实验报告2：电力系统暂态稳定性仿真
电力系统暂态稳定性仿真研究
电力系统暂态稳定性仿真研究引言：电力系统暂态稳定性是指在系统发生大扰动或故障后，系统是否能够在一定时间范围内恢复到稳定的运行状态。
因此，研究电力系统暂态稳定性是电力系统运行和安全稳定的重要内容。
当前，随着电力系统规模的不断扩大和电力负荷的不断增加，暂态稳定性问题日益凸显。
因此，研究电力系统暂态稳定性仿真具有重要的实际意义。
主体：1.暂态稳定性概述电力系统暂态稳定性是电力系统在受到外部扰动或故障时，恢复稳定运行的能力。
它通常分为大扰动暂态稳定性和小扰动暂态稳定性两个方面。
大扰动暂态稳定性主要研究系统在受到较大故障或负荷变动等扰动后，能够恢复到稳定的运行状态；小扰动暂态稳定性主要研究系统在受到较小幅度的扰动时，恢复到稳定的运行状态。
2.暂态稳定性仿真方法暂态稳定性仿真是通过建立电力系统暂态稳定性模型，并进行仿真计算，分析系统的暂态稳定性。
目前，常用的暂态稳定性仿真方法主要有：(1)时间域仿真方法：时间域仿真方法通过解析电力系统的动态方程，模拟系统在不同故障和扰动条件下的运行过程，用于评估系统的暂态稳定性。
(2)频率域仿真方法：频率域仿真方法通过将电力系统的动态方程转换为复频域的代数方程组，通过求解复频域方程，分析系统的频率响应，用于评估系统的暂态稳定性。
(3)直接法：直接法是指将电力系统的动态方程按照一定的时间步长进行数值求解，通过迭代计算系统的状态变化，最终得到系统的暂态稳定状态。
3.暂态稳定性仿真实例以电力系统为例，通过暂态稳定性仿真研究系统的暂态稳定性。
首先建立电力系统的暂态稳定性模型，包括发电机、传动系统、负荷和电网等元件，并制定相应的仿真策略。
然后，选取不同的故障和扰动条件，进行仿真计算，分析系统的暂态稳定性。
通过仿真结果，评估系统在不同条件下的暂态稳定性，并提出相应的改进措施，以提高系统的暂态稳定性。
结论：暂态稳定性是电力系统运行和安全稳定的关键问题，对于保证电力系统的正常运行具有重要意义。
电力仿真算法实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过电力系统仿真软件对电力系统进行仿真分析，验证电力系统仿真算法的有效性，并进一步了解电力系统在不同运行条件下的稳定性和性能。
实验内容包括电力系统潮流计算、暂态稳定分析、短路电流计算等。
二、实验内容1. 电力系统潮流计算（1）实验背景：以某地区110kV电网为例，分析该电网在不同运行方式下的潮流分布。
（2）实验步骤：① 利用电力系统仿真软件建立110kV电网模型；② 设置电网参数，包括各节点电压、线路参数等；③ 运行潮流计算程序，得到潮流分布结果；④ 分析潮流分布结果，判断电网的稳定性。
2. 电力系统暂态稳定分析（1）实验背景：以某地区110kV电网为例，分析该电网在发生单相接地故障时的暂态稳定性。
（2）实验步骤：① 利用电力系统仿真软件建立110kV电网模型；② 设置电网参数，包括各节点电压、线路参数等；③ 设置故障参数，包括故障类型、故障位置等；④ 运行暂态稳定分析程序，得到暂态稳定结果；⑤ 分析暂态稳定结果，判断电网的稳定性。
3. 电力系统短路电流计算（1）实验背景：以某地区110kV电网为例，计算电网在发生短路故障时的短路电流。
（2）实验步骤：① 利用电力系统仿真软件建立110kV电网模型；② 设置电网参数，包括各节点电压、线路参数等；③ 设置故障参数，包括故障类型、故障位置等；④ 运行短路电流计算程序，得到短路电流结果；⑤ 分析短路电流结果，判断电网的短路容量。
三、实验结果与分析1. 电力系统潮流计算结果通过潮流计算，得到110kV电网在不同运行方式下的潮流分布。
结果表明，在正常运行方式下，电网的潮流分布合理，节点电压满足要求。
在故障运行方式下，电网的潮流分布发生较大变化，部分节点电压超出了允许范围。
2. 电力系统暂态稳定分析结果通过暂态稳定分析，得到110kV电网在发生单相接地故障时的暂态稳定结果。
结果表明，在故障发生初期，电网暂态稳定，但故障持续一段时间后，电网发生暂态失稳。
电力系统暂态稳定性仿真研究
2.4 研究设计的内容
应用MATLAB仿真进行电力系统仿真的主要步骤是：
（1）建立系统模型：建立的是单机无限系统（SIMB）。
单机-无穷大系统认为功率是无限的，频率是恒定的，电压是恒定的。它是工程中最常用的方法，也是电力系统仿真中最简单、最基本的运行方式，即逼近现实以简化模型。有利于得出结论，简化计算过程。
