电力系统暂态稳定性研究

电力系统暂态稳定性研究

张卓志

广东石油化工学院 广东茂名 525000

摘要

随着电力工业的快速发展，电力系统的规模越来越大、越来越复杂。各种故障会威胁电厂、用户和电厂各种电力设备的安全，并可能导致电力系统事故的扩大。考虑到技术和安全，直接测试能量的可能性很小。为了解决这些问题，能源的模拟迫在眉睫。根据系统电源的电路模型的要求，利用MATLAB中的动态仿真软件，建立了单模型母线的能量仿真机，能够满足电网中发现的各种故障的需要。

关键词:电力系统;暂态稳定;MATLAB;单机-无穷大

引言

随着能源系统规模的不断扩大，系统故障的影响越来越大，特别是在CaSO地区发生严重事故时，能源系统的不足将给经济和社会造成重大的经济损失。确保能源系统安全稳定运行是发电的主要任务；一方面，它必须始终保证可靠的能源质量；另一面，它处于不断的干扰中。干扰的时间、地点、类型和严重程度是随机的。一旦干扰后出现稳定性问题，系统可能在几秒钟内产生严重后果。如果系统中断且功能处于正常过渡状态后，系统能够达到可接受的稳定运行状态，在能源系统的设计和规划中需要大量的过渡稳定措施。我们可以了解各种稳定措施的效果和稳定控制的性能。时域仿真验证电磁能量系统在给定TEM状态下的稳定性具有重要的理论和现实意义。

第一章电力系统稳定性概述

1.1电力系统的静态稳定性

能量系统的静态稳定性意味着在轻微干扰后，反向能量系统可以自动恢复到初始运行状态，而不会出现自发振荡或阑尾炎。能量系统几乎总是受到轻微干扰的影响。能源系统的静态稳定性是确定系统能否保持一定稳定运行状态的有效问题。

1.2电力系统的暂态稳定性

能量系统过渡稳定性是指能量系统能否通过过渡过程达到新的稳定状态或恢复到初始状态。在某些运行条件下突然受到干扰后，线路突然中断或发电机减产，如果严重干扰后仍能稳定运行，在这种情况下，能量系统是暂时稳定的。如果系统在严重干扰后无法建立稳定的运行状态，转子组之间始终存在相对运动，相对角度不断变化，导致能量、电流、电压和系统持续波动，使整个系统无法继续运行。在这种运行条件下，系统无法维持暂态稳定。能源系统中出现重大扰动的原因有很多。综上所述，主要有以下几点。

1.2.1引起电力系统大扰动的主要原因

（1） 负载的突然变化。如果大容量用户被切断或投入运行，将会造成很大的干扰。

（2） 卸下或输入系统的主要部件。如大容量发电机、变压器和更重要的线路因切断或投入运行而引起的大扰动。

（3） 电力系统的短路故障。这是对电力系统最严重的干扰。在短路故障之间，三相短路最危险，对电力系统造成的干扰最大，因此系统的暂态稳定性经常受到破坏。

第二章基于MATLAB的电力系统仿真

2.1 MATLAB及SimPowerSystem简介

Matlab是matrix lab的缩写它是由数学学会开发的功能强大的软件。首先，它主要用于科学计算。Matlab不仅是现代控制系统的完整分析和应用，而且是一种功能强大的技术计算语言，具有强大的科学运算和可视化功能，提供了方便易用的。它已成为许多科学领域设计、分析计算、研究算法开发和应用的首选基础工具和平台。

2.2配电网的故障现状及分析

电力供电系统的平均配电网通常采用间接接地或消弧，由于接地故障时流过接地点的电流很小，接地缺陷在该系统中是最高的。此外，在错误的初始相位，接地条件通常伴随着高接地电阻。因此，非平稳信号的分析要求数字信号处理过程有很强的处理弱信号的能力。

静态分量法、谐波分量法和短路过渡分量法主要用于分析配电网中短路灯丝的发展。波形分析理论能够准确地处理突发的非平稳干扰信号，分析能源系统的暂态电磁过程，提取故障特征。

