论文总字数：14682字

目 录

1绪论 1

1.1背景介绍与研究意义 1

1.2国内外研究现状 1

2电力系统暂态稳定的研究内容 1

2.1电力系统暂态稳定概述 1

2.2简单系统的暂态稳定分析 2

2.2.1功——角特性变化 2

2.2.3等面积定则 4

2.3分析电力系统暂态稳定的线性方法 4

2.4提高电力系统暂态稳定方法 6

3电力系统暂态稳定仿真 7

3.1单机无穷大系统建模 7

3.2采用的模块及其参数设置 8

3.3电力系统暂态稳定性仿真 10

3.3.1 变压器经小电阻接地 10

3.3.2快速切除故障 10

3.3.3投入自动重合闸 11

4仿真结果及分析 12

4.1系统不稳定 12

4.2变压器经小电阻接地 13

4.3快速切除故障 14

4.4自动重合闸 15

5总结 16

参考文献： 17

致谢 18

电力系统暂态稳定仿真研究

严正风

,China

Abstract: in this paper, the transient stability of power system is studied. The transient stability of power system is introduced, and the method to improve the transient stability of power system is summarized. And build a power system simulation model in the MATLAB platform, mainly adopts the rapid removal of fault, the three means of transformer neutral grounding via low resistance and input reclosing, the respective analysis on transient stability of power system with the help of. Through the analysis of the simulation results, the method to improve the transient stability of power system is obtained.

Key words: power system; transient stability; MATLAB

1绪论

1.1背景介绍与研究意义

随着高速发展的经济，电网的规模也是日渐庞大。随之而来的是各大电厂、变电站组成的电网越发复杂化和暂态稳定遭到破坏而形成的大规模停电事件十分频繁。经调查报告显示：暂态失稳是招致电力系统发生事故的关键因素，所以对暂态稳定加大研究的力度十分紧要。

对于我国来说，科技的发展是蒸蒸日上的。在快速发展的同时，我们更要注意安全，争取快速稳定的发展。解决电力系统暂态稳定的问题的关键在于确保电力系统在一定的大的故障下，系统可以通过自动调整，使各发电机组能保持正常运转，从而减少损失。当决定规划一个电力系统时，暂态分析就开始进行了，我们通过暂态分析来考察和研究各种设施的稳定效果和各个电气设备之间联络的稳定。通过仿真来验证这些问题，可以很大程度的加强我们安全生活的稳定性。

1.2国内外研究现状

美国电网的相互纠结众所周知，从前有个错误的认知是电网越复杂就越稳定。然而美加大停电给了我们当头一棒。事实上，美国这个老牌资本主义国家，电网运转时候的核心是经济问题，所以美国电网中一些位置仍使用破旧的设施；还有每段输电线都很短，所以会出现比较多的节点。这些其实都是暂态不稳定的重要原因，很多导火线一同引发了美加大停电。美国在此之前也发生过类似的停电事故，所以这并不是偶然现象。

作为和咱们国家相同的大型发展中国家印度，他们的电网进展程度还不错，尽管无法和我国相媲美。只有美国、中国、日本和俄罗斯在发电量上超过了印度，但是印度的电力市场仍然处于供不应求的状态。在2012年7月，印度发生了历史上波及人口最多的一次电力系统故障，超过6.7亿人遭到了这次事件直接或者间接的冲击，而且此次停电仅在两天之内连续发生。事后我们发现，之前印度北方电网已经过分超载运转，在关键线路发生故障前，因持续大大超过电网的稳定限额运转，造成了这次大面积停电事件。

我国的人口特点是覆盖范围大，人口密度不均匀，也就招致了我国电网笼罩范围广，却结构单薄，负荷的密度非常不平均，而电源又常常偏离负荷的核心。尽管三峡工程的经济效益显著，优化了能量布局，缓解了用电压力等。但是，互联电网的缺陷也不可疏忽，可能由于故障的接连发生从而导致大规模停电。而且电力市场的迅速发展，对供电的要求更大大增强了输电系统的压力。

