、功角特性曲線和求極限切除角：由上面各種運行情況下功角特性方程可以作如下功角特性曲線，其中。 根據(jù)等面積法則，計算不同故障時的極限切除角：兩相短路接地時：三相短路時：求解兩相短路接地故障后的發(fā)電機轉(zhuǎn)速和功角初始值[16,24]：第一段時間：第二段時間：求解三相短路故障后的發(fā)電機轉(zhuǎn)速和功角初始值：第一段時間：第二段時間：龍格庫塔法求解轉(zhuǎn)子運動方程[25]：調(diào)用程序：%發(fā)電機轉(zhuǎn)子搖擺曲線的M函數(shù)function[Yd]power_tra(t,YY)%t是自變量%YY是列向量globaly0TjPtEUX1%函數(shù)中定義的全局變量傳遞參數(shù)%發(fā)電機轉(zhuǎn)子搖擺曲線的微分方程Yd[(YY(2)-1)*y0;(Pt-(E*U/X1)*sin(YY(1)))/Tj];發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子搖擺曲線微分方程的程序%求發(fā)電機轉(zhuǎn)子搖擺曲線的微分方程%主程序中定義全局變量傳遞參數(shù)End主程序：%functionYdpower_tra(t,YY)

%globaly0TjPtEUX1%Yd[(YY(2)-1)*y0;(Pt-(E*U/X1)*sin(YY(1)))/Tj];%主程序中定義的全局變量傳遞參數(shù)globaly0TjPtEUX1y02*pi*50;Tj11.28;Pt1;E1.44;U1;%系統(tǒng)轉(zhuǎn)移電抗X12.860;%故障時%在指定時間區(qū)內(nèi)求解微分方程tspan[00.4];%設(shè)置初值向量y11[32.08*pi/180;1];%故障時%微分方程求解[t,YY]ode45('power_tra',tspan,y11);%求解結(jié)果xYY(:,1);yYY(:,2);%獲得曲線plot(t,x*180/pi);xlabel('t/s');ylabel('delta/deg');gridon1.2電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真總電路圖1.1.7單機無窮大系統(tǒng)暫態(tài)仿真示意圖1.3單元子模塊選用與參數(shù)配置1.3.1電機及其相關(guān)控制模塊選用與配置電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中常采用標(biāo)幺值進行運算，模塊選用遵循MATLAB電力建模相關(guān)要求[21,25]，故本課題模型中發(fā)電機選用標(biāo)幺制p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步電機模塊，其有2個輸入、1個輸出、3個電氣端子，如圖1.8所示：圖1.8同步電機模塊：發(fā)電機機械功率端子，其值大于零時工作在發(fā)電機狀態(tài)，其值小于零時工作在電動機狀態(tài)，本模型中該信號由水輪機控制模塊輸入；：在勵磁電壓輸入端子，發(fā)電機狀態(tài)下由勵磁模塊輸入；A、B、C端子輸出發(fā)電機定子電壓；輸出m端子為電機內(nèi)部信號，本設(shè)計所用有如下三項：轉(zhuǎn)子角速度<Rotorspeedwm(pu)>；輸出轉(zhuǎn)子角偏移量<Rotorangledeviationd_theta(rad)>；輸出有功功率<OutputactivepowerPeo(pu)>。雙擊同步發(fā)電機模塊可對該模型中同步電機進行參數(shù)設(shè)置，按照工程實例中的參數(shù)設(shè)置電壓和暫態(tài)參數(shù)后保持其他欄目參數(shù)默認(rèn)，這里發(fā)電機的節(jié)點類型設(shè)置P&V節(jié)點，具體參數(shù)設(shè)置對話框如圖1.9所示：圖1.9同步電機模塊參數(shù)設(shè)置對話框本模型中同步電機如圖1.10所示，端由水輪機和控制器模塊作為機械功率輸入，同步電機端由勵磁系統(tǒng)模塊作為勵磁調(diào)節(jié)輸入，如圖1.11所示：圖1.10水輪機和控制器模塊圖1.11勵磁系統(tǒng)模塊1.3.2變壓器模塊選用與配置本設(shè)計考慮工況實際，選用三相雙繞組變壓器【Three-PhaseTransformer(TwoWindings)】模塊，如圖1.12所示，可根據(jù)具體工程需要設(shè)置變壓器的一、二次繞組連接組別。