我们知道美国电网很复杂。我们曾经认为电网越复杂越安全，但美国和加拿大的停电告诉我们事实并非如此。事实上，美国电网中每条输电线路都比较短，导致节点多；另外，美国是资本主义国家，电网运行时考虑的经济因素较多，所以有一些设备比较老旧。许多因素导致美国和加拿大停电。事实上，这并非偶然现象。在此之前，美国已经发生过两次大规模停电。
图2-5 无传输线的单机无限系统示意图
发电机送入无穷大系统的有功功率P为：
公式 ——包括从发电机阻抗到无穷大系统母线的发电机电动势的总阻抗；
- 功率角； - 发电机潜力； - 系统总线电压。
MATLAB单机无限仿真模型中可能用到的模块可以从图1中得到：
PSB 电力系统工具箱：
1)电源中的三相电源模块
Elements 中的三相并联 RLC 负载（三相负载RLC并联）模块用于模拟输电线路，而接地（交流接地）模块，三相故障（三相故障整流器）模块用于模拟传输线模拟短路故障，三相变压器（两绕组）模块用于模拟变压器，
3）Synchronous Machine pu Standad（标准同步电机）模块用于模拟同步发电机
图 2-2 快速故障排除对暂态稳定性的影响
3）变压器的中性点通过一个小阻抗接地：
电压装置的中性点通过一个小电阻接地，只作用于接地短路。原因是零序电流在短路时通过接地电阻时消耗有功功率，一部分由发电机承担，从而增加发电机输出的电磁功率，从而降低加速功率，提高瞬态稳定性。
电力系统稳定性分析与仿真研究
电力系统稳定性分析与仿真研究1. 引言电力系统稳定性是指电力系统在各种外部和内部扰动下，维持稳态运行的能力。
稳定性问题一直是电力系统运行中关注的核心问题，稳定性分析与仿真研究是为了更好地预测系统稳定性、提高电力系统安全性和可靠性。
2. 电力系统稳定性分析2.1. 平衡态和暂态稳定性电力系统稳定性分析主要包括平衡态稳定性和暂态稳定性。
平衡态稳定性指电力系统在平衡点附近的稳定性，主要考虑扰动后系统是否能回到平衡态。
暂态稳定性指电力系统在大幅度扰动下的稳定性，主要考虑系统是否能在一定时间内恢复到新的稳定状态。
2.2. 稳定域和损失稳定性稳定域是指电力系统的可操作范围，超出稳定域的电力系统将发生损失稳定性。
损失稳定性包括小幅度损失稳定性和大幅度损失稳定性，分别对应系统在小扰动和大扰动下的失稳情况。
3. 电力系统稳定性仿真3.1. 仿真模型建立电力系统稳定性仿真需要建立准确的数学模型来描述电力系统的特性。
电力系统仿真模型主要包括传输线路模型、发电机模型、负荷模型和控制系统模型等。
3.2. 稳定性分析方法电力系统稳定性分析常用的方法包括直接分析法、间接分析法和数值仿真法。
直接分析法通过求解系统微分方程来分析系统的稳定性，适用于小扰动下的分析。
间接分析法基于系统的等效模型或敏感度分析来预测系统的稳定性。
数值仿真法通过对电力系统模型进行数值求解，得到系统的稳态和暂态响应，能够全面预测系统的稳定性。
4. 电力系统稳定性仿真案例研究4.1. 平衡态稳定性仿真通过建立包括发电机、传输线路和负荷的数学模型，采用数值仿真法，对电力系统进行平衡态稳定性仿真。
通过对系统的潮流、功角和频率等参数的分析，得到系统在不同运行情况下的稳定性指标，评估系统的稳定性。
4.2. 暂态稳定性仿真通过建立包括发电机、传输线路和负荷的动力学模型，采用数值仿真法，对电力系统进行暂态稳定性仿真。
通过对系统的暂态过程的仿真模拟，得到系统在大幅度扰动下的暂态响应，评估系统的暂态稳定性。
电力系统分析电力系统暂态实验报告
电力系统分析电力系统暂态实验报告备注：序号（一）、（二）、（三）为实验预习填写项v+-voutv +-vin Continuous pow erguii +-iline Vin1PI Section LineCurrentBreakerclose at 0.02 sec.2.572e5 v60 Hz10 ohms图6-14 Powergui模块参数设置（2）Ac Voltage Source模块：电源电压2.57kV，60Hz，参考实验一，参数设置如图6-15所示。
图6-15 AC Voltage Source模块参数设置（3）电阻：参考实验一，参数设置10欧姆。
（4）Breaker模块：断路器，设置内阻0.001欧姆，0.02秒闭合。
