第6章MATLAB在电力系统稳定性分析中应用实例
MATLAB在电力系统中的应用研究
MATLAB在电力系统中的应用研究电力系统是现代社会的基石，如何优化电力系统的运行效率、提高稳定性、减少损耗一直是电力工程师们研究的焦点。
近年来，MATLAB的出现为电力系统的研究提供了一个全面、专业、高效的平台。
MATLAB是一款功能强大的数学软件，可以快速进行数据分析、建立模型并进行仿真。
在电力系统领域，MATLAB可以帮助工程师对电力系统进行模拟、仿真、分析、优化和控制。
下面分几个方面介绍MATLAB在电力系统中的应用研究。
一、电力系统建模电力系统是一个复杂的系统，包括发电、输电和配电三个部分。
传统的电力系统建模方法需要考虑众多的模型和变量，难以形成一个完整且实用的模型。
而MATLAB提供了一种全面的建模方案，通过各种工具箱和插件，可以更轻松、高效地进行模型建立和仿真。
MATLAB中有许多建模工具箱，如：SimPowerSystems、Power System Toolbox等。
其中，SimPowerSystems可以快速地建立电力系统和部件的三维模型，并进行仿真和测试。
而Power System Toolbox则提供了许多高级模型和算法，以帮助工程师更精确地模拟和分析电力系统。
通过这些工具箱和插件的组合，可以构建出一个完整的电力系统模型，进行各种测试和分析。
二、电力系统仿真在电力系统的研究中，仿真是一种十分重要的方法。
仿真可以模拟多种复杂的模型和场景，帮助工程师更深入地分析电力系统的潜在问题。
MATLAB中提供了一些方便的仿真工具，如：Simulink等。
Simulink是MATLAB中的一个仿真工具，用于快速建立仿真模型来解决多种连续和离散的问题。
电力系统中的仿真可以通过建立详细的电力系统模型来实现，然后根据不同的需求进行仿真。
仿真可以模拟多种场景，如：电力负荷的变化，各种电力系统故障和灾害等等。
通过这些仿真结果，可以准确地找出电力系统的问题，并制定解决方案。
三、电力系统分析电力系统的分析是非常重要的，能够帮助工程师更好的了解电力系统的稳定性和可行性。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析电力系统暂态稳定仿真分析是电力系统运行与控制中的重要内容之一、它通过模拟电力系统的暂态运行过程，分析系统在不同故障条件下的动态响应，评估系统的稳定性，并提供相应的控制与保护策略。
MATLAB作为一种功能强大的数学建模与仿真工具，被广泛应用于电力系统暂态稳定仿真分析中。
下面将分别从模型建立、仿真分析和结果评估三个方面，介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析。
一、模型建立电力系统一般包括发电机、变电站、输电线路、负荷等元件。
在MATLAB中，可以通过建立系统的节点、支路和设备等模型，构建电力系统的仿真模型。
1.节点模型：电力系统的节点通常由发电机、负荷和母线组成。
在MATLAB中，可以通过定义节点的功率平衡方程和节点电压方程，建立节点模型。
2.支路模型：电力系统的支路一般包括输电线路、变压器和同步电动机等。
在MATLAB中，可以通过定义支路的电流-电压特性、阻抗和传输参数等，建立支路模型。
3.设备模型：电力系统的设备主要包括发电机、变压器和负荷等。
在MATLAB中，可以通过定义设备的功率-电流特性、阻抗和传输参数等，建立设备模型。
二、仿真分析建立电力系统的仿真模型后，可以使用MATLAB提供的仿真工具，进行仿真分析。
1.静态稳定分析：通过输入节点的电压和负载条件，计算各节点的电压和功率平衡，评估系统的静态稳定性。
2.动态稳定分析：在系统发生故障或负荷变化时，通过输入相应的故障或负荷变化信号，模拟系统的动态响应，并分析系统的中断时间和振荡特性等。
3.频域分析：通过对系统的输入和输出信号进行频谱分析，研究系统的频率特性和谐波性能，并评估系统的抗扰性能。
三、结果评估完成仿真分析后，需要对结果进行评估和优化。
1.稳定性评估：通过对系统的动态响应进行分析，评估系统在不同故障条件下的稳定性，并确定系统的稳定边界和临界条件。
2.控制与保护优化：根据仿真结果，确定适当的控制与保护策略，提高系统的稳定性和可靠性。
基于MATLAB的电力系统稳定性分析与仿真毕业论文
山东农业大学毕业论文基于MATLAB的电力系统稳定性分析与仿真装、丁院部机械与电子工程学院订专业班级电气3班线届次20**届_________学生姓名 _______________________学号 __________________________指导教师 ____________ 副教授二0**年六月六日摘要.................................................................................. .