基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究
电气工程及其自动化毕业论文基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析
摘要随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益庞大和复杂，出现的各种故障，会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有可能导致电力系统事故的扩大，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题依据电网用电供电系统电路模型要求，因此，论文利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网在其可能遇到的多种故障方面运行的需要。
论文以MATLAB R2009a电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSyetem 搭建了电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型，实验得到了在该系统发生各种短路接地故障并由断路器自动跳闸隔离故障的仿真结果。
并利用小波分析具有很强的信号特征提取能力，尤其对暂态突变信号或微弱变化信号的处理变现出明显的优势，达到了仿真的目的。
本文做的主要工作有：（1）Simulink下单机—无穷大仿真系统的搭建（2）系统故障仿真测试分析通过实例说明，若将该方法应用到电力系统短路故障的诊断中，快速实现故障的自动诊断、检测，对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。
关键词单机—无穷大；SimPowerSyetem；短路故障；ABSTRACTWith the rapid development of electric power industry, electric power system, as an increasingly large scale and complicated power system fault, The user will give power plants and power equipment of the security threats, and may have caused the accident of power system, technology and safety considerations from directly power test possibility, urged using electric simulation to solve these problems based on grid power supply system, Therefore, paper depend on the model of dynamic simulation by MATLAB build software Simulink infinite power system of single - simulation model, the grid in various fault may meet theneeds of the running of aspects.The paper base on platform version of Matlab R2009a，According to SimPowerSyetem toolbox to build power operation of common single—infinite system model, the experiment in the system was obtained by various circuit breaker automatically earthing faults and fault isolation of simulation results trip. Using the wavelet analysis and has strong ability of the signal feature extraction, especially for transient mutations signals or weak signal processing showed obvious advantages, Reaching purpose of the simulation.The main work is :(1) Building this