电力系统暂态稳定性仿真研究毕业设计(论文)

毕业设计（论文）题目名称：电力系统暂态稳定性仿真研究学院名称：电子信息学院班级：电气类学号：学生姓名：指导教师：2013年6月电力系统暂态稳定性仿真研究Powersystemtransientstabilitysimulation学院名称：电子信息学院班级：电气类学号：学生姓名：指导教师：2013年6月论文编号：I摘要随着社会的进步和科技的发展，近年来世界各地也出现了一些大的电力系统，这些系统通常具有范围广、强非线性的特点。随着电力市场化和区域联网的不断推进，电网运行状态越发复杂多变且接近其极限水平,在运行中，由于某种破坏性的原因，有时会引起电力系统崩溃的问题。利用MATLAB7.0电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSystem建立电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型，设置的是电力系统中常见的单相接地故障，模型中采用快速切除故障、自动重合闸、变压器中性点经小电阻接地、强行励磁等方法进行仿真，并证明了上述方法能够提高电力系统暂态稳定。关键词：电力系统，暂态稳定，单机无穷大系统，电力系统稳定器，MATLABIIAbstractWiththedevelopmentofsocietyandtechnology,somelargepowersystemshavebeenturnedupintheworldtheseyears.Thecharacteristicofthesesystemsarewideboundaryandnon-linear.Withtheimpellingofthemarketizationofthepowersystemandtheregionalnetworking,thesystemoperationarenearitslimitlevelsmoreandmore.Sometimesthecollapseofpowersystemwillbecausedforthespecificdamage.ASingleMachineInfiniteBusSystem(SMIBS)isestablishedviathePowerSystemBlockintheMATLAB,andtheSingle-phasegroundshortcircuitfaultissetted.Thefastfault-clearing,automaticreclosinglock,thetransformerneutralgroundingvialowresistanceareadoptedtosimulate,whichareprovedtoimprovethethepowersystemtransientstability.Keywords:PowerSystem,TransientStability,SingleMachineInfiniteBusSystem,PowerSystemStabilizer,MATLABIII目录1电力系统暂态稳定性概述.....................................................11.1电力系统暂态稳定及其意义................................11.2国内外研究现状及发展趋势................................22电力系统暂态稳定研究的内容.................................................62.1电力系统机电暂态过程的特点..............................62.2大扰动后发电机转子的相对运动............................72.3等面积定则..............................................92.4极限切除角.............................................103电力系统暂态稳定的研究方法................................................123.1分析电力系统暂态稳定的线性方法.........................123.2人工神经网络法.........................................143.3提高电力系统暂态稳定的方法.............................153.4研究设计的内容.........................................184电力系统常用仿真简介......................................................204.1常用的电力系统仿真软件.................................204.2MATLAB简介.............................................214.3MATLAB保存图形.........................................235基于SIMULINK的单机无穷大系统的暂态稳定性仿真.............................245.1单机-无穷大系统的建模..................................245.2采用的模块及其参数设置.................................255.3电力系统暂态稳定性仿真.................................316结论.....................................................................38参考文献...................................................................41致谢.......................................................................43毕业设计（论文）11电力系统暂态稳定性概述1.1电力系统暂态稳定及其意义电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到大的扰动之后各发电机是否能继续保持同步运行的问题。