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1、第二章 时域仿真法暂态稳定分析1、引言 2、简化模型时域仿真法暂态稳定分析 3、发电机节点的处理和机网接口计算 4、负荷节点处理 5、网络操作与故障处理 6、基于改进欧拉法和迭代解法的暂态稳定 分析 7、基于隐式梯形积分法的暂态稳定分析 8、时域仿真法暂态稳定分析的研究动向1一、 引言电力系统暂态稳定分析的主要目的是检 查系统在大扰动下（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，如果能保持同步运行，并具 有可以接受的电压和频率水平，则称此电力 系统在这一大扰动下是暂态稳定的2电力系统暂态稳定分析目前主要有两种 方法，即时域仿真（time simulation）
2、法， 又称逐步积分（step by step）法，以及直 接法 （direct method），又称暂态能量函数法 （transient energy function method）。一、 引言3一、 引言时域仿真法将电力系统各元件模型根据元 件间拓扑关系形成全系统模型，这是一组联立得 微分方程组和代数方程组，然后以稳态工况或潮 流解为初值，求扰动下的数值解，即逐步求得系 统状态量和代数量随时间的变化曲线，并根据发 电机转子摇摆曲线来判别系统在大扰动下能否保 持同步运行，即暂态稳定性。4二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析电力系统基本上是由 发电机、励磁系统、原动 机及调速器以及网络和负 荷组
3、成的。其相互联系示 于图8-1：5二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析电力系统基本组成部分及相互联系示意图6二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析为了突出电力系统暂态稳定分析的基本原理和步骤，发电机采用经典二阶模型，忽略凸极效应，并设暂态电抗 后的暂态电动势 恒定，从而忽略励磁系统的动态，以简化分析。另外，忽略调速器和原动机动态作用，即认为机械功率 。7二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析发电机转子运动方程式中定子电压标幺值方程8二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析联立网络方程可解出负荷采用最简的线性负荷 模型，负荷方程或9二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析上式构成了系统的基本方程。这是一组联立 的微分
4、方程组合代数方程组。若网络节点导纳方程10二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析暂态稳定时域分析的核心是当刻的变量值，以便由 初值(一般是潮流计算得的稳态)，逐步计算出并在系统有操作或发生故障时作适当处理。时刻的变已知时，如何求出时 时的变量时刻的变量值，11二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析下面先介绍上述简化模型下，时段的计算方法。对于上述简化模型电力系统，可将负荷阻抗并入导 纳阵，这只要修正负荷节点的导纳络节点，式中相应节点的注入电流化为零。阵对角元，从而负荷节点转化为网12二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析发电机方程 可以改写成13二、简化模型时域仿真法暂态稳定分析显然可以把联立求解发电机方
5、程和网络方程的问题就转化为在发电机节点又注入电流时，网络方程的求解问题。网络方程的求解本质上是求解一组复数线性代数方程，可以用高斯消去法。14三、发电机节点的处理和网络接口算法发电机节点处理方法有四种类型： （1）发电机采用经典模型时的处理方 法 （2）考虑凸极效应的直接解法 （3）考虑凸极效应的迭代算法 （4）考虑凸极效应的牛顿算法下面介绍考虑凸极效应的直接算法和 迭代算法15三、发电机节点的处理和网络接口算法考虑凸极效应的直接解法实质是将网 性方程实、虚部分开，增阶化为络复同步坐标下的实数线性代数方程，并将发电机方程由坐标化为 坐标，再和网络方程联立求解，最终是在实数域内求解线性代数方程。
