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(dòng)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(jì)，電網(wǎng)的規(guī)模也是日漸龐大。隨之而來(lái)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(bào)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(duì)暫態(tài)穩(wěn)定加大研究的力度十分緊要。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，科技的發(fā)展是蒸蒸日上的。在快速發(fā)展的同時(shí)，我們更要注意安全，爭(zhēng)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(wèn)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(guò)自動(dòng)調(diào)整，使各發(fā)電機(jī)組能恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而減少損失。當(dāng)決定規(guī)劃一個(gè)電力系統(tǒng)時(shí)，暫態(tài)分析就開(kāi)始進(jìn)行了，我們通過(guò)暫態(tài)分析來(lái)考察和研究各種設(shè)施的穩(wěn)定效果和各個(gè)電氣設(shè)備之間聯(lián)絡(luò)的穩(wěn)定。通過(guò)仿真來(lái)驗(yàn)證這些問(wèn)題，可以很大程度的加強(qiáng)我們安全生活的穩(wěn)定性。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀美國(guó)電網(wǎng)的相互糾結(jié)眾所周知，從前有個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)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(shí)上，美國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)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(guó)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(huì)出現(xiàn)比較多的節(jié)點(diǎn)。這些其實(shí)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(guó)在此之前也發(fā)生過(guò)類似的停電事故，所以這并不是偶然現(xiàn)象。作為和咱們國(guó)家相同的大型發(fā)展中國(guó)家印度，他們的電網(wǎng)進(jìn)展程度還不錯(cuò)，盡管無(wú)法和我國(guó)相媲美。只有美國(guó)、中國(guó)、日本和俄羅斯在發(fā)電量上超過(guò)了印度，但是印度的電力市場(chǎng)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(guò)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(guò)分超載運(yùn)轉(zhuǎn)，在關(guān)鍵線路發(fā)生故障前，因持續(xù)大大超過(guò)電網(wǎng)的穩(wěn)定限額運(yùn)轉(zhuǎn)，造成了這次大面積停電事件。我國(guó)的人口特點(diǎn)是覆蓋范圍大，人口密度不均勻，也就招致了我國(guó)電網(wǎng)籠罩范圍廣，卻結(jié)構(gòu)單薄，負(fù)荷的密度非常不平均，而電源又常常偏離負(fù)荷的核心。盡管三峽工程的經(jīng)濟(jì)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(chǎng)的迅速發(fā)展，對(duì)供電的要求更大大增強(qiáng)了輸電系統(tǒng)的壓力。2電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究?jī)?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(shí)受到強(qiáng)烈擾動(dòng)后的穩(wěn)定情況。也就是說(shuō)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(lái)的運(yùn)行情況的本領(lǐng)；或者，擾動(dòng)沒(méi)消失，系統(tǒng)可能從原來(lái)的運(yùn)行狀況變化到另一種正常運(yùn)行狀況[3]。對(duì)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(jī)組可否仍然保持正常運(yùn)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(jìn)電力系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件，包含發(fā)電機(jī)、變壓器和關(guān)鍵的線路等；(3)負(fù)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(xiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)單電力系統(tǒng)及其等值網(wǎng)絡(luò)圖，此時(shí)系統(tǒng)和變壓器都正常運(yùn)行，則系統(tǒng)總的電抗為x1=利用潮流計(jì)算可以計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)E，假設(shè)E為發(fā)電機(jī)的3近似電動(dòng)勢(shì)，則正常運(yùn)行時(shí)的功——角特性方程式為P1=功——角特性曲線見(jiàn)圖2。當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障的時(shí)候，如圖1（b），此時(shí)等于在短路點(diǎn)附加電抗X?，發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)和無(wú)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(jiàn)圖2。在短路故障發(fā)生后，線路保護(hù)裝置迅速地切除了短路故障線路，此時(shí)系統(tǒng)如圖1（c）所示，系統(tǒng)總電抗為

x3=x此時(shí)它的功——角特性方程式為

P3=E功——角特性曲線見(jiàn)圖2。a)正常運(yùn)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(jiǎn)單電力系統(tǒng)及其等值電路圖圖2簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)正常運(yùn)行丶故障及其故障切除后的功率特性2.2.2大擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)，假設(shè)原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為PT，此時(shí)發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率P0與其相等，即PT=P0，P1和PT的交點(diǎn)決定了發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)a，工作點(diǎn)的功率角是δ0，見(jiàn)圖3。