電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真研究-畢業(yè)論文

畢業(yè)論文題目電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真研究學(xué)院信息與控制學(xué)院專業(yè)電氣工程與自動化緒論1.1背景介紹與研究意義隨著高速發(fā)展的經(jīng)濟，電網(wǎng)的規(guī)模也是日漸龐大。隨之而來的是各大電廠、變電站組成的電網(wǎng)越發(fā)復(fù)雜化和暫態(tài)穩(wěn)定遭到破壞而形成的大規(guī)模停電事件十分頻繁。經(jīng)調(diào)查報告顯示：暫態(tài)失穩(wěn)是招致電力系統(tǒng)發(fā)生事故的關(guān)鍵因素，所以對暫態(tài)穩(wěn)定加大研究的力度十分緊要。對于我國來說，科技的發(fā)展是蒸蒸日上的。在快速發(fā)展的同時，我們更要注意安全，爭取快速穩(wěn)定的發(fā)展。解決電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的問題的關(guān)鍵在于確保電力系統(tǒng)在一定的大的故障下，系統(tǒng)可以通過自動調(diào)整，使各發(fā)電機組能恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)，從而減少損失。當(dāng)決定規(guī)劃一個電力系統(tǒng)時，暫態(tài)分析就開始進行了，我們通過暫態(tài)分析來考察和研究各種設(shè)施的穩(wěn)定效果和各個電氣設(shè)備之間聯(lián)絡(luò)的穩(wěn)定。通過仿真來驗證這些問題，可以很大程度的加強我們安全生活的穩(wěn)定性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀美國電網(wǎng)的相互糾結(jié)眾所周知，從前有個錯誤的認知是電網(wǎng)越復(fù)雜就越穩(wěn)定。然而美加大停電給了我們當(dāng)頭一棒。事實上，美國電網(wǎng)的運營權(quán)在私人企業(yè)家手里，他們建立電網(wǎng)追求的是利益最大化，因此美國電網(wǎng)中一些位置仍使用破舊的設(shè)施；還有每段輸電線都很短，所以會出現(xiàn)比較多的節(jié)點。這些其實都是暫態(tài)不穩(wěn)定的重要原因，很多導(dǎo)火線一同引發(fā)了美加大停電。美國在此之前也發(fā)生過類似的停電事故，所以這并不是偶然現(xiàn)象。作為和咱們國家相同的大型發(fā)展中國家印度，他們的電網(wǎng)進展程度還不錯，盡管無法和我國相媲美。只有美國、中國、日本和俄羅斯在發(fā)電量上超過了印度，但是印度的電力市場仍然處于供不應(yīng)求的狀態(tài)[2]。在2012年7月，印度發(fā)生了歷史上波及人口最多的一次電力系統(tǒng)故障，超過6.7億人遭到了這次事件直接或者間接的沖擊，而且此次停電僅在兩天之內(nèi)連續(xù)發(fā)生。事后我們發(fā)現(xiàn)，之前印度北方電網(wǎng)已經(jīng)過分超載運轉(zhuǎn)，在關(guān)鍵線路發(fā)生故障前，因持續(xù)大大超過電網(wǎng)的穩(wěn)定限額運轉(zhuǎn)，造成了這次大面積停電事件。我國的人口特點是覆蓋范圍大，人口密度不均勻，也就招致了我國電網(wǎng)籠罩范圍廣，卻結(jié)構(gòu)單薄，負荷的密度非常不平均，而電源又常常偏離負荷的核心。盡管三峽工程的經(jīng)濟效益顯著，優(yōu)化了能量布局，緩解了用電壓力等。但是，互聯(lián)電網(wǎng)的缺陷也不可疏忽，可能由于故障的接連發(fā)生從而導(dǎo)致大規(guī)模停電。而且電力市場的迅速發(fā)展，對供電的要求更大大增強了輸電系統(tǒng)的壓力。2電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究內(nèi)容2.1電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定概述電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性指的是電力系統(tǒng)在正常工作時受到強烈擾動后的穩(wěn)定情況。也就是說一般情況下的電力系統(tǒng)受到一定程度的干擾，干擾失去作用后，電力系統(tǒng)還原到本來的運行情況的本領(lǐng)；或者，擾動沒消失，系統(tǒng)可能從原來的運行狀況變化到另一種正常運行狀況[3]。對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究，就是探究在電力系統(tǒng)遭到一定破壞后各機組可否仍然保持正常運轉(zhuǎn)。而引起電力系統(tǒng)大震蕩的關(guān)鍵原因有：(1)發(fā)生短路故障；(2)去除或者投進電力系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件，包含發(fā)電機、變壓器和關(guān)鍵的線路等；(3)負荷的忽變，例如大容量用戶的增減；其中三相短路干擾最是險峻，但是三相短路不常發(fā)生，所以常把其他短路當(dāng)成暫態(tài)穩(wěn)定研究的參照[4]。