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1、电力系统多机系统暂态稳定计算实现 I摘 要 简要介绍了电力系统暂态稳定仿真的两种常用算法，分析了时域仿真法和暂态能量函数法的优点和局限性的特点。简述了MATLAB区别于传统仿真工具EMTP和PSASP的显著特点，利用MATLAB环境下的动态仿真工具Simulink和电力系统工具箱SPS，构建了一个多机系统模型，陈述了SPS暂态仿真的主要步骤，对系统进行了大扰动下的功角稳定仿真，同时讨论了其仿真环境的设置与加速技巧。并在此基础上对电力系统稳定器PSS、静止无功补偿器SVC、快速切除故障、单相自动重合闸等提高电力暂态稳定性措施的运行效果进行了仿真分析。实践表明，MATLAB是进行电力系统建模和仿真
2、分析的强大实用工具。关键词 MATLAB，PSS，仿真，多机系统，暂态稳定 Abstract This paper introduces two simulation methods for power system dynamic stability simulation, and analyzes the merits and limitation of the step by step (SBS) time-domain method and transient energy function method (TEF), which are used in power system dy
3、namic stability. This paper also introduce the notable characteristics of MATLAB compared with the traditional simulation tool EMTP and PSASP. MATLAB SimPower System Blocket is used to build a model of muti-machine system, and its main implementation steps are described. Power angle stability under
4、large disturbances is simulated in the muti-machine system. The parameter settings and acceleration skills are discussed. Based on this model, some methods of improving power system transient stability are simulated by SimPower System Blocket, including power system stabilizer, static var compensato
5、r, fast short circuit clear, and single-phase reclosure .The results indicate that MATLAB is a powerful tool applied to the modeling and simulation of power system.Key Words MATLAB，PSS，simulation，muti-machine system，transient stability目 录摘 要IAbstractI1 绪论11.1 电力系统暂态稳定分析11.2 研究内容22 SBS法和TEF法32.1 引言32
6、.2 时域仿真法32.3 直接法113 多机电力系统的暂态稳定计算143.1 引言143.2 暂态电动势和机械功率均为常数，负荷为恒定阻抗的近似计算法143.3 假定交轴电动势和机械功率为常数223.4 多机系统暂态稳定的动态等值等值双机系统暂态稳定数学模型254 基于MATLAB仿真多机系统的暂态稳定284.1 关于MATLAB软件284.2 两机系统的MATLAB PSB 建模304.3 各种提高暂态稳定性措施的运行效果仿真325 结论46谢辞47参考文献:47附录1：外文资料翻译49A1.1 快速阀门和同步发电机的励磁控制的协调提高电力系统暂态稳定性49A1.2 POWER SYSTEM
7、 TRANSIENT STABILITY ENHANCEMENT BY CO-ORDINATED FAST VALVING AND EXCITATION CONTROL OF SYNCHRONOUS GENERATORS541 绪论1.1 电力系统暂态稳定分析1.1.1 研究电力系统暂态稳定的重要意义电力系统是一个复杂的动态系统，一方面它必须时刻保证必要的电能质量及数量；另一方面它又处于不断的扰动之中，扰动发生的时间、地点、类型、严重性均有随机性，在扰动发生以后的系统动态过程中一旦发生稳定性问题，系统可能在几秒内发生严重后果，造成极大的经济损失及社会影响。电力系统暂态稳定分析的主要目的是检查系