當(dāng)出短路故障時(shí)，由于周期分量的功率瞬間改變，所以發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)變?yōu)镻2，發(fā)電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子并不能立馬靜止，所以功角仍為δ0。此時(shí)工作點(diǎn)從a點(diǎn)移至P2上的b點(diǎn)[5]。因?yàn)镻T>P2b，不平衡狀態(tài)下的加速度超過(guò)零。在過(guò)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(shí)工作點(diǎn)沿P2由b向c運(yùn)動(dòng)。在此階段中，發(fā)電機(jī)電磁功率變化與δ成正比，過(guò)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(diǎn)，在此處切除故障，但功角δc不能即時(shí)響應(yīng)，工作點(diǎn)從P2轉(zhuǎn)移到P3上對(duì)應(yīng)的e點(diǎn)。工作點(diǎn)到e后，機(jī)械功率PT<P3e，過(guò)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(jī)中機(jī)械轉(zhuǎn)子的特性，功率角仍處于增加狀態(tài)，工作點(diǎn)由e點(diǎn)轉(zhuǎn)至f點(diǎn)，等工作點(diǎn)變?yōu)閒時(shí)，轉(zhuǎn)速wd=wN（同步轉(zhuǎn)速），此時(shí)就是最大功率角δmax，而PT<P3f，轉(zhuǎn)子速度降低，功率角變小，運(yùn)行點(diǎn)則沿P3從f點(diǎn)移至e、k點(diǎn)[7]。此后的過(guò)程中，系統(tǒng)將處在一個(gè)新的工作點(diǎn)s保持同步運(yùn)行，也就是說(shuō)，系統(tǒng)受到干擾后恢復(fù)了穩(wěn)定。圖3轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)及面積定則2.2.3等面積定則當(dāng)不考慮自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用時(shí)，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(guò)上面的認(rèn)知很容易分析得出在功率角由δ0->δc時(shí)，（原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率）PT>Pe（發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率）。過(guò)剩的功率會(huì)促使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度上升，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動(dòng)能；在功率角從δc->δm時(shí)，PT<Pe，轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電磁能[8]。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速w≈wN，w*≈1，則有P*=w*M*≈M*，轉(zhuǎn)子加速過(guò)程中，轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)能為Wa=用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)Wa≈右邊的積分，表示P-δ平面上的積分，對(duì)應(yīng)圖上的陰影部分面積Aabce,，可以象征在加速過(guò)程中轉(zhuǎn)化增加的動(dòng)能，所以陰影部分面積Aabce又稱為加速面積。同樣的在減速過(guò)程中，轉(zhuǎn)子消耗的動(dòng)能為Wb=我們把減速的這段時(shí)間里動(dòng)能的變化量所表示的陰影面積Adefg對(duì)應(yīng)為減速面積。所以，當(dāng)符合Wa+的條件時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)子在減速這段時(shí)間里所消耗的動(dòng)能等于它在加速這段時(shí)間里獲得的動(dòng)能，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速回到正常運(yùn)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(guò)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(shí)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(lái)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(shí)域仿真法和直接法來(lái)解析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。以下作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。（1）時(shí)域仿真判定法時(shí)域仿真法主要是通過(guò)特定的數(shù)據(jù)來(lái)解決問(wèn)題，起始數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的潮流解，然后開(kāi)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(lái)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(shí)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(shuō)的潮流解當(dāng)成一個(gè)初始值，可以得出干擾下的數(shù)據(jù)，再按照時(shí)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(qiáng)烈干擾后能否繼續(xù)保持暫態(tài)穩(wěn)定可比較發(fā)電機(jī)功角值與系統(tǒng)特定閥值的大小。這也是驗(yàn)證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性情況的核心辦法。時(shí)域仿真法主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)是數(shù)學(xué)模型完善；另一個(gè)是能按照時(shí)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(shí)域仿真法不能即時(shí)對(duì)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(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)。目前，行內(nèi)研究時(shí)域仿真法的重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到實(shí)現(xiàn)速度上，這個(gè)方法的關(guān)鍵是利用計(jì)算硬件。改進(jìn)措施需要在之前的方程組中加入發(fā)電機(jī)，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(shí)時(shí)性。該改進(jìn)存在的不足是關(guān)于無(wú)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(jì)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(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?