（a）（b）图6-16 Breaker模块参数设置（5）输电线П模型模块（Pi Section Line）：100公里，60Hz,串联电阻0.2568Ω串联感抗2mH ，并联容抗8.6nF 。
（a）(b)图6-17 Pi Section Line（输电线П模型）模块参数设置（6）其余量测元件参考实验一【参考波形】U1与U2电压：图6-18 U1与U2电压波形图输电线电流I line电流响应与局部放大响应：（a）（b）图6-19 输电线电流I line电流响应与局部放大响应五、程序调试及实验总结程序调试：在实验过程中，电阻模块没有注意看实验二电阻值的设定值，把设置成了实验一的电阻值，导致输出波形图跟实验指导给出参考的波形图相差甚大。
后面问了同学更改过来后能输出正确的波形了。
实验总结：通过这一次的实验，让我加深对于电力系统暂态稳定内容的理解，使得我能把课堂理论教学的知识与实践相结合起来，进而提高我对电力系统暂态表现的认识。
也让我通过进行实际操作的过程中，从实验中观察到系统暂态响应发生时的现象和掌握正确处理的措施，并使用用MATLAB/Simulink来观测输出的波形图，并进行分析。
电力系统分析仿真实验报告
电力系统分析仿真实验报告一、实验目的通过电力系统仿真，分析电力系统的稳定性和可靠性，对电力系统进行故障分析。
二、实验器材和条件1.电力系统仿真软件2.电力系统仿真实验模型3.稳定性和可靠性测试数据三、实验原理电力系统的稳定性是指系统在受到扰动或故障的情况下，能够迅速恢复到新的稳定工作点的能力。
电力系统的可靠性是指系统在正常运行和故障恢复状态下，能够保持稳定供电的能力。
四、实验步骤1.稳态分析：通过电力系统仿真软件，建立电力系统的稳态模型，并进行负荷流、电压稳定度和功率因数分析，以评估系统的稳态性能。
2.扰动分析：在稳态模型基础上，通过改变电力系统的节点负载和故障情况，引入扰动，并观察系统在扰动下的响应过程。
3.稳定性分析：根据扰动分析结果，通过故障恢复实验，研究系统的稳定性能，包括暂态稳定性和稳定控制方法。
4.可靠性分析：通过故障恢复实验和设备可用性分析来评估系统的可靠性，了解系统在发生故障时的可靠供电能力。
五、实验结果与分析1.稳态分析结果显示，电力系统的负荷流较大，但在正常运行范围内，电压稳定度和功率因数也较好。
2.扰动分析结果显示，在节点负载突然减少或故障发生时，系统的电压和频率会出现短时波动，但能够迅速恢复到新的稳态工作点。
3.稳定性分析结果显示，在故障发生后，系统能够通过自动稳定控制方法，有效恢复到正常工作状态，并保持稳定供电。
4.可靠性分析结果显示，系统在发生故障时仍能保持稳定供电，设备的可用性较高，但仍有少量设备故障需要及时维修或更换。
六、实验结论通过电力系统仿真实验，分析了电力系统的稳定性和可靠性。
实验结果表明，电力系统具有较好的稳态和暂态稳定性能，在故障发生后能够迅速恢复到正常工作状态，保持稳定供电。
但仍需加强设备维护和更换，提高电力系统的可靠性。
七、实验总结通过本次电力系统分析仿真实验，加深了对电力系统稳定性和可靠性的理解，掌握了利用电力系统仿真软件进行系统分析和故障恢复的方法。
实验报告2：电力系统暂态稳定性仿真
《电力系统暂态分析》课程实验报告姓名：学号：一、实验目的1、掌握PSS/E软件的使用，能够熟练地在仿真环境中建立仿真模型，并导入数据；2、掌握暂态仿真步骤和故障设置方法；3、能够分析仿真数据，利用等面积定则原理总结故障切除时间对暂态稳定的影响。
二、实验内容及步骤1.在PSS/E软件中搭建如图1所示仿真模型。
其详细数据见文件1mach1bus.raw。
图1 仿真模型示意图2.导入数据文件。
打开PSS/E程序，加载数据文件1mach1bus.raw；3.计算潮流。
点击Power flow→Solution→Solve(……)，点击Solve按钮，Close退出；4.显示潮流结果。
点击Power flow→Reports→Bus based reports，点击Go按钮，Close退出；潮流结果截图如图2所示。
图2 潮流计算结果5.转换发电机类型。
点击Power flow→Convert loads and generators，选择Generators，再选Use Zsorce，点击Convert按钮即可，Close退出；6.导入动态数据。
点击File→Open，导入1mach1bus.dyr，点击OK退出；7.设置仿真步长。
