基于matlab的电力系统暂态稳定仿真

 2022-01-17 11:01

论文总字数:12611字

目 录

1 引言 1

1.1 电力系统暂态稳定性概述 1

1.2 基于MATLAB的电力系统仿真 1

2 国内外现状 2

2.1 国内现状 2

2.2 国外现状 2

2.3 存在的问题 3

3 本文的目标和解决方案 3

3.1 目标 3

3.2 解决方案 4

4 实施步骤 6

4.1 基于Simulink的单机无穷大系统建模 6

4.2 提高系统暂态稳定性的措施 16

5 结果和评论 17

6 结果验证 23

7 结论 25

参考文献 27

致谢 28

基于matlab的电力系统暂态稳定仿真

潘亮亮

,China

Abstract:This paper is mainly focused on the power system short-circuit fault, power system transient loss of stability problem, using the Simulink module of MATLAB R2014a software to build the transient stability analysis of the classical model of single machine infinite bus system model, debugging system and set the most common fault of single phase grounding fault, proving the theory to improve transient stability measures are true one by one in the simulation. The simulation results show that the measure is correct and feasible, and it has a certain significance to the actual power system. At the same time, it is proved that the power system simulation using MATLAB is simple and efficient, and can greatly improve the research efficiency of power system.

Key words:Transient Stability;Single—infinite;matlab;sumilink

1引言

1.1 电力系统暂态稳定性概述

当电力系统遇到干扰或者故障时,如果在干扰或者故障消除后,发电机若能够维持同步运行状态或者系统能够维持一个比较稳定的状况,那么可以说这个系统就是暂态稳定的。线路负载的变化、系统上主要电力器件的投切、各种类型的电力短路故障等不少原因都能导致系统发生故障或者受到干扰。在这几种原因中影响明显的就是短路故障了,因此设置线路的短路故障,是我们分析电力系统暂态稳定主最要采用的方法。

一旦电力系统遇到故障或者扰动时,电力系统的工作状态将变得非常不稳定,发电机的运行参数也会随之变化。但是原动机调速器的惯性是很大的,原动机的功率也是要过段时间才能改变的。因此,发电机率和原动机功率引起了不平衡转矩。由于不平衡转矩,发电机转速也会改变,各个发电机转子的位置也会随之改变。发电机转子的位置的变化同样会引起电力系统中电流电压的波动和功率的变化。[[1]]这也表明电力系统的暂态稳定的过程是一个较为复杂的过程。[[2]]

电力系统的电力器件的稳定运行离不开暂态稳定分析,暂态稳定分析对维持系统的正常运行有着巨大作用。分析某种理论或者措施能否提高暂态稳定,可以通过暂态稳定的软件仿真来验证该措施的正确性。

当电力系统受到干扰或者故障影响后失去稳定运行的状态,可能会让整个电网出现严重的危机,甚至导致大面积的停电事故,后果不堪设想。因此保证电力系统的稳定是非常必要的。近年来,离线算法成为电力系统暂态稳定分析的一个成熟的方法。但是随着电网的日趋复杂,大面积停电事故的平凡发生,暴露了对暂态稳定分析的不足之处,因此我们要提高对于暂态稳定分析的重视。只有更加及时准确地对电力系统进行稳定分析,发现不足和危险环节才能提高系统的稳定状态。所以,进一步分析暂态稳定分析的方法,利用该分析方法解决实际问题,值得我们深入研究。

1.2 基于MATLAB的电力系统仿真

电力系统运行时收到大干扰或者发生故障会影响到系统的稳定性,因此快准地找出故障并进行分析,能够提高电力系统的暂态稳定,避免不必要的故障和供电损失,也可以提高电力系统的经济效益。目前,电力系统的线路保护已经步入微机保护模式,可以从系统各类信号的分析来考虑到电力系统的实际运行状况,所以利用MATLAB软件中的Simulink工具进行仿真设计分析有了现实意义。[[3]]

电力系统稳定运行的关键在于对于扰动或者故障过程中发电机功角的控制。之前也说过了,暂态稳定性是指电力系统在受到扰动或者故障的时候,系统中的发电机能否恢复同步运行的状态。对于如何提高电力系统的暂态稳定,有着一系列的方案。本文采用了电力系统仿真的最常用的模型单机无穷大系统进行建模调试, 主要对变压器经小电阻接地、快速切除短路故障、安装自动重合闸、发电机强行励磁、电力系统稳定器等措施运用提MATLAB 的Simulink模块搭建仿真模型并进行仿真分析。[[4]]

MATLAB中的Simulink 可以建立各种复杂的电路模型并进行各种仿真分析。随着MATLAB的不断完善,Simulink工具的功能也更加齐全和完善,通过Simulink可以高效地搭建各种各样的电力系统模型并进行仿真设计分析。Simulink 是一种简单的工具,使用前我们不需要学习,搭建模型时我们只需要寻找与实际电路图一样的器件,搭建复杂的电网,仿真的效率也会得到很大的提高。[[5]]

