故障状态下电力系统暂态稳定性研究毕业设计说明书

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1、吉林化工学院毕业设计说明书故障状态下电力系统暂态稳定性研究Research for Power System Transient Stability Analysis under Fault Conditions 学生学号： 0 学生姓名： 专业班级： 自动0903 指导教师： 职 称： 助 教 起止日期： 2013.03.042013.06.23吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology摘 要本设计利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了单机无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网在其可能遇到的多种故障方面运行的需要。电力系统

2、稳定器，就是为抑制震荡而研究的一种励磁控制技术，用于提高电力系统稳定，解决震荡问题，是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一。论文以MATLAB工具箱为平台，通过SimPowerSyetem 搭建了电力系统运行中常见的单机无穷大系统模型，实验得到了在该系统发生各种短路接地故障并由断路器自动跳闸隔离故障的仿真结果。并利用小波分析具有很强的信号特征提取能力，尤其对暂态突变信号或微弱变化信号的处理变现出明显的优势，达到了仿真的目的。 本文做的主要工作有： (1)Simulink下单机无穷大仿真系统的搭建； (2)系统故障仿真测试分析； (3)基于Haar小波的故障检测与分析。通过实例说明，若将该方法应

3、用到电力系统短路故障的诊断中，快速实现故障的自动诊断、检测，对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。关键词： 单机无穷大系统；SimPowerSyetem；短路故障；小波变换AbstractThis design paper depend on the model of dynamic simulation by MATLAB build software Simulink infinite power system of single - simulation model, the grid in various fault may meet the needs of the runni

4、ng of aspects.Power system stabilizer(pss) is to suppress a low frequency oscillation ofadditional excitation control. Improving power system dynamic ,lowing frequence oscillation problem solving is to improve power system dynamic stability of the important measures. The paper base on platform versi

5、on of Matlab，According to SimPowerSyetem toolbox to build power operation of common singleinfinite system model, the experiment in the system was obtained by various circuit breaker automatically earthing faults and fault isolation of simulation results trip. Using the wavelet analysis and has stron

6、g ability of the signal feature extraction, especially for transient mutations signals or weak signal processing showed obvious advantages, Reaching purpose of the simulation.The main work is : (1) Building this simulation system of single - infinite under Simulink; (2) Fault simulation test analysi

7、s of system;(3) Fault detection and analysis based on Haar wavelet.Through examples, if this method to the power system fault diagnosis, fast fault detection and diagnosis, automatic for improving the stability of power system has important significance.keywords：Singleinfinite system；SimPower Syetem

8、；Short circuit faults；Wavelet transform目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 MATLAB及SimPowerSystem简介11.2 配电网的故障现状及分析11.3 暂态稳定仿真流程2第2章 单机无穷大暂态稳定仿真分析42.1 复杂电力系统暂态稳定性分析42.2 单机无穷大系统原理42.3 结论5第3章 电力系统稳定器数学模型及仿真63.1 电力系统低频振荡的简化模型(Heffron-Philips模型)63.2 Power System Stabilizator的传递函数133.3 电力系统稳定器143.3.1 发电机轴转速信号稳定器1

9、43.3.2 速度信号稳定器153.3.3 电功率信号稳定器163.4 MATLAB仿真模型163.5 各种提高暂态稳定性措施的运行效果仿真193.6 结论23第4章 信号特征提取244.1 小波变换的基本理论及应用244.2 小波函数的选择244.3 Haar小波变换原理264.4 小波变换在仿真中的应用264.5 结论29结 论31参考文献32附 录33致 谢34第1章 绪论 电力电缆在运行中易受到多种因素的影响而发生故障，威胁系统的安全可靠性，因此迅速、准确地探测出电缆故障并对其进行分析，对提高供电可靠性、减少故障修复费用及停电损失具有重要理论意义和实用价值1。目前，线路保护已经进入微机