simulation system of single - infinite under Simulink(2) Fault simulation test analysis of system(3) Fault detection and analysis based on Haar waveletThrough examples, if this method to the power system fault diagnosis, fast fault detection and diagnosis, automatic for improving the stability of power system has important significance.keywords：Single—infinite；SimPowerSyetem；Short circuit faults；Wavelet transform目录目录.............................................................................................................. 错误！未定义书签。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究
都伟杰1，张俊芳1，刘 鹏1，王 玲2
（1.南京理工大学 动力工程学院，南京 210094；2.西安铁路职工技术学院，西安 710014）
Transient Stability Simulation of Power System Based on Matlab
ABSTRACT：The basic characteristics of power system transient stability, the function and feature, and mathematical model of power system blockset and Simulink based on MATLAB are introduced in the paper. MATLAB SimPowerSystems are used to build up Simulink models of a three -machine system. Powerful functions of Matlab in the simulation of power system are shown by the simulation of power system failure. The result shows that the dynamic behavior of power system during transient processes can be observed quite accurately and directly. KEY WORDS: power system; SPS; three -machine system; transient stability simulation 摘要：介绍了电力系统的暂态稳定、MATLAB环境下Simulink 动态仿真工具、电力系统工具箱的功能和特点及仿真数学模 型。运用MATLAB电力系统仿真模块集SimPowerSystems构建 了三机系统的Simulink模型，通过对电力系统故障仿真分析， 表明了该模型能较准确直观地考察暂态过程中电力系统的 动态特性，说明了Matlab在电力系统仿真中的强大功能。
MATLAB实验电力系统暂态稳定分析报告
实验三 电力系统暂态稳定分析电力系统暂态稳定计算实际上就是求解发电机转子运动方程的初值问题，从而得出δ-t 和ω-t 的关系曲线。
每台发电机的转子运动方程是两个一阶非线性的常微分方程。
因此，首先介绍常微分方程的初值问题的数值解法。
一、常微分方程的初值问题 （一）问题及求解公式的构造方法我们讨论形如式（3-1）的一阶微分方程的初值问题⎩⎨⎧=≤≤='00)(),,()(y x y bx a y x f x y （3-1） 设初值问题（3-1）的解为)(x y ，为了求其数值解而采取离散化方法，在求解区间[b a ,]上取一组节点b x x x x x a n i i =<<<<<<=+ 110称i i i x x h -=+1（1,,1,0-=n i ）为步长。
在等步长的情况下，步长为nab h -=用i y 表示在节点i x 处解的准确值)(i x y 的近似值。
设法构造序列{}i y 所满足的一个方程（称为差分方程）),,(1h y x h y y i i i i ϕ⋅+=+ （3-2）作为求解公式，这是一个递推公式，从（0x ，0y ）出发，采用步进方式，自左相右逐步算出)(x y 在所有节点i x 上的近似值i y （n i ,,2,1 =）。