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(wèn)題，選取波波夫準(zhǔn)則所組成的Cure型比Lyapunuov函數(shù)更有開(kāi)發(fā)前景。但是該函數(shù)在定義切除故障的臨界點(diǎn)非常嚴(yán)格，而在模型的選擇上，應(yīng)用了經(jīng)典模型，用固定阻抗來(lái)替代負(fù)荷，但是網(wǎng)絡(luò)化繁為簡(jiǎn)時(shí)，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(wèn)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(wèn)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(yùn)行的軌跡以及正視轉(zhuǎn)移電導(dǎo)帶來(lái)的副作用，二是構(gòu)造了一個(gè)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(jiǎn)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(jī)能量函數(shù)法IMEF，擴(kuò)展等面積法EEAC、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展等面積法DEEAC，時(shí)間尺度解耦法TSD等[13]。下面是對(duì)這當(dāng)中幾種措施的簡(jiǎn)介。1）擴(kuò)展等面積法（EEAC）是1986年由中國(guó)的電力系統(tǒng)研究者發(fā)表出來(lái)的，這種辦法的主要特點(diǎn)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(lái)。優(yōu)點(diǎn)是快速、直觀。薛禹勝博士在對(duì)失穩(wěn)模式鉆研很長(zhǎng)一段時(shí)間后表示，如果系統(tǒng)受到一定大小的擾動(dòng)，就能把多機(jī)系統(tǒng)拆分為兩個(gè)機(jī)群，一部分是臨界機(jī)群，另一部分是剩余機(jī)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(jī)系統(tǒng)，然后更深入的將該兩機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一個(gè)相等的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，再用等面積定則來(lái)確定臨界切除時(shí)間tcr。EEAC法引入如下假設(shè)：δ1=δδj=δ式中：S表示的是臨界機(jī)群；A表示的是剩余機(jī)群。而這個(gè)方法實(shí)際上是假定失穩(wěn)機(jī)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(dòng)能和勢(shì)能沒(méi)有關(guān)聯(lián)。且能量的互換也不會(huì)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(gè)機(jī)群嚴(yán)重失去穩(wěn)定的狀況，并且可以得出十分準(zhǔn)確的答案，而且減少了復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算，所以運(yùn)算速度大大加快；而在不太確定兩個(gè)機(jī)群是否失去穩(wěn)定的狀況下，就會(huì)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(gè)假定作為研究的基礎(chǔ)：在故障一開(kāi)始發(fā)生的時(shí)候，最易喪失平衡的是加速度與慣性常數(shù)比最大的機(jī)組，根據(jù)這個(gè)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(shí)間里，還能對(duì)照臨界機(jī)組的情況來(lái)對(duì)Vcr實(shí)施關(guān)鍵的修改。但是機(jī)組失穩(wěn)非常隨機(jī)而且容易出現(xiàn)未知狀況，這個(gè)假設(shè)并不總是成立。所以，需要不停的修改臨界機(jī)組群。當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)起直到故障被解決后，臨界機(jī)組群也在隨之變化，加速度法并不能夠定義哪些是臨界機(jī)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(guò)濾器”用來(lái)大致判定臨界機(jī)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(dòng)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?yàn)楦蓴_是暫時(shí)的，所以更多的是采用降低功率或能量差額等具有即時(shí)性的方法?？偨Y(jié)下來(lái)就是，提高發(fā)電機(jī)的電磁功率；降低原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率。下面簡(jiǎn)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(duì)發(fā)電廠的并列運(yùn)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(dòng)機(jī)失控、中止等方面的問(wèn)題，有利于保障負(fù)荷的穩(wěn)定。目前切除問(wèn)題線路的時(shí)間已經(jīng)縮小到0.06s，其中0.02s保護(hù)裝置動(dòng)作，然后斷路器切除故障線路。2)自動(dòng)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(shí)性短路故障。投入自動(dòng)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(duì)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(shí)，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定遭到破壞。但是，重合閘重合時(shí)間不可以太早，過(guò)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(kuò)大。這方面主要是因?yàn)樵瓉?lái)產(chǎn)生電弧處的氣體需要去游離時(shí)間。圖4沒(méi)有重合閘（左）和重合閘成功（右）3)強(qiáng)行勵(lì)磁：利用發(fā)電機(jī)本身的自動(dòng)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(guò)快速加大發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，進(jìn)而增加發(fā)電機(jī)端電壓，使得發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率變大。所以強(qiáng)行勵(lì)磁既有利于發(fā)電機(jī)并列運(yùn)轉(zhuǎn)，又能提高負(fù)荷的暫態(tài)穩(wěn)定性。但是強(qiáng)行勵(lì)磁時(shí)間太久，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組很可能會(huì)因過(guò)度運(yùn)行而出現(xiàn)過(guò)熱等狀況，而且強(qiáng)勵(lì)時(shí)還會(huì)引起短路電流的增大。這兩點(diǎn)必須給予高度關(guān)注和警戒。