10、保护时代，电力系统继电保护中的信号处理仍以分析为主，同时考虑到电力运行实际情况，在Matlab/Simulink平台下更好的运用仿真手段更突出了现实意义。1.1 MATLAB及SimPowerSystem简介 MATLAB是Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，由Mathworke公司开发的一套功能强大的软件，最早它主要用于科学计算。后来随着MATLAB功能的不断增强和应用的普及，很多领域的专家为MATLAB写了专门的工具箱，用以拓展MATLAB的功能，这大大扩大了MATLAB的应用范围。所以现在的MATLAB已不仅仅局限与现代控制系统分析和综合应用，它已是一种包罗众多学科的

11、功能强大的技术计算语言，是当今世界上最优秀的数值计算软件之一。它强大的科学运算与可视化功能，简单易用，开放式可扩展环境，特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析，算法研究和应用开发的基本工具和首选平台2。 MATLAB环境下的Simulink 是用于对复杂动态系统进行建模和仿真的图形化交互式平台。运行于Simulink下的PSB(Power System Blockset)是针对电力系统的工具箱，从Matlab 6.0开始它被重新命名为SPS(SimPowerSystem)。SimPowerSystem是以Hydro-Quebec研究中心的

12、专家为主的MATLAB的开发的工具箱，主要用于电力系统，电子电路的仿真。随着MATLAB的不断升级，SimPowerSystem也得到了很大的发展。现在，从MATLAB13版的开始，SimPowerSystem和SimMechanies一起作为现实模型产品族的成员，结合Simulink的使用，可以仿真电气，机械以及控制系统。使用SimPowerSystem，不需要学习复杂的软件命令，编写软件代码，用户可以专注于物理模型本身，通过与实际电路图非常相似的符号，表示复杂的电网，这有助于大大提高仿真的效率。1.2 配电网的故障现状及分析 电力系统中压配电网一般采用不直接接地或经消弧线圈接地方式，因其发

13、生接地故障时，流过接地点的电流小，所以称为小电流接地系统。此系统中接地故障最高，由于三个线电压仍然对称，不影响负荷连续供电，故不必立即跳闸，但接地后非故障相电压会升高，长时间带故障运行会影响系统安全，因此需要对故障时刻和故障线路进行检测。另外故障初期接地点常常伴有很大的接地电阻，各次谐波电流分量很小这将影响故障检测的灵敏度。因此，需要具有很强的处理微弱信号能力的数字信号处理方法去分析非平稳信号。 对配电网接地短路故障的研究，主要有利用短路后的稳态分量、谐波分量和暂态分量等几种方法。利用故障后的稳态分量进行故障检测，存在的问题是接地稳态分量太小常导致选线装置不能正确动作而且该方法要求有一个持续的

14、稳态短路过程因此在发生间歇性电弧接地时便不再适用，因此利用能对突变的微弱的非平稳故障信号进行精确处理的小波分析理论，可以很好地分析电力系统电磁暂态过程并提取出故障特征。 电力系统暂态功角稳定控制是电力系统稳定运行的第一道防线。暂态稳定性是指电力系统在受到大干扰(如短路故障，突然增加或减少发电机出力、大量负荷，突然断开线路等)后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步3。提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的。 论文以单机无穷大系统为例。主要对电力系统稳定器、快速切除故障、单相自动重合闸等措施在提高电力系统暂态稳定性方面的作用运用MATL

15、AB的电力系统仿真模块集SimPowerSystems BIockset(以下简称SPS)进行仿真分析。备注：相对于Matlab6.0以前的PSB而言，SPS具有以下两方面改进：1)增加了滤去直流与谐波分量计算的相量法，取消了电气状态量不能跃变的约束， 将计算内容固定为额定频率下的交流量，仿真步长因此可由微秒级提高到毫秒级，从而减少了仿真步数、缩短了仿真时间。2)求解相量方程时，SPS采用了隐式梯形法，克服了微分与代数方程之间的交接误差而且具有良好的稳定性。由于对步长具有较好的鲁棒性，用户可以选择Simulink微分方程解算器提供的专门针对刚性系统的变步长数值积分方法，使解算器视状态量变化趋势自动选择每一步的步长，而无须通过试算确定。1.3 暂态稳定仿真流程 由于电力系统的动态仿真研究将不能在实验室进行的电力系统运行模拟得以实现4。因此在判定一个电力系统设计的可行性时，都可以首先在计算机上进