对于某一特定的稳定运行状态，以及对于某一特定的扰动，如果在扰动后系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态，则对此初始状态及此扰动而言，称之为暂态稳定。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元件，如发电机，变压器及线路等；(3)发生短路故障其中以短路故障的扰动最为严重，常以此作为检验系统是否具有暂态稳定的条件。电力系统受到大的扰动时，表征系统运行状态的各种电磁参数都要发生急剧的变化。但是，由于原动机调速器具有较大的惯性，它必须经过一定时间后才能改变原动机的功率。这样，发电机的电磁功率和原动机的机械功率之间便失去了平衡，于是产生了不平衡转矩。在不平衡转矩的作用下，发电机开始改变转速，使各发电机转子间的相对位置发生变化（机械运动）。发电机转子相对位置，即相对角的变化，反过来又将影响到电力系统中电流、电压和发电机电磁功率的变化。所以，由大扰动引起的电力系统暂态稳定过程，是一个电磁暂态过程和发电机转子间机械运动暂态过程交织在一起的复杂过程。电力系统是一个复杂的动态系统，一方面它必须时刻保证必要的电能质量及数量；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、严重性均有随机性，扰动发生后的系统动态过程中一旦发生稳定性问题，系统可能在几秒内发生严重后果，造成极大的经济损失和社会影响。电力系统暂态分析的主要目的是检查系统在大的扰动下（如故障、切机、切负荷、重合闸操作等情况），各发电机组间能否保持同步运行，如果能同步运行，并具有可接受的频率和电压水平，则称此电力系统在这一大扰动下是暂态稳定的。在电力系统规划、设计、运行等工作中都要进行大量的暂态分析。通过暂态分析还可以考察和研究各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能，因此通过仿真来验证所求结果是否正确，即电力系统在某一状态时是否是稳定的具有重要意义。电力线系统稳定的破坏，往往会导致系统的解列和崩溃，造成大面积停电，所以保证电力系统稳定是电力系统安全运行的必要条件。判定电力系统暂态稳定性主要是在大扰动下检查系统中各发电机组间能否保持同步运行水平，并具有可以接受的电压和频率水平。对这项工作已深入多年，并在离线计算中有成熟的算法取得了2良好的成果。然而，随着电力市场化和区域联网的不断推进，电网运行状态越发复杂多变且接近其极限水平，同时，近年来国内外时有发生由于系统暂态稳定性不足且对策迟缓引起的大停电事故，造成了经济上的巨大损失，这些都提示着我们提高对电网稳定性分析的重视。只有更快速更准确地对系统处于的稳定水平进行判断，找到稳定性遭到威胁的环节才能进而有效地采取措施改善系统运行状态。为此，进一步深入研究改进原有暂态稳定分析方法，开拓新的创造性的方法，解决其在实际系统中的应用的难题，仍然是我们面对的重要课题。1.2国内外研究现状及发展趋势电力系统的互联，可以带来显著的经济效益，但是电力系统的规模越大，引起系统事故的可能性也越大，系统中任一元件发生故障都有可能引起事故扩大。如果电网结构不够强壮，或者安全自动装置不够健全，或者管理失当，都有可能使系统陷入稳定危机，甚至大面积停电，乃至全网崩溃，给国民经济造成重大损失。因此国内外大型电力系统的运行与规划都把电力系统的安全评定置于重要地位。随着“西电东送、南北互供、全国联网”战略的全面实施，到2020年左右，我国将建成世界上罕见的跨区域和远距离传输巨大功率的超高压交、直流混合输电系统。其经济效益十分明显，不仅可以优化能源布局，充分利用西部地区丰富的水力资源，还可以减少备用容量，进行区域间的相互功率支援和实现错峰效益。另一方面，互联电网的缺点是，由于对事故的连锁反应，可能出现大面积停电。1996年7月2日和8月l0日美国西部大面积停电事故的关键特征是，解除一条线路后，其余线路被迫承担被解列线路的负荷，而失去一条线路的网络进一步过载，从而引起连锁反应和导致系统崩溃。随着电力市场的发展，电力系统的重构和解除管制，在主网基础上建立起来的现代互联电网在区域间传输的功率将日益增长。这种需求进一步增加了输电系统的压力。因此，估计大面积停电事故的几率还将增长。稳定破坏是电网中较为严重的事故之一，大电力系统的稳定破坏事故，往往引起大面积停电，给国民经济造成重大损失。在我国，由于电网结构相对薄弱，重负荷长距离线路较多，因而稳定事故的发生较为频繁。据统计，平均全国每年有4.7次稳定事故，总损失电量为280.31万kWh，社会上由于停电造成的损失就更大了。我国即将形成的大型互联混合输电系统在世界上是举世无双的，如何保证该系统的安全、稳定和经济运行是一个极其重大和迫切的研究课题。在电力系统中，随着偶然事故的发生，电力系统能否经受住随后发生的暂态过程并过渡到一个新的稳定状态，是电力系统安全评定的主要内容。用暂态分析方法去评定系统能否经受住这种过渡过程属于动态安全分析的范畴。国内外电力系统稳定破坏事故统计表明，3暂态稳定破坏的事故率居于首位，从而暂态稳定分析组成动态安全评定的主体。对于我国电网来说，其覆盖面积大，结构薄弱，负荷密度极不均匀，而电源又往往远离负荷中心，单位装机容量分摊到标准输电线长度比发达国家的少得多。由于长期以来输电线路总长度年增长率只是总装机容量年增长率的40%左右，其累积效应进一步恶化了系统的安全稳定性。三峡工程标志着全国性跨地区联网的开始，高效的远方大机组越来越重要，联络线的作用从紧急支援延伸到经济换电而接近稳定极限。人区电网互联在经济性和安全稳定性之间的最佳协调问题对有关算法的需求迫在眉睫。因此，电力系统的稳定性问题不但在非线性理论方面，也在非线