2.2簡單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析2.2.1功——角特性變化圖1（a）為簡單電力系統(tǒng)及其等值網(wǎng)絡(luò)圖，此時系統(tǒng)和變壓器都正常運行，則系統(tǒng)總的電抗為x1=利用潮流計算可以計算出電動勢E，假設(shè)E為發(fā)電機的3近似電動勢，則正常運行時的功——角特性方程式為P1=功——角特性曲線見圖2。當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障的時候，如圖1（b），此時等于在短路點附加電抗X?，發(fā)電機電動勢和無窮大系統(tǒng)中間的轉(zhuǎn)移電抗是

x2短路故障情況下，功——角特性方程式為P2=E功——角特性曲線見圖2。在短路故障發(fā)生后，線路保護裝置迅速地切除了短路故障線路，此時系統(tǒng)如圖1（c）所示，系統(tǒng)總電抗為

x3=x此時它的功——角特性方程式為

P3=E功——角特性曲線見圖2。a)正常運行方式及其等值電路b)故障情況及其等值電路c）故障切除后及其等值電路圖1簡單電力系統(tǒng)及其等值電路圖圖2簡單電力系統(tǒng)正常運行丶故障及其故障切除后的功率特性2.2.2大擾動后發(fā)電機轉(zhuǎn)子的相對運動電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作時，假設(shè)原動機的機械功率為PT，此時發(fā)電機輸出的電磁功率P0與其相等，即PT=P0，P1和PT的交點決定了發(fā)電機的工作點a，工作點的功率角是δ0，見圖3。當(dāng)出短路故障時，由于周期分量的功率瞬間改變，所以發(fā)電機的運行點變?yōu)镻2，發(fā)電機停止運行時，轉(zhuǎn)子并不能立馬靜止，所以功角仍為δ0。此時工作點從a點移至P2上的b點[5]。因為PT>P2b，不平衡狀態(tài)下的加速度超過零。在過剩功率的影響下，轉(zhuǎn)子速度加快，即?w>0，功率角隨之變大，?δ>0，此時工作點沿P2由b向c運動。在此階段中，發(fā)電機電磁功率變化與δ成正比，過剩功率與之成反比，但整體加速度仍大于零，所以?w不斷增大。若故障發(fā)生在c點，在此處切除故障，但功角δc不能即時響應(yīng)，工作點從P2轉(zhuǎn)移到P3上對應(yīng)的e點。工作點到e后，機械功率PT<P3e，過剩功率起減速效果，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度變慢。但是wd>wN，且電機中機械轉(zhuǎn)子的特性，功率角仍處于增加狀態(tài)，工作點由e點轉(zhuǎn)至f點，等工作點變?yōu)閒時，轉(zhuǎn)速wd=wN（同步轉(zhuǎn)速），此時就是最大功率角δmax，而PT<P3f，轉(zhuǎn)子速度降低，功率角變小，運行點則沿P3從f點移至e、k點[7]。此后的過程中，系統(tǒng)將處在一個新的工作點s保持同步運行，也就是說，系統(tǒng)受到干擾后恢復(fù)了穩(wěn)定。圖3轉(zhuǎn)子相對運動及面積定則2.2.3等面積定則當(dāng)不考慮自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用時，根據(jù)等面積定則得到δmax，由此診斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過上面的認知很容易分析得出在功率角由δ0->δc時，（原動機輸入的機械功率）PT>Pe（發(fā)電機輸出的電磁功率）。過剩的功率會促使發(fā)電機的轉(zhuǎn)動速度上升，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動能；在功率角從δc->δm時，PT<Pe，轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)化為電磁能[8]。由于電機轉(zhuǎn)速w≈wN，w*≈1，則有P*=w*M*≈M*，轉(zhuǎn)子加速過程中，轉(zhuǎn)子儲存的動能為Wa=用標幺值計算時Wa≈右邊的積分，表示P-δ平面上的積分，對應(yīng)圖上的陰影部分面積Aabce,，可以象征在加速過程中轉(zhuǎn)化增加的動能，所以陰影部分面積Aabce又稱為加速面積。同樣的在減速過程中，轉(zhuǎn)子消耗的動能為Wb=我們把減速的這段時間里動能的變化量所表示的陰影面積Adefg對應(yīng)為減速面積。所以，當(dāng)符合Wa+的條件時，此時轉(zhuǎn)子在減速這段時間里所消耗的動能等于它在加速這段時間里獲得的動能，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速回到正常運行轉(zhuǎn)速。即保持暫態(tài)穩(wěn)定的要求是最大限度的減速面積超過加速面積[10]。2.3分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的線性方法主要有三種方法用于判辯電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，分別是：時域仿真法（又稱為逐步積分法）、直接法、人工智能法。