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1、电力系统稳定性分析及仿真,XXX 指导教师：XXX,电力系统稳定性的研究背景及意义,电力是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的重要物质基础。现代电力系统是集发电厂、输配电网络、直至用户的地域广阔、结构复杂、高度自动化的大系统。 电力系统电压不稳定/电压崩溃事故是电力系统丧失稳定性的一个重要方面，因其影响面大，造成的经济损失巨大，是电力系统安全运行的一个急需解决的问题。 电力系统稳定性的破坏，将使整个电力系统受到严重的不良影响，造成大量用户供电中断，甚至造成整个系统瓦解。因此，保持电力系统运行的稳定性，对于电力系统安全可靠运行，具有极其重要的意义。,现代电力系统,能源的构成,现代电力系统,现代
2、电力系统发展的特点：,高度自动化 超高压 大机组 大电网,现代电力系统,大电网的优越性可概括为：利于稳定周波，利于事故支援，能够减少负荷备用，具体如下： 有利于开发边远地区的水煤资源。 有利于降低发电成本（可安装大机组）。 有利于错开地区时差，实现经济调度，减少负荷备用。 有利于改善电能的质量。,现代电力系统,现代电力系统运行的基本要求：,1.可靠持续的供电 2.良好的电能质量 频率质量； 波形质量； 电压质量 3.经济灵活的运营,电力系统稳定性的模型建立,现代电力系统,离散相似法是将一个连续系统进行离散化处理，求得与其等价的离散模型。这种方法的实质是用常系数差分方程来等效原常系数微分方程，这
3、样就可以用迭代的方法求解差分方程。连续系统可以用状态空间模型表示，因此可以基于状态方程离散化，得到时域离散相似模型。对传递函数作离散化处理得到的离散传递函数，称为频域离散相似模型。,离散事件系统仿真不同于连续系统仿真。在连续系统中，仿真结果表现为系统变量随时间变化的时间历程；在离散事件系统仿真中，系统变量时反映系统个部分相互作用的一些事件，仿真结果是产生处理这些事件的事件历程。离散事件的仿真，可以采用事件调度法、活动扫描法、进程交互法三种方法。在控制系统仿真中，主要用四种形式的数学模型：传递函数模型、零极点模型、状态方程模型和结构图模型。这些模型之间存在着内在的等效关系。传递函数模型（tf模型
4、）：对系统的微分方程在零初始条件下做拉氏变换，则可得系统的传递函数（SISO系统）：,状态方程模型（ss模型）：LTI系统的状态方程：,现代电力系统,离散相似法,现代电力系统,只要将A，B，C，D几个矩阵输入进去即可。零极点模型（zpk模型）：零极点模型是传递函数的另一种表现形式，其原理是分别对原系统传递函数的分子和分母进行分解因式处理，以获得系统的零极点表示形式：,结构图模型：控制系统的结构图是描述系统各组成元部件之间信号传递关系的数学图形，它表示系统中各变量所进行的数学运算和输入、输出之间的因果关系。采用结构图，不仅能方便地求取复杂的传递函数，而且能形象直观地表明信号在系统或元件中的传递过
5、程。,电力系统稳定性分析,电力系统稳定性问题的分类： 美国国际电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineering, IEEE）把电力系统稳定性问题分为暂态稳定性（Transient Stability）和静态稳定性（Steady-state Stability）两大类。 现主要围绕电力系统暂态稳定问题进行论述。,电力系统 稳定性分析,电力系统暂态稳定性是指系统突然经受大干扰后，各个同步电机能否继续保持同步运行的能力。通常所考虑的扰动包括发生各种短路故障、切除大容量发电机或输电设备以及某些负荷的突然变化等。,根据在扰动后的
6、不同时间里系统各部分的反应不同，在分析暂态稳定时往往分为以下三个阶段： 起始阶段：即故障后约一秒钟内的时间段。在这期间系统中的保护和自 动装置有一系列的动作，例如切除故障线路和重合闸，切除发电机等。在这个时间段中发电机的调节系统还来不及起到明显的作用。 中间阶段：在起始阶段后，大约持续5秒钟的时间段。在此期间发电机的调节系统将发挥作用。 后期阶段：在故障后几分钟内。这时热力设备（如锅炉等）将影响到电力系统的暂态过程，另外系统中还将发生由于频率的下降自动切除部分负荷等操作。,电力系统 稳定性分析,电力系统暂态稳定性的分析方法,求解电力系统暂态稳定问题的分析方法大致有三种：时域仿真法（Time D
7、omain Simulation Method）、直接法（Direct Method）以及将前面二者结合起来的混合算法（Hybrid Method）。,电力系统数字仿真,数字仿真在近几十年中得到了很大发展，尤其是在工程系统中。这是因为数字仿真有其独特的优点： 1)不受被研究系统的规模和复杂性的限制。 2)保证被研究系统的安全性。 3)系统试验的经济性。 4)可用于对未来系统发展的预测。,电力系统数字仿真的特点：,电 力 系 统 数 字 仿 真,电力系统数字仿真的用途：,系统数字仿真作为一种研究、试验和培训手段具有极好的经济性和实用性，它的应用范围主要在以下几方面： 1)应用于系统规划、设计与试
8、验； 2)应用于系统动态特性分析与研究； 3)应用于辅助决策、管理与控制； 4)应用于人员的教学培训。,电 力 系 统 数 字 仿 真,仿真系统模型,本文采用230kV的四机两区域系统以及华东电网为研究模型，研究平台为PSS/E30。 本算例采用负荷模型为恒阻抗特性。以下是该系统的数据说明。 系统接线图如下：,图4-1 系统接线图,系统初始潮流结果如图4-2所示(以储能装置装设在母线2处为例，作为发电机建模) 稳态时，储能装置无输出，即不进行与系统之间有功无功的交换。,电 力 系 统 数 字 仿 真,图4-2 系统初始潮流情况,电 力 系 统 数 字 仿 真,超导储能提高暂态稳定性的仿真研究,
9、本文所采用故障为7、8号母线之间支路1在0.05时发生三相短路，经一定时间后切除故障线路。 超导储能装置装设在母线2上，采用PID控制模块。 以下是仿真结果对比，分别为有无超导储能情况下的系统响应曲线。,电 力 系 统 数 字 仿 真,当故障线路0.35切除时，系统量响应曲线如下图所示：,图4-3 2号发电机的转速变化,图4-4 母线2频率偏差变化动态过程,电 力 系 统 数 字 仿 真,图4-5 母线2的功角变化动态过程,图4-6 母线2电压变化动态过程,电 力 系 统 数 字 仿 真,图4-7 2号发电机的有功功率动态过程,电 力 系 统 数 字 仿 真,当故障线路0.055切除时，各系统
10、量响应曲线如下图所示：,图4-8 2号发电机的转速变化,图4-9母线2频率偏差变化动态过程,电 力 系 统 数 字 仿 真,图4-10母线2的功角变化动态过程,图4-11母线2电压变化动态过程,电 力 系 统 数 字 仿 真,图4-12 2号发电机的有功功率动态过程,总结：从以上仿真结果可以看出，储能装置的加入可以快速地抑制振荡，从而使得系统能够快速的稳定。,致谢,本文是在XXX教授的精心指导和大力支持下完成的，在论文的撰写修改过程中，教授提出了很多具体、深入、宝贵的意见，与我就文章多次进行指导和交流，为本文倾注了很多心力。教授其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神，兢兢业业、孜孜以求的工作作风对我产生了重要影响。他渊博的知识、开阔的视野给了我深深的启迪。在此本人对恩师表示深深的谢意！,谢谢！,