•...Abstract .. (II)1绪论................................................................................ 1...1.1课题背景................................................................. 1..1.2课题内容................................................................. 1..1.3课题意义................................................................. 1.. 2简单电力系统的静态稳定性及其仿真分析 (2)2.1电力系统静态稳定性简介 ...................................................... 2.2.2简单电力系统的静态稳定性仿真 (4)2.2.1Simulink模型构建及参数设置............................................ 4.2.2.2保持电势E q'=q。
'常数，励磁系统的综合放大系数为5.7857仿真分析 (7)2.3提高系统静态稳定性的措施 (9)2.3.1采用自动调节励磁装置 (9)2.3.2减小元件的电抗........................................................ 1.02.3.3提高线路标称电压等级 (10)2.3.4改善系统的结构和米用中间补偿设备 (11)3简单电力系统的暂态稳定性及其仿真分析 (11)3.1电力系统的暂态稳定性简介 (12)3.2 Simulink模型及仿真结果 ..................................................... 1.43.3提高系统暂态稳定性的措施 (18)3.3.1改变制动功率（发电机输出的电磁功率） .................................. 1 83.3.2改变原动功率（原动机输出的机械功率） .................................. 1 93.3.3系统失去稳定后的措施 (20)4总结与展望 (21)参考文献 (22)致谢................................................................................. 23.Contents Abstract.......................................................................................................................................... I I 1 In troduct ion . (1)1.1 Task background (1)1.2 Task contents (1)1.3 Task sig nifica nee (1)2 The static stability of power system and its simuli nk (2)2.1 In troduct ion of power system static stability (2)2.2 Simuli nk of power system static stability (4)2.2.1 Simuli nk model con struct ion and parameter setting (4)2.2.2 Keep ing voitage E q '=E q。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.2.1 电力系统静态稳定性简介
作用在发电机上的机械转矩和电磁转矩如图6-16所示，转 矩平衡点有a、b两个。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.2.2 简单电力系统的静态稳定性计算 1．网络参数及运行参数计算 2．稳定运行参数计算 6.2.3 简单电力系统的静态稳定性仿真 1．Simulink模型构建及参数设置 按图6-6所示的单机无穷大系统，搭建研究其静态
A
A
B
B
C
C
L1
A
A
B
B
C
C
L2
ห้องสมุดไป่ตู้
A
a
B
b
C
c
T -2
A B C 110kV Source
Load 5MW
d_theta1_2 d_theta1_2 (deg)
w1 w (pu)
stop
M a ch i n e Signals
STOP
Stop Simulation if loss of synchronism
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.1.1 电力系统暂态稳定性简介
如图6-1（a）所示为一正常运行时的简单电力系统及其等值电路，发 电机经过变压器和双回线路向无限大系统送电。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
发电机在正常运行、故障以及故障切除后三种状态下的功角特性曲线 如图6-2所示.