一些研究人員還用其他方法來研究電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性并取得了一些成就，主要是小波變換法。當(dāng)前使用最多、最廣的是時域仿真法和直接法來解析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。以下作一個簡單介紹。（1）時域仿真判定法時域仿真法主要是通過特定的數(shù)據(jù)來解決問題，起始數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的潮流解，然后開展系統(tǒng)暫態(tài)階段數(shù)據(jù)仿真，仿真后得到的結(jié)論可以用來研究在某些一定的干擾下的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。時域法是按照元件的硬件關(guān)系建立的全系統(tǒng)模型。根據(jù)模型建立微分與代數(shù)方程組，把上文所說的潮流解當(dāng)成一個初始值，可以得出干擾下的數(shù)據(jù)，再按照時間的變化繪制出狀態(tài)量和代數(shù)量曲線，判斷系統(tǒng)再受到強烈干擾后能否繼續(xù)保持暫態(tài)穩(wěn)定可比較發(fā)電機功角值與系統(tǒng)特定閥值的大小。這也是驗證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性情況的核心辦法。時域仿真法主要有兩個優(yōu)點：一個是數(shù)學(xué)模型完善；另一個是能按照時間變化給出相應(yīng)的狀態(tài)變量。因而常用該方法解決復(fù)雜模型與干擾的情況。但是時域仿真法不能即時對系統(tǒng)穩(wěn)定做出響應(yīng)，而且不能反映其穩(wěn)定性，除此之外計算耗時長。目前，行內(nèi)研究時域仿真法的重點已經(jīng)轉(zhuǎn)移到實現(xiàn)速度上，這個方法的關(guān)鍵是利用計算硬件。改進措施需要在之前的方程組中加入發(fā)電機，控制器等方程，現(xiàn)在成果已經(jīng)可以做到保證中小型規(guī)模網(wǎng)絡(luò)仿真的實時性。該改進存在的不足是關(guān)于無法了解系統(tǒng)穩(wěn)定的定量信息和系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)信息。（2）直接法上世紀50年代，業(yè)內(nèi)逐漸使用直接法用于電力系統(tǒng)的研究。等面積定則就是直接法中使用最多的一種。在1950到1980年期間，業(yè)內(nèi)的研究者們都想要建立一個嚴謹?shù)睦麃喥罩Z夫函數(shù)表示電力系統(tǒng)暫態(tài)特征。這期間，如果不考慮轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的問題，選取波波夫準則所組成的Cure型比Lyapunuov函數(shù)更有開發(fā)前景。但是該函數(shù)在定義切除故障的臨界點非常嚴格，而在模型的選擇上，應(yīng)用了經(jīng)典模型，用固定阻抗來替代負荷，但是網(wǎng)絡(luò)化繁為簡時，導(dǎo)納矩陣將覆蓋掉這部分阻抗。在不考慮轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的情況下，將產(chǎn)生非常大的誤差。此后這些問題的存在一直阻礙直接法的發(fā)展。從1970-1980，Athay和Kakimo等人所取得的一些研究成果打破了直接法發(fā)展的僵局。主要是解決了此前直接法固有的保守性問題，一是在判定穩(wěn)定域這一塊，考慮到了系統(tǒng)在受到干擾后運行的軌跡以及正視轉(zhuǎn)移電導(dǎo)帶來的副作用，二是構(gòu)造了一個暫態(tài)能量函數(shù)使之能更好地表現(xiàn)系統(tǒng)的物理性。之后，直接法的應(yīng)用廣為流傳，并衍生了大量新的研究方法。直接法可簡單的分成經(jīng)典模型和復(fù)雜模型。經(jīng)典模型又包括Lyapunuov函數(shù)和能量函數(shù)法。能量函數(shù)法又可以分為全局能量函數(shù)法包括RUEP法、PEBS法、BCU法、加速度法等；局部能量函數(shù)法包括單機能量函數(shù)法IMEF，擴展等面積法EEAC、動態(tài)擴展等面積法DEEAC，時間尺度解耦法TSD等[13]。下面是對這當(dāng)中幾種措施的簡介。1）擴展等面積法（EEAC）是1986年由中國的電力系統(tǒng)研究者發(fā)表出來的，這種辦法的主要特點是將現(xiàn)代的分析思想與古典的等面積定則這兩者聯(lián)系起來。優(yōu)點是快速、直觀。薛禹勝博士在對失穩(wěn)模式鉆研很長一段時間后表示，如果系統(tǒng)受到一定大小的擾動，就能把多機系統(tǒng)拆分為兩個機群，一部分是臨界機群，另一部分是剩余機群。然后應(yīng)用部分角度中心概念將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之相等的兩機系統(tǒng)，然后更深入的將該兩機系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一個相等的單機無窮大系統(tǒng)，再用等面積定則來確定臨界切除時間tcr。