8、统在大的扰动下(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，并且有可以接受的电压和频率水平，则称此电力系统在这一大的扰动下暂态稳定的。在电力系统规划、设计、运行等工作中都要进行大量的暂态稳定分析，因为系统一旦失去稳定就可能造成大的面积停电，给国民经济带来巨大的损失。通过暂态稳定分析还可以研究和考察各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能，因此有很大的意义。现代电力系统一方面采用了先进技术和装置来改善系统的暂态稳定性，如快速高顶值倍数的励磁系统、快关汽门、制动电阻、静止无功补偿装置高、压直流输电技术等等；但另一方面又出现了一些对暂态稳定不利的因素，例如
9、：大型机组参数恶化，其相应的暂态电抗Xd增大和惯性常数TJ相对减少；同杆并架线路的增加等等。此外，有些措施对第一摇摆有利，但对系统后续摇摆中的阻尼性能及相应的系统稳定性带来不利的影响，因此要注意稳定措施的全局规划及协调。1.1.2 暂态稳定的分类和定义当电力系统受到大的扰动时，发电机的输入机械功率和输出电磁功率失去平衡，引起转子的速度及角度的变化，各机组间发生相对摇摆，其结果可能有两种不同的情况。一种情况时这种摇摆最后平息下来，系统中各发电机仍能保持同步运行，过渡到一个新的运行状态，则认为系统此扰动下是暂态稳定的。另一种情况是这种摇摆最终使一些发电机之间的相对角度不断增大，也就是说发电机之间失
10、去了同步，此时，系统得功率及电压发生强烈得振荡，对于这种情况我们称系统失去了暂态稳定。这时，应将失步得发电机切除并采取其他得紧急措施。除此之外，系统在大得扰动下还可能出现电压急剧降低而无法恢复的情况，这就是另一类失去暂态稳定的形式，也应采取紧急措施恢复电压，恢复系统正常运行。这两大类暂态稳定问题分别称为功角型和电压型暂态稳定问题，并且常相互影响，相互关联。为了防止在大的扰动下系统失去暂态稳定，在电力系统中需要根据预想的典型大扰动，分析系统在这些典型扰动下的暂态稳定性，这就是电力系统暂态稳定分析的基本任务，其中最大量的分析是功角稳定问题。1.2 研究内容电力系统暂态功角稳定控制是电力系统稳定运行
11、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同步。提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的， 本文以两机系统为例，对多机系统进行暂态分析， 主要对电力系统稳定器PSS、静止无功补偿器SVC、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MATLAB 的电力系统仿真模块集SimPower System Blocket( 以下简称SPS) 进行仿真分析。 2 SBS法和TEF法2.1 引言 电力系统
12、暂态稳定分析，目前主要有两种方法，即时域仿真法，又称逐步积分法（SBS），以及直接法，又称暂态能量函数法（TEF）。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系统模型，这是一组联立的微分方程和代数方程组，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变化的曲线，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。而TEF法从系统能量角度去看稳定问题。它不必计算系统运动轨迹，从而可快速作稳定判断；它计算速度快，能适应较大的非线性系统，给出系统稳定度。2.2 时域仿真法2.2.1 时域仿真法的分析过程电力系统暂态稳定时域分析中需
13、要求解微分方程组和代数方程组。所谓求解微分方程是指在一定的初值条件下，求微分方程的数值解，即对于离散的时间序列逐步求出相应的系统状态矢量，故又称逐步积分法。微分方程的数值解法很多，这里不一一介绍。下面对改进欧拉法做简单的叙述。2.2.1.1 改进欧拉法常微分方程初值问题的数值解法，就是对于一阶微分方程式： （2.1） 不是直接求其解析解而是从已知的初值开始，离散地逐点求出对应时间的函数的近似值，一般取成等步长的，即： 也有变步长的。当选择得足够小时，计算结果有足够的准确度。如果采用的计算方法是由算，然后算，如此递推地算出各个时间的函数值，称为单步法。另一类多步法准确度较高，它在推算时要用到。这
14、里介绍的改进欧拉法是一种单步法。先介绍它的计算步骤，由已知的求。（1）计算时的变化率： （2.2） （2）假定在区间内以变化率增长，则时的初步估计值： （2.3）（3）根据初步估计值算出时的变化率： （2.4） （4）用和平均值来计算时的值，即： （2.5） 下面说明欧拉法地数学根据。对于函数，其在处的值可以用泰勒级数表示之： （2.6） 将上式各项改写为的近似值： （2.7） 如果忽略及以后的各项，则得： （2.8）这就是梯形积分法。由于式(2.8)中等号右边含有未知量，式(2.8)是个隐式方程，一般要用迭代法求解。若用下式先求的估计值：代入式(2.8)中求是第一次校正值：再代入式(2.8)中求的第二次校正值： 改进欧拉法只进行一次校正，故由求的递推计算式可归纳为以下