6、数线16三、发电机节点的处理和网络接口算法考虑凸极效应的直接解法17三、发电机节点的处理和网络接口算法18三、发电机节点的处理和网络接口算法19四、负荷节点处理在暂态稳定计算中，负荷 通常有4种模型，即恒定阻抗 的线性负荷模型、计及负荷 电压特性的非线性负荷模型 、计及感应电动机机械暂态 的动态负荷模型和计及感应 电动机机电暂态的动态负荷 模型。20四、负荷节点处理负荷采用非线性模型时， 根据机网接口的方法，一般有 相应的两种处理方法： （1）当机网接口采用迭代解法 时，在每一时步计算时，同发 电机机端电压预报相似，预报 负荷节点电压，21四、负荷节点处理然后由负荷特性算出相应的负荷 有功、无
7、功功率，进而计算负荷 注入网络的等值电流，将其代入 网络方程中电流矢量相应元，则 可求解网络方程，得全网节点电 压。若求得的负荷节点电压和预 报值一致，则计算结束，否则更 新预报值，进行迭代，直到收敛 。 22四、负荷节点处理（2）当机网接口用牛顿法时， 全网所有线性代数方程联立，建立 雅克比矩阵方程，用牛顿法迭代求 解，则负荷非线性方程加入一起计 算即可。由于机网接口的直接解法对非 线性负荷模型不太适应，采用非线 性负荷模型时，一般不应用直接法 。23五、网络操作与故障处理电力系统暂态稳定分析中一 个重要的问题时如何处理故障 和操作。在对称故障或操作引起系统 拓扑变化时，可直接对系统正 序网
8、络的导纳阵作休正。24五、网络操作与故障处理对于简单的不对称故障， 则在形成网络正序、负序、零 序导纳阵的基础上，将故障点 abc 三相电压、电流关系转化 为该节点处序网电量关系，并 据之将序网在该点做相应连接 。25六、基于改进欧拉法和迭代解法的暂态稳定分析预报26六、基于改进欧拉法和迭代解法的暂态稳定分析校正改进欧拉法采用的是微分方程和代数 方程交替求解的方式，编程简单，计 算速度快，而代数方程采用爹带解法 可很好地适应发电机和动态负荷等元 件的非线性27七、基于隐式梯形法积分法的暂态稳定分析隐式梯形法具有稳定性，对 于刚性方程适应性较强，具有二阶 精度，三阶截断误差用牛顿法连 里求解系统
9、差分方程和代数方程， 可以避免交替求解微分方程和代数 方程引起交接误差，也可以避免迭 代解法中元件和网络的接口误差 同时牛顿法对元件非线性适应能力 强，收敛性好，累计误差相对较少 28八、时域仿真法暂态稳定分析的研究动向（1）对于励磁系统、原动机调速 器系统等控制系统，采用标准“ 积木块”库，由用户按实际传递 函数框图“搭积木”，它又称为 用户自定义控制系统。 （2）暂态稳定程序中加入静止无 功补偿装置（SVC）及高压直流 输电系统（HVDC）的电磁暂态模 型。29八、时域仿真法暂态稳定分析的研究动向（3）探讨新的快速进行时域暂态 稳定分析的方法。 （4）采用并行计算技术，加快计 算速度，力求
10、达到暂态稳定的实 时仿真，以便用于电力系统仿真 器。 （5）进行模型参数的实际系统测 定，以便用可信的参数进行分析 ，得到可信的结果。30八、时域仿真法暂态稳定分析的研究动向（6）跟性能良好的数据库接 口，以便于数据管理、修改 、打印、存储及系统扩展， 并有良好的人机对话和输出 作图、制表等功能。 （7）对暂态稳定分析结果进 行分析，以便充分利用其丰 富的信息31八、时域仿真法暂态稳定分析的研究动向（8）将暂态稳定程序同中期稳定、 长期动态程序接口，可对系统进行 从扰动初值到12小时左右的全部动 态过程时域仿真，从而可深入研究 系统的动态行为及系统各种控制措 施的性能及其在时间上的配合与协 调。 （9）在暂态稳定中药考虑概率因素 （如故障发生地点、类型、切除时 间的概率等）。 32八、时域仿真法暂态稳定分析的研究动向（10）将时域仿真法与暂态能量函数 法结合，并将人工智能及专家系统 引入暂态稳定分析。自动对系统进 行全面的暂态稳定分析，并给出全 系统暂态稳定分析报告，而不必像 目前人为地逐个设定扰动，逐个计 算暂态过程。 （11）探讨时域仿真和模式识别、人 工神经网络理论结合的暂态稳定判 别方法。33