EEAC法引入如下假設(shè)：δ1=δδj=δ式中：S表示的是臨界機群；A表示的是剩余機群。而這個方法實際上是假定失穩(wěn)機組只受兩群之間的群際能量影響，跟各群中間共有的群內(nèi)動能和勢能沒有關(guān)聯(lián)。且能量的互換也不會發(fā)生在群內(nèi)與群際能量這兩者中間。EEAC法主要應(yīng)用于兩個機群嚴重失去穩(wěn)定的狀況，并且可以得出十分準確的答案，而且減少了復(fù)雜的數(shù)值計算，所以運算速度大大加快；而在不太確定兩個機群是否失去穩(wěn)定的狀況下，就會引起不必要的誤差，主要是不考慮群內(nèi)與群際能量中間發(fā)生的能量互換。2）加速度法是以一個假定作為研究的基礎(chǔ)：在故障一開始發(fā)生的時候，最易喪失平衡的是加速度與慣性常數(shù)比最大的機組，根據(jù)這個假設(shè)可以定義出這樣的UEP：θ''=而后把URP處能量的相似值看做是臨界能量：Vcr=V在故障產(chǎn)生的這段時間里，還能對照臨界機組的情況來對Vcr實施關(guān)鍵的修改。但是機組失穩(wěn)非常隨機而且容易出現(xiàn)未知狀況，這個假設(shè)并不總是成立。所以，需要不停的修改臨界機組群。當(dāng)問題出現(xiàn)起直到故障被解決后，臨界機組群也在隨之變化，加速度法并不能夠定義哪些是臨界機組群。所以，現(xiàn)在是忽略加速度法的科學(xué)性，而更多地只是把它作為“過濾器”用來大致判定臨界機群。2.4提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定方法保持大干擾下的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定與保持小擾動下的靜態(tài)穩(wěn)定采取的方式是不同的。提高靜態(tài)穩(wěn)定優(yōu)先想到的是縮短電氣距離，而提高暫態(tài)穩(wěn)定，因為干擾是暫時的，所以更多的是采用降低功率或能量差額等具有即時性的方法?？偨Y(jié)下來就是，提高發(fā)電機的電磁功率；降低原動機的機械功率。下面簡單介紹幾種方法：1)快速切除故障：這是提高暫態(tài)穩(wěn)定性中最重要的、關(guān)鍵性的方法。切除故障就是改變切除角,意味著加速面積變小，減速面積變大，對發(fā)電廠的并列運轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定有很大幫助[14]。而且，加快切除故障也減少了電動機失控、中止等方面的問題，有利于保障負荷的穩(wěn)定。目前切除問題線路的時間已經(jīng)縮小到0.06s，其中0.02s保護裝置動作，然后斷路器切除故障線路。2)自動重合閘：經(jīng)常與快速切除故障配合在一起使用。電力系統(tǒng)發(fā)生的故障，尤其是架空輸電線路上發(fā)生故障，大多屬于瞬時性短路故障。投入自動重合閘裝置既有助于供電的可靠性，又有利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。由圖4可知，重合閘成功，減速面積大大增加，對保持電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定有明顯效果，而不裝重合閘時，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定遭到破壞。但是，重合閘重合時間不可以太早，過早重合可能導(dǎo)致重合閘失敗，甚至?xí)?dǎo)致故障范圍和影響擴大。這方面主要是因為原來產(chǎn)生電弧處的氣體需要去游離時間。圖4沒有重合閘（左）和重合閘成功（右）3)強行勵磁：利用發(fā)電機本身的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)線路出現(xiàn)事故使得端電壓降低到額定電壓的85%，通過快速加大發(fā)電機的勵磁電流，進而增加發(fā)電機端電壓，使得發(fā)電機輸出的電磁功率變大。所以強行勵磁既有利于發(fā)電機并列運轉(zhuǎn)，又能提高負荷的暫態(tài)穩(wěn)定性。但是強行勵磁時間太久，發(fā)動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組很可能會因過度運行而出現(xiàn)過熱等狀況，而且強勵時還會引起短路電流的增大。這兩點必須給予高度關(guān)注和警戒。4)變壓器中性點經(jīng)小電阻接地：通過消耗能量來保證能量平衡。一般而言，想要更好的保證接地短路（兩相接地、單相接地）時系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定，變壓器中性點要連上小電阻然后接地[15]。此方法主要是利用短路電流的零序分量在通過變壓器中性點接的電阻R時，會損耗有功功率，從而達到使發(fā)電機停止運行的目的，降低了加速功率，因此有利于電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定。需要注意的是一般只在送端變壓器中性點接入小電阻。