4)變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地：通過(guò)消耗能量來(lái)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(shí)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定，變壓器中性點(diǎn)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(guò)變壓器中性點(diǎn)接的電阻R時(shí)，會(huì)損耗有功功率，從而達(dá)到使發(fā)電機(jī)停止運(yùn)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(diǎn)接入小電阻。如果在受端變壓器接入小電阻，則會(huì)降低系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。對(duì)于如何選擇電阻值問(wèn)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?yàn)殡娮柚堤?，在電阻上損失的功率就會(huì)不足，作用很??；但是如果用大電阻，導(dǎo)致電阻上功率嚴(yán)重?fù)p耗，很大程度上會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)搖擺周期發(fā)電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。3電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真3.1單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)建模單機(jī)-無(wú)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(jiǎn)單的模型搭建。單機(jī)-無(wú)窮大系統(tǒng)就是功率(P)無(wú)限大，頻率(f)不變，電壓(V)不變。它能對(duì)現(xiàn)實(shí)電力系統(tǒng)進(jìn)行近似處理，用簡(jiǎn)化的模型來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，從而得出和驗(yàn)證問(wèn)題的答案。單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)原理圖如圖5。圖5單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)原理圖根據(jù)圖5建立了如圖6所示的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)仿真圖。圖6單機(jī)無(wú)窮大仿真原理圖圖中使用到的基本模塊見(jiàn)表1:表1基本模塊Scope示波器Gain邏輯加SynchronousMachinepuStandard同步電機(jī)（標(biāo)幺值單位）模塊ExcitationSystem勵(lì)磁系統(tǒng)ThreePhaseParallelRLCLoad三相并聯(lián)RLC負(fù)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(lì)磁系統(tǒng)模塊參數(shù)如圖7圖7發(fā)電機(jī)勵(lì)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(wú)窮大系統(tǒng)電源模塊參數(shù)3同步電機(jī)模塊參數(shù)如圖9圖9同步電機(jī)參數(shù)4雙繞組三項(xiàng)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(shí)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定，變壓器中性點(diǎn)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(guò)變壓器中性點(diǎn)接的電阻R時(shí)，會(huì)損耗有功功率，從而達(dá)到使發(fā)電機(jī)停止運(yùn)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(diǎn)接入小電阻。如果在受端變壓器接入小電阻，則會(huì)降低系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。對(duì)于如何選擇電阻值問(wèn)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?yàn)殡娮柚堤?，在電阻上損失的功率就會(huì)不足，作用很小；但是如果用大電阻，導(dǎo)致電阻上功率嚴(yán)重?fù)p耗，很大程度上會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)搖擺周期發(fā)電機(jī)不能正常運(yùn)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(duì)發(fā)電廠的并列運(yùn)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(dòng)機(jī)失控、中止等方面的問(wèn)題，有利于保障負(fù)荷的穩(wěn)定。目前切除問(wèn)題線路的時(shí)間已經(jīng)縮小到0.06s，其中0.02s保護(hù)裝置動(dòng)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(dòng)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(shí)性短路故障。投入自動(dòng)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(duì)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(shí)，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定遭到破壞。但是，重合閘重合時(shí)間不可以太早，過(guò)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(kuò)大。這方面主要是因?yàn)樵瓉?lái)產(chǎn)生電弧處的氣體需要去游離時(shí)間。建立如下圖13模型。圖13投入自動(dòng)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(dòng)的主要因素，在進(jìn)行MATLAB動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，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(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨故障時(shí)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(shí)當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)越過(guò)平衡點(diǎn)時(shí)，不平衡力矩對(duì)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(jī)與系統(tǒng)之間失去了同步。因此，若故障未及時(shí)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(shí)間是1s，我們把運(yùn)行時(shí)線路設(shè)置的短路故障作為電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的主要因素，在進(jìn)行MATLAB動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，對(duì)變壓器進(jìn)行不同的處理：(1)變壓器中性點(diǎn)不經(jīng)小電阻接地，然后對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性作一個(gè)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(diǎn)經(jīng)小電阻接地，然后對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性作一個(gè)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(shí)切除后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(shí)，轉(zhuǎn)子角度偏差和轉(zhuǎn)速恢復(fù)穩(wěn)定的時(shí)間更短。