在公式（3-2）中，为求1+i y 只用到前面一步的值i y ，这种方法称为单步法。
在公式（3-2）中的1+i y 由i y 明显表示出，称为显式公式。
而形如（3-3）),,,(11h y y x h y y i i i i i ++⋅+=ψ （3-3）的公式称为隐式公式，因为其右端ψ中还包括1+i y 。
如果由公式求1+i y 时，不止用到前一个节点的值，则称为多步法。
由式（3-1）可得dy =dx y x f ),( （3-4）两边在[i x ，1+i x ]上积分，得⎰++=+1))(,()()(1i ix x i i dx x y x f x y x y （3-5）由此可以看出，如果想构造求解公式，就要对右端的积分项作某种数值处理。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究电力系统暂态稳定性研究是电力系统研究领域中的一个重要方向，其中基于MATLAB的仿真方法是一种常用的研究手段。
本文将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究的主要内容和方法。
电力系统暂态稳定性是指电力系统在扰动发生后，恢复稳定运行的能力。
电力系统暂态稳定性的研究可以分为两个方面，即暂态过程研究和稳定性评估。
暂态过程研究主要关注电力系统在扰动发生后的响应过程，包括电压、电流、功率等参数的变化过程。
稳定性评估则是对电力系统暂态稳定性进行定量评估和分析，包括临界动态稳定的最大扰动规模以及稳定裕度等指标。
在进行电力系统暂态稳定性仿真研究时，MATLAB是一个常用的仿真工具。
MATLAB具有强大的数值计算和仿真功能，可以方便地建立电力系统的数学模型，并进行仿真实验。
下面将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究的具体步骤。
首先，需要建立电力系统的数学模型。
电力系统可以通过节点电压和支路功率的代数方程和微分方程进行描述。
电力系统的数学模型可以根据实际系统的特点进行建立，包括发电机模型、负荷模型、传输线模型等。
其次，需要确定仿真的目标和参数。
在进行电力系统暂态稳定性仿真研究时，需要明确仿真的目标和所关注的参数，例如电压的稳定性、功率的变化等。
然后，进行电力系统暂态稳定性仿真实验。
通过MATLAB中的仿真工具，可以输入电力系统的数学模型和参数，进行仿真实验。
仿真实验可以通过改变系统的初始状态和输入参数，观察系统的响应过程和稳定性变化。
最后，进行仿真结果分析和评估。
通过对仿真结果的分析和评估，可以得到电力系统暂态稳定性的定量指标和结论。
仿真结果可以通过绘制波形图、相图等方式进行可视化展示，并进行统计和分析。
总的来说，基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究是一种有效的研究手段，可以帮助研究人员深入了解电力系统暂态过程和稳定性特性。
通过仿真实验，可以评估电力系统的暂态稳定性，指导实际运行和调度，提高电力系统的安全性和稳定性。
基于MATLAB的电力暂态稳定性仿真研究
基于MATLAB的电力暂态稳定性仿真研究代传波;汪华章;殷明【摘要】在电力系统受到干扰或故障后,如何迅速判定故障类型与故障点位置,以有效控制与维护其的暂态稳定性,这无疑对电力系统暂态稳定运行提出了更高的挑战.基于MATLAB/SIMULINK研究单机系统暂态稳定性的影响因素及其变化情况,再运用小波变换模极大值法提取暂态信号故障点行波及其特征,以快速判断出故障特征信息.通过计算分析,进而精确定位出故障点位置.结果表明,在暂态运行过程中,利用该模型能较为精确的了解电力系统的动态特性,对实验教学有着较强的指导性作用.【期刊名称】《西南民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(041)006【总页数】6页(P767-772)【关键词】暂态稳定;单机系统;MATLAB;小波变换;模极大值【作者】代传波;汪华章;殷明【作者单位】西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610041;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610041;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TM712.1+2暂态稳定指在一定运行状态下，电力系统受到内外部引起的大干扰或故障后，在暂态运行过程中快速进入新的或恢复到原有的暂态［1］.