如果在受端變壓器接入小電阻，則會降低系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。對于如何選擇電阻值問題，由多種案例分析可知，電阻值最好是變壓器額定容量的4%。因為電阻值太小，在電阻上損失的功率就會不足，作用很小；但是如果用大電阻，導(dǎo)致電阻上功率嚴重損耗，很大程度上會出現(xiàn)第二個搖擺周期發(fā)電機不能正常運轉(zhuǎn)的情況。3電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真3.1單機無窮大系統(tǒng)建模單機-無窮大系統(tǒng)是工程上最常用的用于電力系統(tǒng)分析的方法，也是電力系統(tǒng)模塊的仿真系統(tǒng)最基本、最簡單的模型搭建。單機-無窮大系統(tǒng)就是功率(P)無限大，頻率(f)不變，電壓(V)不變。它能對現(xiàn)實電力系統(tǒng)進行近似處理，用簡化的模型來簡化計算過程，從而得出和驗證問題的答案。單機無窮大系統(tǒng)原理圖如圖5。圖5單機無窮大系統(tǒng)原理圖根據(jù)圖5建立了如圖6所示的單機無窮大系統(tǒng)仿真圖。圖6單機無窮大仿真原理圖圖中使用到的基本模塊見表1:表1基本模塊Scope示波器Gain邏輯加SynchronousMachinepuStandard同步電機（標幺值單位）模塊ExcitationSystem勵磁系統(tǒng)ThreePhaseParallelRLCLoad三相并聯(lián)RLC負載Three-PhaseTransformer雙繞組三相變壓器DistributedParametersLine分布參數(shù)線路模塊Three-PhaseSource三相電源Three-PhaseFault三相故障GenericPowerSystemStabilizer通用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器3.2采用的模塊及其參數(shù)設(shè)置1勵磁系統(tǒng)模塊參數(shù)如圖7圖7發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)2電源模塊參數(shù)設(shè)置如圖8圖8無窮大系統(tǒng)電源模塊參數(shù)3同步電機模塊參數(shù)如圖9圖9同步電機參數(shù)4雙繞組三項變壓器模塊參數(shù)如圖10圖10雙繞組三相變壓器模塊參數(shù)3.3電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真3.3.1變壓器經(jīng)小電阻接地一般而言，想要更好的保證接地短路（兩相接地、單相接地）時系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定，變壓器中性點要連上小電阻然后接地[15]。此方法主要是利用短路電流的零序分量在通過變壓器中性點接的電阻R時，會損耗有功功率，從而達到使發(fā)電機停止運行的目的，降低了加速功率，因此有利于電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定。需要注意的是一般只在送端變壓器中性點接入小電阻。如果在受端變壓器接入小電阻，則會降低系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。對于如何選擇電阻值問題，由多種案例分析可知，電阻值最好是變壓器額定容量的4%。因為電阻值太小，在電阻上損失的功率就會不足，作用很??；但是如果用大電阻，導(dǎo)致電阻上功率嚴重損耗，很大程度上會出現(xiàn)第二個搖擺周期發(fā)電機不能正常運轉(zhuǎn)的情況。建立如下圖11的模型。3.3.2快速切除故障切除故障就是改變切除角,意味著加速面積變小，減速面積變大，對發(fā)電廠的并列運轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定有很大幫助[14]。而且，加快切除故障也減少了電動機失控、中止等方面的問題，有利于保障負荷的穩(wěn)定。目前切除問題線路的時間已經(jīng)縮小到0.06s，其中0.02s保護裝置動作，然后斷路器切除故障線路。建立如下圖12模型。圖11變壓器經(jīng)小電阻接地仿真圖圖12快速切除故障仿真圖3.3.3投入自動重合閘電力系統(tǒng)發(fā)生的故障，尤其是架空輸電線路上發(fā)生故障，大多屬于瞬時性短路故障。投入自動重合閘裝置既有助于供電的可靠性，又有利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。由圖4可知，重合閘成功，減速面積大大增加，對保持電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定有明顯效果，而不裝重合閘時，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定遭到破壞。但是，重合閘重合時間不可以太早，過早重合可能導(dǎo)致重合閘失敗，甚至?xí)?dǎo)致故障范圍和影響擴大。這方面主要是因為原來產(chǎn)生電弧處的氣體需要去游離時間。建立如下圖13模型。