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真分析
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，并联运行的同步发电机间是否仍能保持同步运行、 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。本节将以单机无穷大系统为例介绍利用 MATLAB仿真分析简单电力系统暂态稳定性的方法。
MATLAB在电力系统仿真中的应用
MATLAB在电力系统仿真中的应用摘要：电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，对其稳定运行和优化管理具有重要意义。
本文旨在探讨MATLAB在电力系统仿真中的应用，包括电力系统建模、稳态分析和暂态分析。
通过MATLAB提供的丰富工具和函数，研究人员可以有效地进行电力系统仿真，以评估系统性能、优化运行策略，并研究新技术的应用。
第一部分：电力系统建模电力系统建模是仿真工作的基础，它包括对发电机、变压器、输电线路等各个组件进行电气和机械特性的建模。
在MATLAB中，可以利用Simulink进行建模，通过连接不同的模块组成电力系统，实现各个节点之间的物理连接。
在建立模型时，需要考虑到系统的不确定性和复杂性，以准确地模拟实际情况。
此外，还可以利用MATLAB的Power System Toolbox进行系统参数的估计和校正，提高模型准确度。
第二部分：稳态分析稳态分析是对电力系统在稳定运行状态下进行评估和优化的过程。
在MATLAB中，可以利用Power System Toolbox提供的函数来计算节点电压、功率潮流和等效电路参数等。
通过对节点电压和功率潮流进行计算和分析，可以评估电力系统的稳定性和可靠性，并寻找优化策略，例如调整发电机容量、优化输电线路布局和控制变压器的调压。
第三部分：暂态分析暂态分析是对电力系统在瞬时状态下进行评估和优化的过程。
在MATLAB中，可以利用Simulink进行暂态仿真，模拟电力系统在短路、开关操作和故障等异常情况下的响应。
通过设定不同的故障模式和参数，可以评估电力系统的稳定性和保护装置的性能。
此外，还可以利用MATLAB的Simscape工具箱建立更精确的组件模型，以获得更准确的仿真结果。
结论：MATLAB在电力系统仿真中的应用广泛而有效。
通过利用MATLAB提供的工具和函数，可以对电力系统进行建模、稳态分析和暂态分析，以评估系统性能和优化运行策略。
此外，MATLAB还提供了友好的用户界面和丰富的可视化功能，帮助研究人员轻松地进行数据处理和结果分析。
电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用第6章
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
6.1.5 LTI视窗
打开“LTI视窗”窗口如图6-6所示。该窗口中含有以下 内容： (1) “系统输入”(System inputs)列表框：列出电路状态 空间模型中的输入变量，选择需要用到LTI视窗的输入变量。 (2) “系统输出”(System outputs)列表框：列出电路状态 空间模型中的输出变量，选择需要用到LTI视窗的输出变量。 (3) “打开新的LTI视窗”(Open New LTI Viewer)按键： 产生状态空间模型并打开选中的输入和输出变量的LTI视窗。 (4) “打开当前LTI视窗”(Open in current LTI Viewer)按 键：产生状态空间模型并将选中的输入和输出变量叠加到当
(2) 改变仿真初始状态； (3) 进行潮流计算并对包含三相电机的电路进行初始化
设置；
(4) 显示阻抗的依频特性图；
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
(5) 显示FFT分析结果；
(6) 生成状态—空间模型并打开“线性时不变系 统”(LTI)时域和频域的视窗界面； (7) 生成报表，该报表中包含测量模块、电源、非线性 模块和电路状态变量的稳态值，并以后缀名.rep保存； (8) 设计饱和变压器模块的磁滞特性。 6.1.1 主窗口功能简介 MATLAB提供的Powergui模块在SimPowerSystems库中， 图标如图6-1所示。
第6章 电力系统稳态口
第6章 电力系统稳态与暂态仿真
(3) “节点类型”(Bus type)下拉框：选择节点类型。对
于“PV节点”(P&V Generator)，可以设置电机的端口电压 和有功功率；对于“PQ节点”(P&Q Generator)，可以设置 电机的有功和无功功率；对于“平衡节点”(Swing Bus)， 可以设置终端电压UAN的有效值和相角，同时需要对有功 功率进行预估。 如果选择了非同步电机模块，则仅需要输入电机的机械 功率；如果选择了三相动态负荷模块，则需要设置该负荷消 耗的有功和无功功率。 (4) “终端电压UAB”(Terminal voltage UAB)文本框：对 选中电机的输出线电压进行设置(单位：V)。