随着电网的结构与运行方式日趋复杂，电力系统中，由于系统的负荷突然变化、切入或投入主要原件或发生短路故障，都会使系统发生暂态问题.辨识影响电力系统暂态运行的因素，是维护电力系统暂态稳定性评价与控制的关键指标之一［2］.利用暂稳分析是解决这一问题的关键，并也出现了众多研究方法［3］.早前主要采取故障工频电流［4］来辨识暂态故障，但是随着故障类型逐渐增多、接地方式不断改变等因素的影响［5-6］，导致众多故障参量出现不显著、不稳定等问题，所以在实际情况下，这种方法并不适用.此后，借助故障电流中的谐波或者有功等分量对故障线路进行辨识的方法［7］，及采用消弧线圈来变化故障电流线路［7-8］，都能较好的消除故障参量不稳定的问题，但对消除不显著等问题效果不明显.利用故障测度［9-10］来确定故障线路的方法，但不能获取到暂态分量间的关系，灵敏度也较低.本文基于SIMULINK探究电力系统中影响暂态稳定性的因素，结合小波变换的时域特点，把不同频率的信号有效分解，对处理、保存或者重构原始信号有着极大的作用［11-12］，再借助其模极大值理论，对故障线路电流信号中在任一频段加入响应信号的特征向量予以提取，并提出频带数据，可以实现故障定位，并对故障特征信息进行辨识［13-14］，有效地快速解决故障提供了保证.由实验结果可得，利用该方法可快速、直观以及精确地辨识出电力系统暂态运行中的动态特性，为研究系统暂态稳定提供了必要的依据.Matlab仿真软件在程序设计、编程、图像及信号处理方面均呈现出较强的优越性，以精确有效的建立数学模型及模拟仿真奠定了基础.此外，Simulink是一种具有较强的图形输入与运算环境能力，包含了电力电子、电路以及电力系统等多种电工理论基础的仿真软件，在其可视化窗口中搭建出模拟仿真结构模型，以对电力系统进行直接地仿真分析.暂态稳定主要研究系统在受到较大干扰或故障后的动态特性［15］.为研究电力系统的暂态稳定，并进行有优良控制规律和参数的励磁控制系统的控制，本文基于单机无穷大系统来进行仿真研究，如图1所示.本文基于时域法进行搭建电力系统的暂态数学模型，发电机选取计及励磁系统的三阶数学结构模型.在电力系统中，据发电机的运行状态选取以下微分函数进行表示: 其中:—表示电机功角(rad);ωi—表示电机转子角速度(rad/s);ωN—表示电机转子额定角速度(rad/s);Tji—表示电机转矩(N.m);D—表示电机阻尼;—表示电机暂态电动势q轴等效分量(V);Pe—表示电机有功出力(W);Eq—表示电机q轴电动势分量(V).电力系统的暂态稳定性主要取决于发电机励磁系统的性能优劣程度.在系统正常运行时，励磁系统能有效控制电机的励磁输出，以达到降低电压波动、均衡分配无功功率的目的;在系统出现故障时，其可调节电机的励磁电流，以增强系统的抗干扰能力，维护系统稳定运行.其中，自并励励磁系统控制结构如图2示.从励磁系统半可控全波整流电路分析，导通角α决定了输出励磁电压Vf的大小，可得:利用励磁控制器对导通角α的大小进行调节，进而改变输出电压的大小，使励磁电压及其电流均发生一定的改变，最终完成对端电压的调节.因此，把电机断电压的输出信号作为晶闸管的输入信号，可通过(4)计算励磁电压:从图3中分析，本文主要选取p.u标准同步发电机模块以作为发电机，以“Three-Phrase transformer(Two Winding)”模块作为变压器，以三相π形等值线路模块作为系统的输电线路.在电力系统正常工作时，可通过变压器、双回路输电线路等构件，发电机向无穷大系统进行供电.其中，发电机参数:变压器参数:无穷大系统参数:在电力系统中，引起电网大扰动的原因有多种，其中短路故障的大扰动尤其严重，容易破坏系统的暂态稳定.若线路发生短路，则会导致系统失稳运行，因此，在发生线路故障时，需及时定位故障点，寻找故障原因及掌握故障特征信息.由图4可知，当在t=10s，发生三相接地故障时，在有PSS情况下，系统发生振荡的振幅要比没有PSS情况下要更小，在第一个振幅下尤为明显，并且在较短时间内系统就恢复正常.可见在快速励磁系统中，在PSS的作用下，系统能快速抑制振荡的产生，降低联络线功率的变化幅度，以快速衰减功率振幅，从而使电机功角振幅减小，系统得以稳定运行.由图5分析可得，当在D=0.5，t=0.1s条件下，发电机功角发生剧烈振荡，振幅随之变大，系统出现失稳运行;在D=50，t=0.1s时，系统仍然是稳定的.这是由于系统发生故障后，因电磁功率、机械功率二者间失衡，导致电机转子角速度也随之产生改变，促使在第一摆就已发生显著的振幅，继而振幅变大，使得角速度变大，又由于阻尼的足够大，D·Δω值变大，根据公式以下公式得:由式(5)与图5分析可得，电机阻尼越大，系统则处于减速状态，此时系统越能稳定运行.