可以计算计及励磁系统和调试系统的包含10台发电机的小电力系统的机电暂态过程。电力系统的暂态过程分析和电力系统各元件的动态特性有密切的关系。因此本文的主要思路是在分析电力系统暂态稳定计算基本原理的基础上，建立电力系统各元件的数学模型，并根据元件之间的拓扑关系将这些模型组合为全系统模型，然后采用适当的数学方法来进行求解。在本文中，电力系统模型的分析求解采用的是隐式积分法。最后采用matlab绘图得到各发电机端电压，电磁功率，机械功率，绝对功角，相对功角曲线，用来判断系统在扰动后是否能够恢复稳定状态。本程序通过算例的验证，可以计算小系统的稳定计算。关键词：隐式积分法电力系统模型网络化简ThedevelopmentofPowersystemstabilitycalculationsoftwareAbstractAlongwiththedevelopmentofpowersystem,andalsotheoperationismoreandmorecomplicated,theaccidenthappenedinthesystemhasbecomemoreandmoredifficulttopredictwithtraditionalanalysismethod,whichputsforwardahigherrequesttothepowersystemsimulationtechnology.Atpresent,therearemanyinternationalpowersystemanalysissoftwares,thatplayanimportantroalinthepowersystemofpracticeandstudy.Inthispaperweresearchthebasicpowersystemtransientanalysismethod.Thisprogramcancalculatetheelectricaltransientprocessofsmallsystem.Thissystemcontainsexcitationsystemanddebuggingsystems,alsocontains10generators.Powersystemtransientprocessanalysisandpowersystemdynamiccharacteristicsofeachcomponenthascloserelationship.Themainideasofthepaperarebasedonanalysisingthebasicprincipleofthepowersystemtransientstabilitycalculation.Firstlyestablishedthemathematicalmodelofcomponents.Thenputthemtoasystemmodelaccordingtothenetworktopology.Again,usingappropriatemathematicalmethodtosolvetheproblem.Inthispaper,wecanuseimplicitintegralmethod.Finallyusingmatlabdrawingtheelectromagneticpower,voltagegenerator,mechanicalpower,absoluteAngle,relativeAnglecurvetoverifythestabilityofthesystem.Thisprogramisverifiedbyanexample.Itcansolvethestabilitycalculationofsmallsystems.Keywords:Implicitintegrationscheme;Powersystemmodel;Networksimplification目录摘要......................................................................ⅠAbtrsact...................................................................Ⅱ1绪论.....................................................................11.1课题背景...............................................................11.2电力系统仿真研究现状与发展.............................................21.2.1仿真算法的选择.......................................................21.3电力系统数字仿真的发展与展望...........................................31.4本文任务...............................................................42电力系统暂态稳定计算的基本原理与元件数学模型.............................52.1基本原理...............................................................52.2基本假设...............................................................62.3电力系统中各元件的数学模型.............................................72.3.1同步发电机组的数学模型...............................................72.3.1.1同步发电机组转子运动方程...........................................72.3.1.2发电机电动势变化方程...............................................72.3.1.3同步发电机定子方程.................................................82.3.2发电机励磁系统的数学模型.............................................82.3.3负荷的数学模型......................................................102.3.4原动机的数学模型....................................................102.3.5电力网络的数学模型..................................................122.3.6机网衔接............................................................123解题过程中采用的数学方法................................................143.1牛顿—拉夫逊法潮流计算................................................143.2隐式积分法解微分方程组................................................163.3xydq坐标变换.......................................................193.4化简网络中的无源节点..................................................204机电暂态仿真计算流程....................................................21............................................................................5算例验证及结果分析......................................................256结论....................................................................297参考文献................................................................30致谢......................................................................311绪论1.1课题背景1831年，法拉第发现电磁感应原理，奠定了发电机的理论基础。科学的发现，引起了技术的发明。1866年，维·西门子发明了励磁电机。接着，1876年，贝尔发明了电话；1879年，爱迪生发明了电灯。这三大发明开启了人类电气化的道路，引起电力技术革命。电力技术和电力工业的出现和发展改变了人们的生产和生活面貌，促使经济以前所未有的速度向前发展。随着电子技术、电子计算机技术和自动化技术的发展，电力工业自动化迅速向前发展。以大机组、大电厂、高电压、大电网、高度自动化为特点的现代化电力工业在不同的国家已经形成或正在形成。时至今日，世界各国的电力系统发展得越来越庞大，电力系统的运行也随之越来越复杂。由原来的简单的输电网络变成了先进的可以说是人类历史上构造最复杂的工业系统之一，它是一个强非线性、高维数、分层分布的动态大系统。一旦发生事故，对于国民经济造成的损失是十分巨大的。由于现代电力系统具有这样的特点，系统中发生的事故越来越难以用传统的分析方法预测。在我国，随着三峡电站的建设、西电东送工程的实施和全国联网工程的推进，我国大陆部分在本世纪初叶将形成规模巨大的全国性的互联电网，而且，全国联网系统中既有交流线路，又有直流线路，还包括诸如无功静止补偿器之类的电力电子设备和FACTS装置，从而使电网的安全稳定运行控制变得十分复杂。为了保证电力系统可靠、安全、经济的运行，在规划、分析和研究电力系统时必须确切完整的考察实际电力系统的静态特性和动态特性。然而电力系统的特点决定了难以采用试验的方法来实现，必须采用仿真的手段。电力系统数字仿真是对电力系统进行分析和研究的重要手段，不受原型系统规模和结构复杂性的限制。能够保证被研究系统的安全性，并具有良好的经济性、方便性等诸多优点，已成为电力系统规划、运行、设计以及安全稳定分析等不可或缺的工具。按照研究对象、模型和算法的不同，电力系统数字仿真又可以分为机电暂态仿真和电磁暂态仿真。机电暂态仿真主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定性和受到小扰动后的静态稳定性，而电磁暂态仿真侧重研究电力系统元件中电场和磁场以及相应的电压和电流的变化情况。本文要研究的主要是电力系统机电暂态仿真[1]。机电暂态仿真主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能，需要联立求解电力系统微分方程组和代数方程组，以获得物理量的时域解。现在的机电暂态仿真软件对仿真规模一般没有限制，对称分量法的引入，使其也可以计