圖1.12三相雙繞組變壓器模塊對于變壓器一、二次繞組的連接組別共有五種，Y型連接有三種方式，分別為Y、Yn（中性線可顯示）、Yg（繞組內(nèi)部已接地）；△型連接共有兩種方式，D11、D1；在實際使用中D11接線方式更為普遍，且靠近發(fā)電機的升壓變壓器一次側(cè)繞組，常采用這種接線方式。該實例模型中設(shè)有升降壓變壓器，理論分析中兩個變壓器都采用了△、Y的接線方式，但是在仿真實際中經(jīng)過測試，較為合適的繞組接線宜采用升壓變壓器△（D11）/Yg，降壓變壓器Yg/D11這種接線形式。參數(shù)設(shè)置時主要添加繞組類型，設(shè)置一、二次側(cè)電壓值，其余參數(shù)采取默認(rèn)數(shù)值即可，具體參數(shù)設(shè)置頁面如圖1.13-1.14所示：圖1.13變壓器T-1參數(shù)設(shè)置對話框圖1.14變壓器T-2參數(shù)設(shè)置對話框1.3.3輸電線路模塊選用與配置電力系統(tǒng)中根據(jù)輸電線路的長度可將輸電線路劃分為三種：長電力線路、中等電力線路和短電力線路。在仿真建模時依據(jù)輸電線路長度選擇線路模塊。Simulink電力子庫經(jīng)常使用RLC串聯(lián)支路模塊（長度不大于100km的架空線路、電壓不高的短線路）。PI型等效電路（線路長度100km以上且不考慮電容效果的架空線路、長電纜線）。分布參數(shù)線路（準(zhǔn)確分析和使用波傳播過程時用）。本例中設(shè)定了250km的一回輸電線路首端發(fā)生故障，所研究的暫態(tài)穩(wěn)定性只需要對暫態(tài)過程的狀態(tài)量變化所引起的發(fā)電機相關(guān)參數(shù)和波形進行分析就可以初步判斷，不再對系統(tǒng)中開關(guān)和保護裝置瞬時動作的高頻暫態(tài)分量進行研究所以使用分布參數(shù)線路。PI型等效電路模塊如圖1.15所示：圖1.15PI型等效電路模塊采用PI型等效電路只需要將線路故障相關(guān)序分量電抗值根據(jù)實例設(shè)置即可，雙回線路設(shè)置完全相同，采用集成封裝PI型模塊不需要再考慮建模時線路對地的導(dǎo)納。在實際仿真中因為要模擬輸電線路參數(shù)改變對于電力系統(tǒng)故障時穩(wěn)定性的影響可采用控制變量法，以兩相短路接地和三相短路故障為例，分別增大和減小線路的長度，仿真發(fā)電機的轉(zhuǎn)速隨時間的變化情況，判斷線路參數(shù)對于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，具體參數(shù)設(shè)置頁面如圖1.16所示：圖1.16PI型等效電路參數(shù)設(shè)置對話框1.3.4三相故障斷路器模塊選用與配置本例仿真簡單電力系統(tǒng)發(fā)生兩相短路接地、三相短路故障，三相故障斷路器內(nèi)部封裝的三個獨立斷路器模塊可以通過勾選不同相的斷路器使其工作，實現(xiàn)相-相、相-地故障的模擬，三相故障斷路器如圖1.17所示：圖1.17三相故障斷路器模塊參數(shù)設(shè)置時勾選其中一相復(fù)選框表示斷路器該相允許動作，在設(shè)置故障電阻時不可為零值，本仿真中在0.1s在一回線路首端施加故障，以AB兩相接地短路為例參數(shù)設(shè)置對話框如圖1.18所示：圖1.18三相故障斷路器模塊參數(shù)設(shè)置對話框1.3.5三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊選用與配置三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊如圖1.19所示，其中由電感、電阻和電容三部分串聯(lián)，可以根據(jù)實際需要設(shè)置參數(shù)，改變并聯(lián)關(guān)系可得到理想的負(fù)荷類型，具體參數(shù)設(shè)