据发电机转子运动特性，可得以下函数:式(6)中:ω0—表示为发电机额定角速度;δ—表示为发电机功角;ω*—表示为发电机角速度标幺值;M—表示为惯性时间常数;PT*—表示为原动机功率标幺值;PE*—表示为电磁功率标幺值.由式(6)可得，线路故障时，若PE*越小，则通过ΔP=PT*－PE*得出ΔP值越大，转子速度也随之变大，造成电机功角也变大，系统也越不稳定.从图6分析可得:三相接地故障导致系统功角振荡振幅较大，系统最易失稳;而发生单相接地故障时致使发电机的功角振荡振幅最小，可得对系统暂态运行的影响最小.从上文仿真结果分析可得，辨识PSS、故障类型以及阻尼等影响系统暂态稳定的因素是非常重要的，在系统发生故障时，通过了解故障特征信息，对及时消除故障，维护系统暂态稳定发挥了重要作用.利用短时傅里叶变换、S变换等方法对非平稳信号的特征进行测量与辨识［16-18］，均有一定的效果，但其有计算较为复杂、信息量大以及特征量维数较高等不利因素.而小波变换具有运算率快、采样率高的优势，其是一种可进行时频变换的分析方法［19］.基于其基频带、谐波频带和高频带等三类特征量，利用伸缩、平移等运算模式，有效对信号进行时空定位，以多层次、多角度等研究故障特征信息，尤其在单相接地故障中，其暂态电压与电流信号中富含众多类型的特征参量，而且持续时间非常短，在处于稳态运行时，两者信号却最小，因此，利用小波变换能精确地对暂态突变及微弱等信号进行分解与研究，精准地获取到故障特征信息. 由小波变换的模极大值理论［20］可得，若发生故障或者噪声均会使信号出现奇异点，利用其模极大值点可相对应地收集出信号的奇异点.因尺度因素不断地增多，噪声的模极大值会不断地随之减弱，因此，在进行系数分解之后，不考虑噪声产生的影响，在理想状态中计算分析暂态短路信号的特征信息.基于Matlab通过小波变换技术对故障仿真结果的故障点进行定位与对特征信息予以提取.当发生单相接地故障时，运用db3，尺度3对机端电压进行分解，分解后各尺度上小波系数波形如下表示:从图7中可知:s—表示故障电压信号;a3—表示电压信号经变换后的低频系数;d1—d3—表示电压信号经变换后的三层高频系数.其中，d1、d2—表示为模极大值，研究两者的高频部分，可观察出两者信号显著的不连续点，体现出了明显的奇异特征.利用安装在线路端部的电流互感器，以收集故障点发出的行波信号，对入射与反射的脉冲往返时间偏差进行分析与计算，以及在线路中，检测出脉冲信号的传播速度，可得以下函数［21］:其中:L—表示为检测点到故障点的间隔;v—表示为行波的传播速度;Δt—表示入射与反射脉冲往返的时间偏差.本文主要研究在800m三相输电线路中，将故障点设定在400m处，并分别分析与计算在单相接地故障、单相开路故障以及两相接地故障等三种故障类型下的故障位置，利用模极大值法对线路行波进行测量距离，计算可得在1447点时，是行波的首个反射脉冲的起始点;再由图7分析可知，在系统故障运行时，在500点的位置是发射脉冲的起始点，而利用模极大值法对该线路进行计算，可得在972点是首个反射脉冲的起始点.可得 t1=5us，t2=14.47us，t'2=9.72us则Δt=9.47us，Δt'=4.72us.根据式(7)可得行波速度为:在电力线路中，工程上规定行波的波速设定为106～207m/us，由式(8)计算可得，该波速满足波速范围.在电力线路中，利用式(7)，计算单相接地故障的故障位置:测量误差计算单相接地故障的故障位置:计算单相接地故障的故障位置:由表1分析可得，基于小波变换中的模极大值法对故障点进行定位，以通过反射脉冲的上升沿来对脉冲起始点进行监测，能较好地判定脉冲起始点的位置，实现对故障点行波的提取，通过计算可得故障点的位置，其误差在允许范围之内.本文基于Simulink、小波变换利用时域法对影响系统暂态稳定的因素以及对故障点定位进行了研究分析.以比较在不同影响因素的作用下，分析电力系统暂态特性，得出:在PSS作用下能降低电力系统的阶跃振荡，系统较易稳定运行;发电机的阻尼越大，系统越较易稳定运行;系统产生三相接地短路故障时则也越易失稳.利用小波分析的模极大值理论辨别高频部分脉冲，来检测信号突变位置，能快速、准确地分析出系统故障特征信息和故障定位.采用这两种方法能快速确定故障类型，快速有效的消除故障，保证系统保持暂态稳定运行，本文对研究系统暂态稳定有着一定的教学实验意义.【相关文献】［1］李光琦.电力系统暂态分析［M］.北京:水利电力出版社，1984:218-220.［2］汤涌.电力系统安全稳定综合防御体系框架［J］.电网技术，2012.36(8):1-5.［3］倪以信，陈寿孙，张宝霖.动态电力系统的理论和分析［M］.北京:清华大学出版社，2002:135-215.［4］贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理［M］.北京:中国电力出版社，2004.［5］刘长江，吕臣斌，郑光辉.