圖13投入自動重合閘仿真圖4仿真結(jié)果及分析4.1系統(tǒng)不穩(wěn)定在電力系統(tǒng)的線路上設(shè)置故障，故障發(fā)生在0.1s，我們把該故障當(dāng)作電力系統(tǒng)大擾動的主要因素，在進行MATLAB動態(tài)仿真時，分析得到的仿真結(jié)果如圖14和圖15所示。圖14轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖15轉(zhuǎn)子角度偏差結(jié)論分析：線路發(fā)生故障后，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨故障時間的增加不斷地提高，轉(zhuǎn)子角度偏差也隨之增大。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于系統(tǒng)同步轉(zhuǎn)速，此時當(dāng)運行點越過平衡點時，不平衡力矩對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了加速作用，使轉(zhuǎn)子角度偏差繼續(xù)加大，最終導(dǎo)致同步電機與系統(tǒng)之間失去了同步。因此，若故障未及時切除，系統(tǒng)將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。4.2變壓器經(jīng)小電阻接地首先在線路上設(shè)置故障發(fā)生時間是1s，我們把運行時線路設(shè)置的短路故障作為電力系統(tǒng)大擾動的主要因素，在進行MATLAB動態(tài)仿真時，對變壓器進行不同的處理：(1)變壓器中性點不經(jīng)小電阻接地，然后對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性作一個分析比較，仿真結(jié)果如圖16和圖17所示。圖16變壓器不經(jīng)小電阻接地轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖17變壓器不經(jīng)小電阻接地轉(zhuǎn)子角度偏差(2)變壓器中性點經(jīng)小電阻接地，然后對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性作一個分析比較，仿真結(jié)果如圖18和圖19所示。圖18變壓器經(jīng)小電阻接地轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖19變壓器經(jīng)小電阻接地轉(zhuǎn)子角度偏差結(jié)論分析：系統(tǒng)的大干擾被及時切除后，經(jīng)過一段時間的振蕩，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子角度偏差將恢復(fù)穩(wěn)定。比較圖16、17和圖18、19振蕩幅值衰減的情況可知，變壓器經(jīng)小電阻接地時，轉(zhuǎn)子角度偏差和轉(zhuǎn)速恢復(fù)穩(wěn)定的時間更短。因此，當(dāng)變壓器經(jīng)小電阻接地時，能夠減少系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間，更有助于電力系統(tǒng)暫態(tài)的穩(wěn)定。4.3快速切除故障首先在線路上設(shè)置故障發(fā)生時間是1s，我們把運行時線路設(shè)置的短路故障作為電力系統(tǒng)大擾動的主要因素，在進行MATLAB動態(tài)仿真時，對斷路器進行不同的處理：(1)慢速切除故障，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生較大震蕩時，比較慢（0.35s）的切除故障部分，對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進行研究，仿真結(jié)果如圖20和圖21所示。(2)快速切除故障，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生較大震蕩時，非常迅速（0.15s）的切除故障部分，對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進行研究，仿真結(jié)果如圖22和圖23所示。結(jié)論分析：圖12系統(tǒng)經(jīng)大干擾被慢速切除后，經(jīng)過較長時間的振蕩，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子角度偏差將恢復(fù)穩(wěn)定，若系統(tǒng)運行點越過平衡點后，再切除故障，甚至?xí)?dǎo)致同步發(fā)電機與系統(tǒng)之間失去同步?？焖偾谐收蠒r，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和角度偏差的變化情況如圖22和圖23所示，比較圖20、21和圖22、23可以看出系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定的時間更快。因此，系統(tǒng)快速切除故障將有利于電力系統(tǒng)暫態(tài)的穩(wěn)定。