置對話框如圖1.20所示：圖1.19三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊圖1.20三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊參數(shù)設(shè)置對話框1.3.6三相斷路器模塊選用與配置當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，預(yù)先安裝的繼電器保護裝置將立即啟動，配套的斷路器必須同時跳開故障發(fā)生點兩側(cè)的線路并引起隔離故障，這樣才能保證其他線路的正常運行。三相斷路器模塊如圖1.21所示，該模塊也是本例仿真不同切除時間的設(shè)置單元。圖1.21三相斷路器模塊正常狀態(tài)下斷路器為閉合狀態(tài)，發(fā)生故障時跳開隔離故障線路，所在參數(shù)設(shè)置時需要勾選Initialstatus選項為OFF狀態(tài)，斷路器的動作時間設(shè)置0.2s（故障發(fā)生后0.1s）及時切除故障和0.65s（故障發(fā)生后0.55s）切除故障過晚兩種情況，具體參數(shù)設(shè)置如圖1.22所示：圖1.22三相斷路器模塊參數(shù)設(shè)置對話框1.3.7無窮大系統(tǒng)模塊選用與配置圖1.23無窮大電源模塊本例無窮大系統(tǒng)如圖1.23所示，三相電源模塊內(nèi)部有串聯(lián)的RL支路，三相電壓交匯的中性點采用Yg型（中性點直接接地）連接方式。該模塊參數(shù)設(shè)定電壓115kV,由于電力系統(tǒng)必須有平衡節(jié)點，同步電機模塊已設(shè)置為P&V節(jié)點，故平衡節(jié)點設(shè)在此處。短路時主要設(shè)置三相電源的電阻和電感值，原始數(shù)據(jù)沒有注明無窮大系統(tǒng)其他參數(shù)，一律采用默認(rèn)值即可，具體參數(shù)設(shè)置如圖1.24所示：圖1.24無窮大系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置對話框1.3.8Powergui配置與電機初始化Powergui模塊是MATLAB中非常重要的電力系統(tǒng)圖形分析界面，如圖1.25所示,Powergui利用Simulink平臺將各電器元件進行組合連接，常用于電力系統(tǒng)潮流計算或者暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)仿真中，此模塊在暫態(tài)分析中主要應(yīng)用于對同步發(fā)電機的初始化，其中可以改變仿真類型：連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散系統(tǒng)仿真、相量法仿真。暫態(tài)穩(wěn)定性仿真采用離散系統(tǒng)仿真，仿真時間設(shè)置0~5s，采樣長度設(shè)定為10-5s，其余參數(shù)系統(tǒng)默認(rèn)即可如圖1.26所示：圖1.25Powergui模塊圖1.26Powergui模塊參數(shù)設(shè)置對話框本設(shè)計環(huán)節(jié)中較為重要的就是利用Powergui模塊對同步發(fā)電機進行初始化，在電機模塊更改參數(shù)和在該模塊更新應(yīng)該保持一致性，發(fā)電機模塊與Powergui模塊往往對應(yīng)使用，所以對電機參數(shù)設(shè)置之后，必須在Powergui模塊按照對話框按照【Tools>MachineInitialization】指令提示進入電機初始化界面如圖1.27所示，每進行一次參數(shù)修改即需進行一次電機初始化，保證運行過程中的準(zhǔn)確性。圖1.27電機初始化參數(shù)設(shè)置對話框此對話框中設(shè)置發(fā)電機節(jié)點為P&V節(jié)點，發(fā)電機出線端母線的機端電壓設(shè)置為10.5kV，輸出功率設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)300MW，此處如果設(shè)置輸出有功功率較小時，會影響仿真波形和分析結(jié)果，其他參數(shù)默認(rèn)。