影响小电流接地选线准确性因素的分析［J］.供用电，2007，24(3):32-34.［6］叶杰宏，王一波.提高消弧线圈接地系统故障选线正确率的方案［J］.供用电，2006，23(3):45-47.［7］束洪春.配电网络故障选线［M］.北京:机械工业出版社，2008.［8］桑在中，张慧芬.用注入法实现小电流接地系统单相接地保护［J］.电力系统自动化，1996，20(2):11-12.［9］贾清泉，石磊磊，王宁.基于证据理论和信息熵的消弧线圈接地电网融合选线方法［J］.电工技术学报，2012，27(6):191-197.［10］齐郑，艾欣，杨以涵.基于粗糙集理论的小电流接地系统故障选线方法的有效域［J］.电网技术，2005，29(12):43-46.［11］田慕玲，王晓玲.电机故障诊断中的小波分析方法及小波基选取［J］.煤矿机械，2007，28(5):176-178.［12］冯雪，张玉文，周慧莹.电力系统故障诊断中的小波及多辨分析的应用［J］.四川电力技术，2008，31(6):57-59，81.［13］任震，黄雯莹，石志强.小波变换机器在电力系统中的运用［J］.电力系统自动化，1997(3):19-21.［14］姚李孝，姚金雄，安源.基于Matlab/Simulink的高压输电线路故障定位的仿真研究［J］.电网技术，2005(5):21-23.［15］电力系统机网协调理论与管理［M］.成都:四川大学出版社，2011:60.［16］陈春玲，许童羽，郑伟.多类分类SVM在电能质量扰动识别中的应用［J］.电力系统保护与控制，2010，38(13):74-78.［17］岳明道.基于S变换和分类树的电网暂态电能质量扰动分类辨识［J］.电力系统保护与控制，2011，39(9):32-37.［18］张明，李开成，胡益胜.基于多域特征提取和自适应神经-模糊推理系统的电能质量扰动识别［J］.电力系统保护与控制，2010，38(24):6-13.［19］王瑞，施伟峰.小波变换在电网故障诊断中的应用［J］.电子科技，2014，27(12):69-74. ［20］闫光太，梁甲文，王新涛，刘安华.利用暂态幅值故障测度的谐振电网故障选线［J］.电力系统保护与控制，2015，43(8):59 －65.［21］熊小伏，林金洪.基于小波重构的电力电缆故障测距方法［J］.电网技术，2003，27(6):36-38，70.。
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的电力系统稳定器仿真研究
基于MATLAB的电力系统稳定器仿真研究宋海辉;谢云敏【摘要】A MATLAB based on PSS (Power System Stabilizer) simulation method is introduced in this paper. By using the MATLAB/Simulink software, an automatic excitation system is established. The small disturbance process of the system is also studied whether the PSS is used or not. Simulation results are also provided to demonstrate that the low-frequency oscillation can be avoided when the generator excitation voltage adjusting and PSS are both used. The reason is that the system can resume balance quickly from the small disturbance process in this situation.% 在介绍基于MATLAB的电力系统稳定器(PSS)仿真方法的基础上,研究了应用MATLAB/Simulink软件建立相应的励磁自动控制系统,并对该系统在采用PSS前后受到小扰动时的情形进行了模拟仿真。
仿真结果表明,在发电机按端电压调节励磁的同时如采用PSS,系统受到小扰动后能迅速恢复平衡,从而避免低频振荡现象的产生。
【期刊名称】《上海第二工业大学学报》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】5页(P283-287)【关键词】仿真;低频振荡;PSS;励磁系统【作者】宋海辉;谢云敏【作者单位】上海第二工业大学电子与电气工程学院,上海201209;南昌工程学院,南昌330029【正文语种】中文【中图分类】TM712在现代电力系统中，大型发电机自动电压调节器（AVR）往往会产生负阻尼，尤其在远距离、重负荷的输电线路上或互连系统的弱联络线上将更加严重。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