点击Dynamics→Simulation→Solution parameters，在Simulation parameters下面的Delta中填写步长为0.01，在Freq. filter中填写频率增量最大值为0.02，点击OK即可；8.设置要输出的变量。
点击Dynamics→Define simulation output（CHAN）→Machine quantity，选择母线1和4上发电机的相应Angle变量即可；9.选择输出文件，初始化并且运行到故障起始时刻。
点击Dynamics→Simulation→Perform simulation（STRT/RUN），在Channel output file中选择要输出到的out文件，比如选择a20（默认为a20.out）。
电力系统暂态稳定性试验
电力系统暂态稳定性实验
发电机。发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调 节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。实 验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗 值满足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源， 因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷 大”母线的条件。 四)原始计算数据、所应用的公式 电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各 发电机能否继续保持同步运行的问题 正常运行时发电机功率特性为：P1＝（Eo×Uo）×sinδ1/X1 短路运行时发电机功率特性为：P2＝（Eo×Uo）×sinδ2/X2 故障切除时发电机功率特性为：P3＝（Eo×Uo）×sinδ3/X3
若短路类型拨码开关打到“瞬时”位，按“三相短路”及“两相短 路”按钮的时间应超过保护动作时间0.5s；若打到“永久”位，只需 按一下短路按钮即可，但注意应在保护跳闸后重新打到“瞬时”位！
谢 谢！
(kW)
双回线运行方式 0．45
最大短路电流（A） 2.7
单回线运行方式 0.45
2.3
(kW)
双回线运行方式 0.45 单回线运行方式 0.45
最大短路电流 （A）
3.26
2.68
电力系统暂态稳定性实验
七)实验结果和实验现象的分析讨论
如右图示之，假定发电机功率特性的初始 工作点在曲线1的a点，短路发生后过渡到 功率特性曲线3的b点，由于惯性的作用， 发电机转速此时维持不变，功角δ仍为δ0， 其后因为输出的电磁功率减小，即由P1 变至P3，因而发电机转子开始加速，对 应功角δ开始增大；当功角δ增大δ1时故 障切除，功角特性由曲线3的c点过渡到功 率特性曲线2的e点，虽然输出的电磁功率 增大，即由P3变至P2，但由于惯性的作 用，发电机转速依然继续增加，直至沿着 功率特性曲线2加速到f点，对应功角δ增 大到δ2。由于此时输出的电磁功率大于原 动机的输入（机械）功率，发电机功角再 沿着功率特性曲线2回调减速，经过反复 振荡，最后稳定在功率特性曲线2的g点。 发电机的暂态稳定性起决于加速面积 Sabcd是否小于或等于减速面积Sefd；显 然，当故障发生后切除较慢时，δ1将增大， 加速面积Sabcd将增大，如果形成加速面 积Sabcd大于减速面积Sefd，将产生加速 倍增，整个机组将失去稳定。
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《电力系统暂态分析》课程实验报告
姓名：学号：
一、实验目的
1、掌握PSS/E软件的使用，能够熟练地在仿真环境中建立仿真模型，并
导入数据；
2、掌握暂态仿真步骤和故障设置方法；
3、能够分析仿真数据，利用等面积定则原理总结故障切除时间对暂态稳
定的影响。
二、实验内容及步骤
1.在PSS/E软件中搭建如图1所示仿真模型。
其详细数据见文件
1mach1bus.raw。
图1 仿真模型示意图
2.导入数据文件。
打开PSS/E程序，加载数据文件1mach1bus.raw；
3.计算潮流。
点击Power flow→Solution→Solve(……)，点击Solve按钮，
Close退出；
4.显示潮流结果。