圖20慢速切除故障轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖21慢速切除故障轉(zhuǎn)子角度偏差圖22快速切除故障轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖23快速切除故障轉(zhuǎn)子角度偏差4.4自動重合閘首先在線路上設(shè)置故障發(fā)生時間是1s，我們把運行時線路設(shè)置的短路故障作為電力系統(tǒng)大擾動的主要因素，在進行MATLAB動態(tài)仿真時，對重合閘進行不同的處理：(1)重合閘不重合，斷路器工作，當(dāng)短路故障發(fā)生時，對電力系統(tǒng)展開暫態(tài)穩(wěn)定研究，仿真結(jié)果如圖24和圖25所示圖24不投入自動重合閘轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖25不投入自動重合閘轉(zhuǎn)子角度偏差(2)投入自動重合閘，當(dāng)短路故障發(fā)生時，對電力系統(tǒng)展開暫態(tài)穩(wěn)定研究，仿真結(jié)果如圖26和圖27所示。圖26投入自動重合閘轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖27投入自動重合閘轉(zhuǎn)子角度偏差結(jié)論分析：自動重合閘通過增加減速面積使經(jīng)過大干擾的系統(tǒng)很快地恢復(fù)故障。觀察圖26和圖27發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)子角度偏差很快地恢復(fù)了穩(wěn)定，而圖24和圖25經(jīng)過很長時間的振蕩才能恢復(fù)穩(wěn)定。因此，可以得出合理地裝設(shè)重合閘裝置有利于盡快恢復(fù)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。5總結(jié)隨著國家的經(jīng)濟發(fā)展，我國電力市場需求也是日漸緊張，”西電東送”,三峽工程等大大緩解了對用電的緊張。然而隨之而來的是復(fù)雜的電力控制系統(tǒng)，以及不可忽略的電網(wǎng)安全。各種情況的發(fā)生考驗著電力系統(tǒng)運行是的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。對電力系統(tǒng)各種故障的檢測分析是當(dāng)今的一大熱門課題，也是電網(wǎng)運行中必須要解決的難題。論文對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定做了一個初步介紹，其中有研究暫態(tài)穩(wěn)定的幾個簡單實用的方法，主要是建立以MATLAB/Simulink為平臺的電力系統(tǒng)仿真模型，通過這些模型對電力系統(tǒng)進行仿真研究，主要研究了當(dāng)故障發(fā)生時如果不采取措施的后果，還有采用變壓器中性點經(jīng)小電阻接地、快速切除故障、投入重合閘等方法來研究驗證是否可提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定?？偠灾?，利用MATLAB工具箱，對電力系統(tǒng)進行仿真研究，提高仿真結(jié)果的可靠性，這是一種非常有效7的措施。參考文獻：[1]李麗霞,李凱,路靜,姚興佳.基于MATLAB的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真分析[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）,2013.[2]李晨,蔣德瓏,程生安.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012.[3]謝小榮,唐義良,崔文進.MATLAB在電力系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[J].電工技術(shù),2000,09:4-5.[4]束洪春,孫士云,董俊,廖澤龍,王文,楊強.單相重合時序?qū)ο到y(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響[J].電力自動化設(shè)備,2007.[5]時宇琳,王寶華.基于MATLAB的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真實驗與分析[J].實驗室研究與探索,2010,04:40-43.[6]華梁,史志平.基于MATLAB的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真[J].硅谷,2010,11:63+55.[7]夏道止.電力系統(tǒng)分析(第2版)[M].北京:中國電力出版社,2007:56-58.[8]吳天明.MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計與分析[M].北京:國防工業(yè)出版社，2007：23-25.[9]E.Z.Zhou,O.P.Malik,andG.S.Hope.Theoryandmethodforselectionofpowersystemstabilizerlocation[J].IEEETransonEnergyConversion,1991,65(336):