點擊【Update】更新數(shù)據(jù)后需要進行【ComputeandApply】應(yīng)用方可完成初始化操作，該界面可以觀察到更改參數(shù)后電機模塊的各個電氣量。1.3.9示波器觀測單元應(yīng)用設(shè)置如圖1.28所示為三輸入示波器模塊，本仿真波形結(jié)果通過總線信號選擇與示波器輸入端建立聯(lián)系，可以在同一界面顯示不同信號在同一觀測時間內(nèi)的變化情況，有利于綜合對比分析。圖1.28三輸入示波器調(diào)試示波器波形顯示界面如圖1.29-1.30所示，在工具欄可以依據(jù)所需觀測范圍進行參數(shù)設(shè)置，包括背景顏色、字體字號等。每一次仿真后需要對示波器波形進行調(diào)試，保證波形位于可視位置并且可以根據(jù)需要通過輸出波形圖片工具欄選項，選擇游標(biāo)對應(yīng)橫縱坐標(biāo)的觀測點數(shù)據(jù)。圖1.29示波器波形顯示界面圖1.30示波器設(shè)置界面上述仿真模型中各模塊提取路徑如表1.1所示：表1.1模塊提取路徑模塊名提取路徑P.U標(biāo)準(zhǔn)同步電機SynchronousMachinepuStandardSimscape/PowerSystems/SpecializedTechnology水輪機和控制器HydraulicTurbineandGovernorPowerlib/Machines為交流同步機提供勵磁控制ExcitationSystemSimscape/PowerSystems/SpecializedTechnology/FundamentalBlocks/Machines三相雙繞組變壓器Three-PhaseTransformer(TwoWindings)Simscape/PowerSystems/SpecializedTechnology/FundamentalBlocks/Elements三相PI型電路3-PhasePISectionLineSimscape/PowerSystems/SpecializedTechnology/FundamentalBlocks/Elements三相故障斷路器3-PhaseFaultSimscape/PowerSystems/SpecializedTechnology/FundamentalBlocks/Elements三相并聯(lián)RLC負(fù)荷3-PhaseParallelRLCLoadSimscape/PowerSystems/SpecializedTechnology/FundamentalBlocks/Elements無窮大系統(tǒng)InfiniteSystemSimscape/PowerSystems/ElementsSources電力系統(tǒng)圖形用戶界面PowerguiSimscape/PowerSystems/FundamentalBlocks示波器ScopeSimulink/Sinks1.4仿真調(diào)試問題說明上文中圖1.7所示仿真電路模型在完成了基本的參數(shù)設(shè)置后進入仿真環(huán)節(jié)，由于MATLAB軟件一會發(fā)布兩個版本，較早版本的軟件和新版本下的仿真在一些調(diào)試問題上會有差異，現(xiàn)就本設(shè)計中出現(xiàn)的問題及解決措施挪列如下并加以說明：=1\*GB3①舊版本MATLAB中Powergui模塊需要通過workspace與發(fā)電機建立聯(lián)系，保證其對應(yīng)單元的配合使用。否則無法通過示波器顯示仿真波形。在新版本MATLAB中Powergui模塊可以直接拖曳到目標(biāo)文件工作區(qū)域進行設(shè)置工作，不需要對其進行手動操作設(shè)置即可進行配合仿真。=2\*GB3②仿真時間設(shè)置5s，主要觀察在故障時刻以及故障切除后一段時間的波形變化，重點在于通過發(fā)電機轉(zhuǎn)速隨時間變化的波形趨勢判斷系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性無需進行長時間的仿真設(shè)置。=3\*GB3③發(fā)電機與勵磁控制部分如圖1.31所示，所選原動機為水輪機控制模塊，為了更加真實還原