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1、西安工程大学电力系统分析实验报告（2019- 2020年度第2学期）班 级： 电气班学 号：学生姓名：成 绩：日期：2020年07月13日实验三、电力系统稳定性分析仿真1仿真概述电力系统遭受大干扰后，由于发电机转子上机械转矩与电磁转矩不平衡, 使同步电机转子间相对位置发生变化，即发电机电势间相对角度发生变化， 从而引起系统中电流、电压和电磁功率的变化。电力系统暂态稳定就是研究 电力系统在某一运行方式，遭受大干扰后，同步发电机及负荷是否仍能正常 运行的问题。在各种大干扰中以短路故障最为严重，所以通常都以此来检验 系统的暂态稳定性。在电力系统规划、设计、运行等工作中都需要进行大量 的暂态稳定分析，
2、通过暂态稳定分析，还可以研究和考察各种稳定措施的效 果以及稳定控制的性能。可见，电力系统暂态稳定分析对于提高系统运行的 安全和稳定性具有重要意义。目前，分析电力系统暂态稳定的现行方法主要 有三类，即：时域仿真法（也可称为逐步积分法或数值解法、直接法、人工 智能法。此外，不少学者将小波变换用于电力系统暂态稳定分析，并取得了 一定成果。本文将以单机无穷大系统线路某点发生两相接地短路为例，利用 MATLAB的时域仿真法对简单电力系统暂态稳定性做一些仿真，分析故障解 除时间对系统稳定性的影响。2仿真任务及要求在对电力系统进行稳定性分析时，由于元件所采用的数学模型不仅与稳 定性分析结果的正确性有着直接的
3、关系，而且对稳定性的分析的复杂性也有 很大的影响。因此，选用适当的数学模型对各元件的特性进行描述使得系统 稳定性分析的结果不仅满足合理的精度要求，并且能够简化计算，这在电力 系统稳定分析中是一个非常重要的问题。由于电力系统主要由同步发电机、 电力变压器、输电线路和电力负荷组成，所以在进行电力系统建模和仿真之 前要对这些系统元件进行建模。3设计理论与依据3.1同步发电机模型同步发电机作为电力系统的动力源，在暂态过程中，发电机的转速会随时 间的变化而变化，这一过程中会牵涉到复杂的机械变化过程和电磁变化过程。 机械变化与电磁变化彼此之间又相互作用，这不仅会直接影响同步发电机自身 的运行状态，而且会进
4、一步的影响电力系统的暂态行为，而电力系统的暂态过 程反过来又会影响同步发电机的运行状态2。这样会增加对电力系统进行建 模与仿真的难度，所以有必要对同步发电机做理想化处理。理想同步发电机的 假设为：(1) 忽略同步发电机的磁路饱和效应，认为发电机铁芯的导磁率为常数。(2) 同步发电机转子对自身的纵向d轴和横向q轴结构对称。(3) 同步发电机定子a、b、c三相绕组结构对称，它们的磁轴在空间 位置上依次相差2 /3(rad)电角度。(4) 定子与转子表面光滑。在SimPowerSystems库中提供不同的模块，在进行仿真时，可以按需求进行选择， 并设置合适的参数。3.2三相变压器的模型三相变压器分为
5、三相双绕组变压器和三绕组变压器。当在对电力系统进行 仿真时，可以利用SimPowerSystems库中提供的多种变压器模块，可以根据需 要选择合适的模块，并设置合适的参数。3.3输电线路的模型输电线路的参数包括电阻、电抗、电纳和电导由于这些参数在输电线路上 是均匀分布的，即使很小的段输电线路也是这样，因此对输电线路进行精确的 建模是非常复杂的。通常情况下可以不考虑线路的这种分布特性，但在某些情 况下，为了分析、计算的方便，也可以将输电线路等值为RLC串联或PI型 电路模块。在进行仿真时，在Simulink的SimPowerSystems库中可以根据需要 选择合适的模块，设置合适的参数。3.4负
6、荷的模型由于电力系统的负荷非常的复杂，电力负荷数量大、分布广、种类多，并且 其工作状态是随机的、时变的，电力系统所连接的用电设备的配电网的结构也 是不断变化的，所以建立一个准确、实用的负荷模型是非常困难的。通常负荷 模型可以分为静态模型和动态模型。静态模型表示稳态下负荷功率与电压和频 率的关系；动态模型反映电压和频率急剧变化的条件下负荷功率随时间的变化。 可以根据电力系统的要求在SimPowerSystems中选择合适的模块，设置合适的参 数。3.5单机无穷大系统仿真单机无穷大系统在电力系统中有着广泛的应用，它非常具有代表性，并且 单机无穷大系统的仿真技术也较为成熟。所以本文选择对单机无穷大系
7、统进行 仿真，并对其进行分析。3.6单机无穷大系统模型单机无穷大系统的示意图如图1所示，其Simulink模型如图2所示。在该 模型中，发电机采用pu标准同步发电机模块；两台变压器均采用“Three Phasetransformer (twowinding ) ”模块;输电线路米用三相分布参数线路模块；负荷模型采用三相并联负荷模块；故障点采用三相线路故障模块“Three._ R.LC _Phase Fault”，并根据故障模块的参数设置，设置两个断路器相应的切断故障 .线路的时间。图1单机无穷大系统示意图发电机的参数：SGN=352.5MVA, PGN=300MW, UGN=10.5kV, d
8、 轴同步电抗 xd=1.0, d轴 暂态电抗xd =0.25, d轴次暂态电抗xd=O.252, q轴同步电抗xq=O.6, q轴暂态电抗xq变压器 T-l 的参数：STN1=360MVA, UST1%=14, kT1=10.5/242;变压器 T-2 的参数：STN2=360MVA, UST2%=14, kT2=220/121。线路的参数：l=250km, UN=220kV, xL=O.41Q/km, rL=0.07Q/km，线路的零序电抗为正 序电抗的5倍。运行条件：Uo=115kV, Po=250MW, cos图片0=0.95。3.2网络参数及运行参数计算取SB=250MVA, UBII
9、I=115kV。为使变压器不出现非标准变比，各段基准电压为UBII=UB lllxkT2=115xkV=209.1kV, UB I = UB II xkT1=209.1x(10.5/242)kv=9.07kv4仿真系统模型5.运行波形分析A相单相接地时，A相电压波形：三相接地故障时，A相电压波形:三相接地故障，0.1s后切除线路，发电机转速Rotor speed wm变化 曲线与 Rotor angle deviation d_theta 变化曲线：三相接地故障，0.45s后切除线路，发电机转速Rotor speed wm变化曲线与 Rotor angle deviation d_theta 变化曲线:单相接地故障，0.1s后切除线路，发电机转速Rotor speed wm变化 曲线与 Rotor angle deviation d_theta 变化曲线：化曲线与 Rotor angle deviation d_theta 变化曲线：再- J XMt6实验总结本次实验用MATLAB环境下的simulink对单机无穷大系统进行暂态稳定过程进 行仿真，并通过比较在不同时间条件下切除故障对系统的稳定性的影响，得到 不同的仿真结果。结果表明，不同的故障会对系统的稳定性产生不同的影响， 快速、及时地切除故障是保证系统稳定的有效手段。
实验3、电力系统稳定性分析仿真