而言，是暂态稳定的。电力系统暂态稳定分析的主 要目的是检查系统在大扰动下（如故障、切机、切负 荷、重合闸操作等情况），各发电机组间能否保持同 步运行，如果能保持同步运行，并具有可以接受的 电压和频率水平，则称此电力系统在这一大扰动下 是暂态稳定的。在电力系统规划、设计、运行等工作 中都要进行大量的暂态稳定分析。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，因此通过时域仿真来验证所求结果 是否正确, 即电力系统在某一状态时是否是稳定的 具有重要意义[1]。
ABSTRACT：The basic characteristics of power system transient stability, the function and feature, and mathematical model of power system blockset and Simulink based on MATLAB are introduced in the paper. MATLAB SimPowerSystems are used to build up Simulink models of a three -machine system. Powerful functions of Matlab in the simulation of power system are shown by the simulation of power system failure. The result shows that the dynamic behavior of power system during transient processes can be observed quite accurately and directly. KEY WORDS: power system; SPS; three -machine system; transient stability simulation 摘要：介绍了电力系统的暂态稳定、MATLAB环境下Simulink 动态仿真工具、电力系统工具箱的功能和特点及仿真数学模 型。运用MATLAB电力系统仿真模块集SimPowerSystems构建 了三机系统的Simulink模型，通过对电力系统故障仿真分析， 表明了该模型能较准确直观地考察暂态过程中电力系统的 动态特性，说明了Matlab在电力系统仿真中的强大功能。
3 结论
通过对整个系统的仿真，可以得到以下结论： 1）Matlab7.0中的PSB是一种专门应用于电力系
统动态仿真的工具箱，其中的电力系统的元件模型 相当丰富，用户还可以利用Matlab本身的一些工具 来建立自定义模型。利用Matlab强大的计算功能和 编程技术，可以提高仿真计算的灵活性和效率，为 仿真电力系统，分析电力系统提供了一种新的 手段。
4）由于Power System Blockset简化了开关元件 的处理，认为是理想模型，在提高仿真速度、简化电 路图设计的同时，对系统的暂态过程描述不够 精确。
参考文献
[1] 倪以信，陈寿孙，张宝霖，等.动态电力系统的理论和分析 [M].北京:清华大学出版社,2002.
[2] 曾江华,陈晓明,金伟,等.MATLAB在电力系统仿真中的运 用[J].人民长江,2006,37(11):41-42.
1 仿真模型的介绍
1.1 发电机模型和励磁系统模型
发电机转子等值电路如图2所示。Matlab中未简
化的同步发电机电气部分采用五阶模型，d轴考虑2
个绕组，q轴考虑3个绕组，其电压方程组如下：
Ud=RsId+P准d-ωR准q
（1）
Uq=RsIq+P准q-ωR准d
（2）
Ufd=RfdIq+p准fd
（3）
Ukd=RkdIkd+p准kd
第 25 卷 第 1 期 2009 年 1 月
文章编号：1674- 3814（2009）01- 0017- 04
电网与清洁能源 Power System and Clean Energy
中图分类号：TM762
电网技术 Power System Technology
Vol.25 No.1 Jan.2009
Simpowersystems其中包括了电路仿真所需的各 种元件模型，如图1所示。包括有电源模块、基础电 路模块、电力电子模块、电机模块、连线器模块、检 测模块以及附加功率模块等7种模块库。每个模块
电网技术 Power System Technology
18
都伟杰等：基于 MATLAB 的电力系统暂态稳定性仿真研究