电流循环控制是能源系统稳定运行的第一道防线。临时稳定性是指每个同步发电机确保同步运行并过渡到新运行或恢复原始状态的能力。严重电源故障（如短路故障、发电机功率突然增加或减少、高负荷等）后，这意味着第一次或第二次振动的时间不是不同步的。有许多措施可以改善能源系统的临时稳定性。

采用mat1b软件对无限大客车系统进行仿真。短路故障在一定时间消除，发电机转速随时间变化将改变电压。通过仿真参数验证了能量系统的过渡稳定性理论。

第三章单机-无穷大暂态稳定分析

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:

1. 负载突变，如大容量用户的输入或移除：

(2) 拆除或启动系统的主要部件，如发电机、变压器和线路：

(3) 发生短路故障。

短路单相故障是最常见的。在短路情况中，能量系统从一种状态转移到另一种状态。在三电平系统，当动态电路从一种稳定状态切换到另一种稳定状态时，一些物理量（如电容电压、，电感电流等）不会突然发出变化，在分析瞬态电路现象时，可根据初始值确定和求解微分应力与电流方程。

3.1.2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

3)强行励磁：增加电磁功率以增加减速的区域。

4)采用电气制动

当系统发生故障时，电阻将快速的接通，以消耗发电机的有功能量（增加电磁能量），以减小能量差。因为在故障时引入了制动电阻，所以P…PII曲线会补偿左侧的CIMA。

欠制动:投入后减少的加速面积不足;

制动时：加速区很小，制动电阻进口故障后无出口；但问题解决后，由于同时排除了制动电阻，PIII曲线不受制动电阻的影响，它只能在第二个循环中失去稳定性。

3.2单机一无穷大系统原理

分析能源系统运行稳定性时，无限大单机总线系统认为无限大功率、恒频和恒张力是工程上最常用的方式。它也是模拟能量系统最简单和最基本的运行模式，即。对现实的近似处理和模型的简化，最有利于得出结论和简化计算的过程。

无输电线的电机-无穷大系统原理图

假设触点阻抗为纯电感，则发电机发送至无限大母线系统的有功能量为

P 为:

式中，Hendrick Z是发电机电动势的总电阻，包括无限大母线系统母线站的阻抗。

利用Matlab对系统进行仿真，主要目的是比较电磁发电机0.1s故障切除率和0.5s故障切除率变化情况，改变故障模块中的短路类型时，是可以模拟过渡系统在多次短路下的稳定性；同样，改变元件参数（如线路电阻、并联响应等），可以研究各种参数对系统暂态稳定性影响。

第四章结论与展望

随着能源系统发展，复杂的能源控制系统对EM电网的技术和安全提出了越来越高的要求。它可能遇到的许多情况证明了能源功能的可持续性和稳定性。更好地识别和分析电网系统中的各种故障已成为研究的热点，具有更大的现实的巨大意义。

本次电力系统仿真主要有以下优点:

1）低的部署成本与高的建模效率可以有效降低测试风险，极大限度地保持仿真的完整性。通过优化地算法，可获得较高的精度，为更复杂能源系统的搜索提供了参考。

2） 使用方便，界面友好，操作和非常的方便。相关的模块可任意添加，代码的模块或组件可定制，交互应用可快速评估不同算法，最大程度的优化参数。我致力于学习更多：

参考文献

[1]王晶，翁国庆，张有兵.电力系统的MATLAB/SIMULINK 仿真与应用，西安电子科技大学出版社，2018年9月.

[2]李国勇，谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD一基于MATLAB的控制系统(第二版)电子工业出版社，2018年6月.

[3]李颖.Simulink动态系统建模与仿真(第二版).西安电子科技大学出版社，2019年11 月.

[4]于贵江.基于小波分析的故障信号检测.哈尔滨理工大学学报，2016年2月.

作者简介：姓名：张卓志 性别：男 民族：汉 籍贯：广东佛山 学历：本科 研究方向：电气工程及其自动化

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