点击Power flow→Reports→Bus based reports，点击Go
按钮，Close退出；潮流结果截图如图2所示。
图2 潮流计算结果
5.转换发电机类型。
点击Power flow→Convert loads and generators，选择
Generators，再选Use Zsorce，点击Convert按钮即可，Close退出；
6.导入动态数据。
点击File→Open，导入1mach1bus.dyr，点击OK退出；
7.设置仿真步长。
点击Dynamics→Simulation→Solution parameters，在
Simulation parameters下面的Delta中填写步长为0.01，在Freq. filter中填写频率增量最大值为0.02，点击OK即可；
8.设置要输出的变量。
点击Dynamics→Define simulation output（CHAN）
→Machine quantity，选择母线1和4上发电机的相应Angle变量即可；
9.选择输出文件，初始化并且运行到故障起始时刻。
点击Dynamics→
Simulation→Perform simulation（STRT/RUN），在Channel output file中选择要输出到的out文件，比如选择a20（默认为a20.out）。
在Run to 框中填写故障起始时刻，通常为0。
再点击Initialize，然后点击Run，即可完成，Close退出。
初始化结果截图如图3所示。
图3 初始化结果
10.设置故障。
点击Disturbance设置，比如选择Line fault，在From bus框
中填写2，在to bus框中3，在Admittance的R框中填写2E9，在X框
中填写-2，即可，点击OK退出；
11.运行到故障切除时刻。
点击Dynamics→Simulation→Perform simulation
（STRT/RUN），在Run to框中填写故障持续时间T1，比如T1=2s。
点击Run即可完成，Close退出；
12.清除故障。
点击Disturbance→Clear fault，选定要清楚的故障，点击GO
退出；
13.继续仿真。
点击Dynamics→Simulation→Perform simulation（STRT/
RUN），在Run to框中填写想要仿真的时间总长T=7.5s。
点击Run即可完成，Close退出。
14.改变故障持续时间T1=2.4s，输出的out文件改变为a24（默认为
a24.out），重复上述仿真，完成仿真后，Close退出。
15.改变故障持续时间T1=2.5s，输出的out文件改变为a25（默认为
a25.out），重复上述仿真，完成仿真后，Close退出。
16.改变故障持续时间T1=2.8s，输出的out文件改变为a28（默认为
a28.out），重复上述仿真，完成仿真后，Close退出。
17.打开PSS/E程序。
18.依次打开a20.out、a24.out、a25.out、a28.out文件。
19.在PSSE窗口中间左侧的Tree View窗口右下角选择Plot Data卡片。
选
择窗口中的Channel Files中4个out文件中的1-ANGL曲线，拖到主窗口即可显示相应曲线。
截图如图4，图5所示。
图4 T1=2s, 2.4s时的发电机1的功角曲线仿真结果
图5 T1=2s, 2.4s, 2.5s, 2.8s时的发电机1的功角曲线仿真结果回答问题：
（1）从图5中发电机1的功角变化曲线，说明了什么问题？功角变化曲线逐渐衰减的原因是什么？
答：说明发电机在故障后能否暂态稳定运行而不失步与故障切除时间有关，故障切除时间越小，发电机越容易达到暂态稳定稳定。
原因：故障切除时间小，在故障切除后，在调节作用下，各发电机转子之间相对角位移随时间而衰减，最后消失，系统达到暂态稳定。
（2）如果将动态数据文件1mach1bus.dyr中1号发电机惯性时间常数由H1=140s，改变为H1=100s，在发电机要保证发电机1不失步的前提下，故障切除时间是增大还是减小？请说明原因？
答：发电机惯性时间常数变小之后，功角的变化率增大，故障期间加速能量增加，若要保证发电机1不失步则切除故障时间应该减小，这样才能保证减速能量大于或等于加速能量，保持暂态稳定。
（3）观察图4中发电机1的功角变化的周期大概为多少秒？
答：4.6s。