2 国内外现状

2.1 国内现状

电力系统的互相联系,能够提高经济效益。不过由于电力系统互联的复杂,电力系统更容易出现故障,一个小元件出现问题可能导致整个系统的崩溃。如果电力系统中的稳定器件不完善或者管理人员失职,整个系统很可能出现故障,甚至出现的大面积停电情况,造成巨大的不良影响。所以国内电力机构把电力系统的安全评定放在最重要的位置。[[6]]

由于各种电力战略的像机实施,未来我国的电网将会成为高压混合输电的系统。该电网优点很显然:能够优化能源布局,充分的利用内陆丰富的风力水力资源缓解东部能源危机,同时也减少备用容量,当某一区域出现用电紧张时,其他区域也可以提供相应的支援。不过该电网缺点很明显,某一区域某一元件出现故障时,可能会影响到整个电网的运行,引起大范围的停电事故。随着电力市场的发展,社会的不断发展对于电力系统的输电量和安全性要求越来越高,电力系统也会随之变得错综复杂。对于某些薄弱的电网施加的压力也变大了。所以,大面积停电事故仍不可避免。。我国由于电网保护结构的缺失,长线路高负荷线路也很多,经常产生电力故障。由于电力系统的不稳定运行引发的一系列故障,我国每年都会损失巨大的供电量,这对社会发展造成了不利影响。

我国电网特点鲜明,覆盖面广,单薄的结构,不均匀的负荷密度,负荷中心往往发电源较远,相对于发达国家我国的装机容量也是不足的。据统计,我国线路的输电量和发电量存在着极大的不平衡,这会诱导电力系统安全问题的频发。三峡工程的完成标志着全国电网的紧密联系的开始,各个地方对大容量发电机组的需求也越来越大。需要更加科学的分析计算来处理各个区域的矛盾和问题。

我国电网发展的愈发复杂。随着这种趋势的不断发展,如何保障和解决电力系统稳定的问题迫在眉睫。电力系统发生大扰动或者故障后,这个电力系统能否承受故障以及是否能在故障后恢复稳定,对电力系统安全评定有着重要影响。这种分析属于动态分析。电力系统发生故障的主要原因在于系统的不稳定运行。国内组成的电力系统安全评定机构,对于我国电力稳定性的提高有重大意义。

2.2 国外现状

随着科技的发展社会的进步,全球各个地方也出现了大规模复杂的电网,电网运行状态越来越复杂,电力系统的保护措施不当,某种电力故障得不到及时消除,会引起连锁反应,造成电力系统的瘫痪。最近的2起大停电事故,美加大停电和印度大停电给了我们不少警示。

美国的电力网络是相当复杂的,过去人们认为复杂的电网会更加安全可靠,但是美加大停电警示我们事情没那么简单。美国的电网系统输电线路相对而言较短,因此美国电网的节点较多;除此以外,美国是资本主义国家,经济因素对电网的正常运行有着巨大的影响[[7]],因此美国电网可能会保持着旧的设备。种种原因导致了美加大停电,加重了停电的影响,其实在美加大停电之前美国已经出现两次大范围停电事故了。

印度也是发展中国家,印度的装机容量发展也很快,不过和我国相比,还有较大的差距。虽然印度的装机电量也不低,但是供电紧缺的问题相当严重。由于印度停电事故的频发以及人口的密集程度,大面积停电对印度社会发展造成了巨大影响。

2.3 存在的问题

电力系统的相互联系,能够大大的提高经济效益。不过我国实行“分省平衡”的措施,大大制约了我国电力的发展,严重影响我国电力资源的合理分配,这也使得我国电网互联的进程的落后。另一方面,由于电网的互联进程的不断深入,整个系统也会变得更加复杂多变难以预料,因此发生故障的的可能性也会大大增加。假如电网保护措施不够完善或者管理不当,电力系统的稳定都会遭到破坏,引起大面积停电事故。

虽然目前我国发电机装机容量很高,但是电网供电量的不足对社会的发展有不少不良影响。目前为止,我国还没有发生大面积停电的事故,不过实际生活中我们经常遇到停电的情况,这是由于供电量的不足迫使相关部门拉闸限电引起的,所以我国的发电量还有待于提高。我国电网互联的加速有利于全国资源的合理分配,与此同时我国电网的薄弱,传输线路很长等问题也暴露无遗,不解决这些问题可能会导致整个电网的崩溃。所以保证大规模电网安全高效的运行对于我们来说是个巨大的挑战。假如可以对各个区域电力系统运行情况进行仿真,考虑到各种可能出现的故障问题并把这些模拟于仿真中,可以帮助我们解决实际问题。[[8]]

目前对于电力系统分析利用MATLAB软件已经比较成熟,不过大面积停电从来没有消失。

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