Matlab技术在电力系统暂态分析中的应用解析
Matlab技术在电力系统暂态分析中的应用解析引言：电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一。
在电力系统运行过程中，超过额定负荷或者突发故障可能会引发暂态问题，例如电压暂降、电流暂增等。
为了更好地理解和解决这些问题，Matlab技术被广泛应用于电力系统暂态分析中。
本文将通过解析Matlab在电力系统暂态分析中的应用，介绍其核心概念和关键技术，并探讨其在实际应用中的优势与挑战。
一、Matlab在电力系统暂态分析中的基本原理和功能1.1 Matlab在电力系统暂态分析中的基本原理电力系统暂态分析是研究电力系统在短时间内突发故障或变化情况下的动态行为和响应机制。
Matlab作为一款高级数学软件，可以进行矩阵运算、数值分析和绘图等功能，使其在电力系统暂态分析中有着广泛的应用。
1.2 Matlab在电力系统暂态分析中的功能Matlab中的信号处理工具箱、控制系统工具箱以及优化工具箱等功能模块，为电力系统暂态分析提供了强大的实验和研究工具。
此外，Matlab还具备多种模拟方法和算法，可以通过数值仿真和实验模拟等手段进行电力系统暂态过程的分析与预测。
二、Matlab技术在电力系统暂态分析中的应用案例2.1 电力系统暂态过程的数值仿真Matlab提供了多种数值模拟方法，可以通过基于ODE的数值解法对电力系统暂态过程进行仿真。
通过建立电力系统的方程组以及与之相关的控制方程，可以模拟和计算暂态事件的响应行为。
2.2 电力系统暂态过程的参数优化在电力系统暂态分析中，参数的准确性对研究结果的可靠性至关重要。
Matlab 中的优化工具箱提供了多种优化算法和函数，可以对电力系统的参数进行优化和调整，以提高分析的准确性和稳定性。
2.3 电力系统暂态过程的故障分析Matlab中的信号处理工具箱可以用于电力系统暂态过程中的故障检测和分析。
通过对电力系统数据的采集和处理，可以确定电力系统中的故障类型和位置，并进一步对故障进行诊断和改善。
电力系统稳定性分析matlab程序
电力系统稳定性分析作业一1euler.m ,reuler.m, kunta.m分别为（1）中的欧拉法，改进欧拉法，龙格库塔法的主程序；doty.m,doty2.m,doty3.m均为（1）中子函数程序。
Runge-Kutta.m为（2）和（3）的运行程序。
下表为三种方法的部分运行结果功角数据：时间00.010.020.030.040.050.060.070.08改进35.161535.222235.402335.699936.11336.639437.27738.023438.8763时间0．090.100.110.120.130.140.150.160.17改39.83340．8942.00543.12544.25045.37546.49947.61848.730进 2 18 1 6 1 7 5 7 5（1）欧拉法在matlaB中输入命令[t,x,y,z]=euler('doty','doty2','doty3',0,5,0.1,0.01)可得t-w曲线，t-δ曲线分别如下图所示。
具体功角，角速度数据分别见文件1.mat 和2.mat（2）欧拉改进法在matlab命令窗口输入[t,x,y,z]=reuler('doty','doty2','doty3',0,5,0.1,0.01)t-w曲线，t-δ曲线分别如下图所示。
具体功角，角速度数据分别见文件3.mat 和4.mat（3）龙格库塔法在matlab命令窗口输入[t,x,y,z]=kunta('doty','doty2','doty3',0,5,0.1,0.01)t-w曲线，t-δ曲线分别如下图所示。
具体功角，角速度数据分别见文件5.mat 和6.mat2运行Runge-Kutta,将参数阻尼D设置为0.05，不断更改参数切除时间t的值，当t=0.2728和t=0.2730时，运行程序分别得到如下两图：则当阻尼D=0.05 时，临界切除时间CCT=0.2729类似可以求得：阻尼D=0.2时，临界切除时间为CCT=0.5729由以上数据我们可以看出：阻尼增大时，临界切除时间也增大了。
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6.2 简单电力系统的静态稳定性仿真分 析
6.2.1 电力系统静态稳定性简介 6.2.2 简单电力系统的静态稳定性计算
图6-16 静态稳定的概念
图6-17 小干扰后功角的变化 a) 在a点运行 b) 在b点运行
6.2.2 简单电力系统的静态稳定性计算
1.网络参数及运行参数计算 2.稳定运行参数计算
2.稳定运行参数计算
1)当发电机装设自动励磁调节器时，电势E′q=E′q0=常数，其值 为 2)当励磁调节器的综合放大系数为Ka=10时，已超过了保持电势 E′q=E′q0=常数所要求的值，则发电机的电势Eq为