因此，當(dāng)變壓器經(jīng)小電阻接地時(shí)，能夠減少系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)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(shí)間是1s，我們把運(yùn)行時(shí)線路設(shè)置的短路故障作為電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的主要因素，在進(jìn)行MATLAB動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，對(duì)斷路器進(jìn)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(shí)，比較慢（0.35s）的切除故障部分，對(duì)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)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(shí)，非常迅速（0.15s）的切除故障部分，對(duì)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)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(guò)較長(zhǎng)時(shí)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(yùn)行點(diǎn)越過(guò)平衡點(diǎn)后，再切除故障，甚至?xí)?dǎo)致同步發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失去同步。快速切除故障時(shí)，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(shí)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(dòng)重合閘首先在線路上設(shè)置故障發(fā)生時(shí)間是1s，我們把運(yùn)行時(shí)線路設(shè)置的短路故障作為電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的主要因素，在進(jìn)行MATLAB動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，對(duì)重合閘進(jìn)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(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)展開(kāi)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(dòng)重合閘轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖25不投入自動(dòng)重合閘轉(zhuǎn)子角度偏差(2)投入自動(dòng)重合閘，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)展開(kāi)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(dòng)重合閘轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速圖27投入自動(dòng)重合閘轉(zhuǎn)子角度偏差結(jié)論分析：自動(dòng)重合閘通過(guò)增加減速面積使經(jīng)過(guò)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(guò)很長(zhǎng)時(shí)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(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)電力市場(chǎng)需求也是日漸緊張，”西電東送”,三峽工程等大大緩解了對(duì)用電的緊張。然而隨之而來(lái)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(yàn)著電力系統(tǒng)運(yùn)行是的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。對(duì)電力系統(tǒng)各種故障的檢測(cè)分析是當(dāng)今的一大熱門(mén)課題，也是電網(wǎng)運(yùn)行中必須要解決的難題。論文對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定做了一個(gè)初步介紹，其中有研究暫態(tài)穩(wěn)定的幾個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，主要是建立以MATLAB/Simulink為平臺(tái)的電力系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)這些模型對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，主要研究了當(dāng)故障發(fā)生時(shí)如果不采取措施的后果，還有采用變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地、快速切除故障、投入重合閘等方法來(lái)研究驗(yàn)證是否可提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定?？偠灾肕ATLAB工具箱，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)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(xiàn)：[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(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)（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(jìn).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(qiáng).單相重合時(shí)序?qū)ο到y(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2007.[5]時(shí)宇琳,王寶華.基于MATLAB的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真實(shí)驗(yàn)與分析[J].實(shí)驗(yàn)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(guó)電力出版社,2007:56-58.[8]吳天明.MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[M].北京:國(guó)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):