2电力系统暂态稳定的研究内容

2.1电力系统暂态稳定概述

电力系统的暂态稳定性指的是电力系统遭到强烈干扰后的稳定情况。也就是说一般情况下的电力系统受到一定程度的干扰，干扰失去作用后，电力系统还原到本来的运行情况的本领；或者，扰动没消失，系统可能从原来的运行状况变化到另一种正常运行状况。

对电力系统暂态稳定性的研究，就是探究在电力系统遭到一定破坏后各发电机可否仍然保持同步运转。而引起电力系统大震荡的关键原因有：

(1)负荷的忽变，例如大容量用户的增减；

(2)去除或者投进电力系统的关键元器件，包含发电机、变压器和关键的线路等；

(3)发生短路故障；

其中以短路故障中的三相短路干扰最是险峻，但是三相短路不常发生，所以常把其他短路当成暂态稳定研究的参照。

2.2简单系统的暂态稳定分 析

2.2.1功——角特性变化

图1（a）为简单电力系统及其等值网络图，此时系统和变压器都正常运行，则系统总的电抗为

(1)

利用潮流计算可以计算出电动势，假设为发电机的3近似电动势，则正常运行时的功——角特性方程式为

(2)

功——角特性曲线见图2。

当线路出现短路故障的时候，如图1（b），此时等于在短路点附加电抗X_∆，发电机电动势和无穷大系统中间的转移电抗是
(3)

短路故障情况下，功——角特性方程式为

(4)

功——角特性曲线见图2。

在短路故障发生后，线路保护装置迅速地切除了短路故障线路，此时系统如图1（c）所示，系统总电抗为
(5)

此时它的功——角特性方程式为
(6)

功——角特性曲线见图2。

a)正常运行方式及其等值电路

b)故障情况及其等值电路

c）故障切除后及其等值电路

图1简单电力系统及其等值电路图

图2 简单系统正常运行丶故障及其故障切除后的功率特性

2.2.2大扰动后发电机转子的相对运动

电力系统稳定工作时，假设原动机的机械功率为P_T，此时发电机输出的电磁功率P₀与其相等，即P_T=P₀， P₁和P_T的交点决定了发电机的工作点a，工作点的功率角是δ₀，见图3。

当出短路故障时，由于周期分量的功率瞬间改变，所以发电机的运行点变为P₂，发电机停止运行时，转子并不能立马静止，所以功角仍为δ₀。此时工作点从a点移至P₂上的b点。因为P_Tgt;P₂b，不平衡状态下的加速度超过零。在过剩功率的作用下，转子速度开始加快，即∆wgt;0，功率角随之变大，∆δgt;0，此时工作点沿P₂由b向c运动。在此阶段中，发电机电磁功率随着δ增大而增大，过剩功率相反，但整体加速度仍大于零，所以∆w不断增大。

若故障发生在c点，在此处切除故障，但功角δc不能即时响应，工作点从P₂转移到P₃上对应的e点。工作点到e后，机械功率P_Tlt;P₃e，过剩功率起减速效果，导致转子速度变慢。但是w_dgt;w_N，且电机中机械转子的特性，功率角仍处于增加状态，工作点由e点转至f点，等工作点变为f时，转速w_d=w_N（同步转速），此时就是最大功率角δ_max，而P_Tlt;P₃f，转子速度降低，功率角变小，运行点则沿P₃从f点移至e、k点。

此后的过程中，系统将处在一个新的工作点s保持同步运行，也就是说，系统受到干扰后恢复了稳定。

图3转子相对运动及面积定则

2.2.3等面积定则

当不考虑自动调节系统作用时，根据等面积定则得到δmax，由此诊断系统的稳定性。通过上面的认知很容易分析得出在功率角由δ₀-gt;δc时，（原动机输入的机械功率）P_Tgt;P_e（发电机输出的电磁功率）。过剩的能量会促使发电机的转动速度加快，转化为转子的动能；而在功率角由δc-gt;δm时，P_Tlt;P_e，转子的动能转化为电磁能。

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