6.2.3 简单电力系统的静态稳定性仿真
1. Simulink模型构建及参数设置 2.保持电势E′q=E′q0=常数，励磁系统的综合放大系数为5.7857时 的仿真分析 3.改变励磁系统综合放大系数的仿真分析
1.正常运行 2.故障阶段 3.故障及时切除 4.故障切除过晚
6.1.1 电力系统的暂态稳定性简介
图6-1 简单电力系统及其等值电路 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6-2 简单系统正常运行、故障 及故障切除后的功率特性
图6-3 振荡过程
图6-4 故障切除过晚的情形
B
b
C
c
T -2 360MW220/110
5 MW1
A B C
110 kV source
图6-11 无穷大系统电源模块的参数设置
图6-12 线路L1的参数设置
图6-13 断路器模块B1、B2的参数设置
图6-14 故障0.1s后切除线路，发电机转速变化曲线图
图6-15 故障0.55s后切除线路，发电机转速变化曲线图
Load 5MW
d_theta1_2 d_theta1_2 (deg)
w1 w (pu)
stop
M a ch i n e Signals
STOP
Stop Simulation if loss of synchronism
M a ch i n e Sco p e
图6-18
图6-19 发电机励磁系统模块结构
-C0.7376 Timer
Phasors powergui
m
Pm
A
Vf _
B
C
G 352.5MVA
Vf
m
Turbine & Regulators M1
A B C
A B C
AaBFra bibliotekbC
c
T -1
Load 5 MW
A
A
B
B
C
C
L1
A
A
B
B
C
C
L2
A
a
B
b
C
c
T -2
A B C 110kV Source
图6-7 序网及短路时的等值电路图 a)负序网络 b)零序网络 c)短路时的等值电路
图6-8 系统故障期间的δ-t曲线
图6-9 故障切除后系统的δ-t曲线
A B C AA BB C A B C
<Stator v oltage v q (pu)> <Stator v oltage v d (pu)> <Rotor speed dev iation dw (pu)> <Output activ e power Peo (pu)> <Rotor speed wm (pu)>
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析 中的应用实例
6.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真分析 6.2 简单电力系统的静态稳定性仿真分析
6.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真分 析
6.1.1 电力系统的暂态稳定性简介 6.1.2 简单电力系统的暂态稳定性计算与仿真
6.1.1 电力系统的暂态稳定性简介
图6-20 小干扰信号的模块组合
图6-21 同步发电机励磁调节系统参数设置
图6-22 发电机有功功率为0.7376pu阶跃为0.6pu时发电机功角、转速随时间变化曲线
图6-23 发电机有功功率为0.7376pu阶跃为0.67pu时发电机功角转速随时间变化曲线
图6-24 发电机有功功率为0.7376pu阶跃为0.75pu发电机功角、转速随时间变化的曲线
1 0.851064
1
wref Pref Pm
we
Pe0 gate
dw
HT G
v ref
vd Vf
vq
v stab
Exci ta ti o n System
m Pm
A
B Vf _
C
G 352.5MVA 10.5 kV
Di scre te , Ts = 1e-005 s.
<Rotor speed wm (pu)>
Speed (pu)
<Rotor angle dev iation d_theta (rad)>
d_theta(rad)
A
a
B
b
C
c
T -1 360MW10.5/242
5 MW
A
a
B
b
C
c
B1
Three-Phase Fault
图6-10
Line1
A
A
B
B
C
C
A
A
B
B
C
C
Line2
A
a
B
b
C
c
B2
A
a
图6-5 失步过程
6.1.2 简单电力系统的暂态稳定性计算 与仿真
1.网络参数及运行参数计算(详细的计算过程见参考文献［7］例1 6-1，16-2，17-1) 2.系统转移电抗和功率特性计算 3.系统极限切除角计算 4.发电机摇摆曲线δ-t计算 5.Simulink模型及仿真结果
图6-6 单机无穷大系统图
图6-25 发电机有功功率为0.7376pu、阶跃为0.54pu时发电机功角、转速随时间变化曲线
图6-26 发电机有功功率为0.7376pu阶跃为0.55pu时发电机功角、转速随时间变化曲线