在10 s时，发生单相接地短路，10.1 s故障切除 人三机仿真模型如图3所示。
图3的具体封闭图如图4、5、6所示。
第 25 卷 第 1 期
电网与清洁能源
电网技术 Power System Te涡轮与调节器封装模型
2.2 仿真参数设置及潮流计算 发电机，变压器采用默认参数，其他元件参数
收稿日期：2008-11-03。 作者简介： 都 伟 杰（1984—），男 ，硕 士 ，主 要 研 究 方 向 为 电 力 系 统 稳 定 控制; 张俊芳（1965—），女，副教授，主要从事电力系统优化、运行与 控制等方面的教学与研究。
（8）
准kd=LkdIkd+Lmd(Id+Ird)
（9）
准kq=LkqIkq+LmqIq
（10）
式中，Ld，Lq分别为纵轴和横轴同步电感；Lfd为2个纵
轴绕组之间的互感系数；Lmd和Lmq分别表示发电机转
子横轴和纵轴的电感；Lkd和Lkq分别表示发电机转子
横轴和纵轴的漏感。
其机械系统的方程为：
图2 发电机转子等值电路
2）当改变元器件本身的参数，如短路故障类型、 电 机 的 功 率 、定 子 和 转 子 的 电 阻 、电 感 ，负 载 的 功 率、变压器的容量等，就能实现对电力系统不同工 况下运行过程的仿真分析，便于对不同参数和负载 情况进行比较。
3）利用Matlab可以方便地进行电力系统潮流计 算 ，稳 定 分 析 ，新 元 件 的 设 计 及 测 定 ，具 有 界 而 灵 活、开放直观、互动性强等优点。
图5 电压功率测量封装模型
障，10.1 s故障切除。在用powergui模块进行潮流分 配计算后。进行系统仿真。 2.3 仿真结果
两电机相对转子角度曲线如图7所示。三机角 速度与三机机端电压如图8所示。线路B1、B2、B3、 B4、B5、B6测量的电压和功率如图9所示。
电网技术 Power System Technology
关键词：电力系统；SPS；三机系统；暂态稳定仿真
0 引言
电力系统是一个复杂的动态系统，一方面它必 须时刻保证必要的电能质量及数量；另一方面它又 处于不断的扰动之中，扰动发生的时间、地点、类 型、严重性均有随机性，在扰动发生后的系统动态 过程中一旦发生稳定性问题，系统可能在几秒内发 生严重后果，造成极大的经济损失及社会影响。
Vol.25 No.1
图1 Simulink中电力系统库
库中包含各种基本元件模型，如电源模块中有直流 电压、电流源，交流电压源、电流源，受控电压源、电 流源等五种电源模型。电力电子模块库包含了理想 开关元件、晶闸管、功率场效应管、可关断晶闸管等 多种功率开关元件模型; 电机模块库中包含了各种 电机模型，如异步电动机、同步电动机、永磁同步电 动机等。只需将模块中的元件拖到Simulink窗口中， 通过参数设置，对话框设置参数就可以实现电路和 电力系统的仿真[3-4]。
（4）
Ukq=RkqIkq+p准kq
（5）
式中，U为各绕组端电压；I为各绕组电流；Rs为定子
每相绕组电阻；Rkd，Rkq为转子绕组电阻；准为各绕组
的总磁链；P为微分算子；ωR为转子角速度。
磁链方程组如下：
准d=LdId+Lmd(Ifd+Ikd)
（6）
准q=LqIq+LmqIkq
（7）
准fd=LfdIfd+Lmd(Id+Ikd)
乙 △ω(t)= 1 2J
t
[(Tm-Te-Kd△ω(t))]dt
0
（11）
ω(t)= △ω(t)+ω0
（12）
式中，Kd为阻尼系数；J为转动惯量；Tm和Te分别表示
机械转矩和电磁转矩。
励磁系统数学模型为：
TA
dEfd dt
=-Efd+kA(Vref
-Vt)
（13）
式中，TA为励磁系统时间常数；kA为励磁系统增益系数； Vref为励磁系统设定电压；Vt为发电机端口电压幅值。 1.2 线路和变压器模型
[3] 彭建飞，任眠，王树锦.MATLAB在电力系统仿真研究中 的应用[J].计算机仿真，2005,22(6):193-196.
[4] 刘兴杰，田建设，丁波，等.应用Matlab进行电力系统分析 和动态仿真[J].电力自动化设备，2004,24,(3):43-45.
———— — —— —— —— —— —— —— ——
DU Wei-jie1, ZHANG Jun-fang1，LIU Peng1，WANG Ling2
（1.Power Engineering Institute, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China； 2.Xi’an Railway Vocational Technical Institute，Xi’an 710014，China）
文献标志码：A
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究
都伟杰1，张俊芳1，刘 鹏1，王 玲2