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目 录..................................................................................................................................................................ii
第二章 基于 MATLAB 的电力系统仿真................................................................................................3
2.1 电力系统稳定运行的控制.................................................................................................................3
2.2 MATLAB 及 SimPowerSystem 简介..................................................................................................3
2.3 配电网的故障现状及分析.................................................................................................................4
2.4 暂态稳定仿真流程..............................................................................................................................4
第 3 章 单机—无穷大暂态稳定仿真分析..............................................................................................6
3.1 电力系统暂态稳定性分析.................................................................................................................6
3.2 单机—无穷大系统原理...................................................................................................................10
3.3 小结....................................................................................................................................................11
第 4 章 Simulink 下 SimPowerSystem 模型应用..................................................................................12
4.1 仿真系统模型步骤...........................................................................................................................13
(1) 进入 MATLAB 环境,键入 Simulink 命令或直接用鼠标点 Simulink 按键即可打开相应的系
统模型库:..............................................................................................................................................13
4.2 仿真模型的搭建................................................................................................................................14
4.2.1 模型详细参数设置.........................................................................................................................16
4.3 各种提高暂态稳定性措施的运行效果仿真...................................................................................28
4.4 小结....................................................................................................................................................37
第五章 结论和展望................................................................................................................................38
参考文献..................................................................................................................................................39
第一章 电力系统稳定性概述
1.1 电力系统的静态稳定性
电力系统的静态稳定性指的是正常运行的电力系统承受微小的、瞬时出现但又立
即消失的扰动后,恢复到它原有运行状况的能力;或者,这种扰动虽不消失,但可用
原有的运行状况近似的表示新运行状况的可能性。这也是电力系统在微小扰动下的稳
定性,而这种扰动可以理解为任意不等于零的无限小扰动。正因为如此,任意描述电
力系统运行状态的非线性方程式,都可以在原始运行点附近线性化。换言之,电力系
统静态稳定性涉及的数学问题将是解线性化了的机电暂态过程方程式组的问题。
1.2 电力系统的暂态稳定性
电力系统暂态稳定性是指研究电力系统受到较大扰动后各发电机能否继续保持同步
运行的问题。引起电力系统大扰动的原因很多,归纳起来,主要有一下几种。
一、引起电力系统大扰动的主要原因
(1)负荷的突然变化。如切除或投入大容量的用户引起较大的扰动。
(2)切除或投入系统的主要元件。如切除或投入较大容量的发电机、变压器和较
重要的线路引起的大的扰动。
(3)电力系统的短路故障。它对电力系统的扰动最为严重。在短路故障中,其中
以三相短路最为危险,引起电力系统的扰动最大,于是系统的暂态稳定性常常遭到破
坏。但此种严重故障发生的次数最少,据统计,在高压电力系统中发生三相短路的次
数一般占总短路次数的 6%~7%左右。
两相接地短路和两相短路对于电力系统的扰动也较大,其中两相接地短路的危害
程度仅次于三相短路。但在一般的高压系统中发生这两种短路的次数为 23%~24%左右,
比三相短路发生的次数要多。
单相短路在高压系统中发生的次数最多,一般可占 70%左右。但单相短路对系统
的扰动在短路故障中是最小的,其中瞬时性雷击单相短路又占单相短路的 70%左右,
它对系统的影响就更小了。
因此,电力系统如能经受住三相短路的扰动,则该系统的暂态稳定性是不成问题
的,但以三相短路作为暂态稳定的条件是很不经济的。因此我国电力系统目前是以不
对称短路作为暂态稳定研究的基础,逐步把暂态稳定提高到三相短路上来。
当电力系统受到大扰动时,表征系统运行状态下的各种电磁变量,如线路的电流、
节点电压、发电机输出功率等都要发生急剧的变化。但是原动机的调速系统具有相当
大的惯性,它必须经过一段时间后,才能改变原动机的功率。这样作用在发电机转子
轴上输出的电磁功率与输入的机械功率之间的平衡遭到破坏,使发电机转子轴上作用
一个不平衡转矩。在这个转矩作用下,发电机组转子开始改变其速度,使发电机的功
率角改变,从而使发电机组各转子产生相对运动,即发电机组间产生了摇摆或振荡。
发电机组转子相对角度的变化,发过来又将影响电力系统中电流、电压及发电机输出
功率的变化。所以,由大的扰动引起的电力系统暂态过程是一个有电磁暂态过程和发
电机组转子机械运动暂态过程交织在一起的复杂过程,即机电暂态过程。
精确地电力系统中所以电磁变量和机械运动变量在暂态过程中的变化,是非常复
杂和困难的,从解决实际工程问题来说,往往是不必要的。而暂态稳定性分析计算的
目的在于确定电力系统给定的大扰动下各发电机组能否继续保持同步运行,因此我们
只需要确定表征发电机是否同步的发电机组转子运动特性便可以了。抓住这个要点后,
我们就可以对暂态过程中各种复杂的现象进行具体的分析,找出其中对机组转子运动
起主要影响主要作用的因素,在分析计算中加以考虑,而对于影响不大的因素加以忽
略或作近似考虑。这样做,不仅大大的简化了分析计算工作,而且也更便于获得有关
研究对象的更加明确清晰的概念。事实上,在忽略某些次要因素后,计算所得的结果
与实际结果很接近,其误差在允许范围内。
第二章 基于 MATLAB 的电力系统仿真
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。
2.1 电力系统稳定运行的控制
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。提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的, 本
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、故障限流器、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 SimPowerSystemsBlockset( 以下简称 PSB) 进行仿真分析。
2.2 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'研究中心的专家为主的 MATLAB 的开发的工具箱,主要用于电力系统电
力,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。
2.3 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。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 MATLAB 的电力系统仿真模
块集 SimPowerSystems BIockset(以下简称 SPS)进行仿真分析。
2.4 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。
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行动态仿真研究,
它 的 突 出 优点 是可 行、 简便 、 经 济 。 Matlab 电 力 系 统 工具 箱包 含的 模块 有 :
Electrical Sources(电源库)、Elements(元件库)、PowerElectronics(电力电子元
件库)、Machines(电机库)、Connectors(连接器库)、Measurements(测量仪器库)、
Extra Library(附加元件库)、Demos(示例库)、Powergui(图形用户界面 graphical
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资源评论
- sjaizhp2014-10-23有乱码呀!!!!!!!!!!!!
- lotus_62014-06-15详细得跟实验指导似的 好!
otk灬
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