简单电力系统暂态稳定性计算与仿真设计

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本科毕业论文(设计)

论文题目简单电力系统暂态稳定性计算与仿真 学生 妞妞 指导老师 学 院 中南大学继续教育学院 专业班级电气工程与其自动化2014专升本 完成时间 2016年5月1日 中 南 大 学 毕 业 论 文（设 计）任 务 书 2 / 32

函授站(点): 应用工程职业学院继续教育分院 专业: 电气工程与其自动化 年级：2014级 学生：妞妞

毕业设计（论文）题目： 起止日期： 年 月 日—— 年 月 日 指导教师：

毕业设计（论文）要求（包括日程安排和进度）： 一、日程安排和进度

二、论文要求 阶段 阶 段 容 起止时间

注：本任务书由指导教师填写并经审查后，一份由学生装订在毕业设计（论文）的封面之后，原件存函授站。

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毕 业 设 计（论文）成 绩 单 3 / 32

函授站(点): 专业: 年级： 学生： 毕业设计（论文）题目：

指导老师评语：

指导老师建议成绩： 指导老师签名： 年 月 日 4 / 32

评审意见： 评审人签名： 年 月 日

毕业设计（论文）答辩评语与成绩

成绩： 专业毕业设计（论文） 答辩委员会主任签名： 年 月 日 审查意见：

院（系）负责人签名： 年 月 日 注：此成绩单一式两份，一份装入学生个人学籍档案，一份装订入毕业论文中。 摘 要 5 / 32

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，会给发电厂以与用户和电厂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，能够满足电网可能遇到的多种故障方面运行的需要。 论文以MATLAB R2009b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，设计得到了在该系统发生各种短路接地故障并故障切除的仿真结果。 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:电力系统；暂态稳定；MATLAB；单机—无穷大；

目录 6 / 32

前言 ............................................................................... 1 第一章 电力系统稳定性概述 ........................................................... 1 1.1 电力系统的静态稳定性 ......................................................... 1 1.2 电力系统的暂态稳定性 ......................................................... 1 第二章 基于MATLAB的电力系统仿真 .................................................... 3 2.1 电力系统稳定运行的控制 ....................................................... 3 2.2 MATLAB与SimPowerSystem简介 ................................................. 3 2.3 配电网的故障现状与分析 ....................................................... 4 2.4 暂态稳定仿真流程 ............................................................. 5 第三章 单机—无穷大暂态稳定仿真分析 ................................................. 5 3.1 电力系统暂态稳定性分析 ....................................................... 6 3.1.1 引起电力系统大扰动的原因 .................................................... 6 3.1.2 定性分析 .................................................................... 6 3.1.3 提高电力系统稳定性的措施 .................................................... 8 3.2 单机—无穷大系统原理 ......................................................... 9 第四章Simulink下SimPowerSystem模型应用 ........................................... 18 4.1 仿真模型的搭建 .............................................................. 19 4.2 运行效果仿真图 .............................................................. 20 4.2．1 改变故障模块中的短路类型 .................................................. 20 4.2．2 改变系统中的元件参数(改变线路的电阻) ...................................... 17 4.3 加入电容补偿器后的的仿真图 .................................................. 25 4.4 小结........................................................................ 29 第五章 结论和展望 .................................................................. 30 参考文献........................................................................... 32 7 / 32

0 前言 随着电力系统规模不断扩大，系统发生故障的影响也越来越大，尤其大区域联网背景下的电力系统故障将会给经济、社会造成重大经济损失，因此保证电力系统安全稳定运行是电力生产的首要任务。电力系统是一个复杂的动态系统，一方面，它必须时刻保证可靠的电能质量；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、严重程度均具有较大的随机性。当扰动发生后，一旦发生稳定性问题，系统可能会在几秒发生严重后果。对于系统某一特定的稳定运行状态，以与对于某一特定的扰动，如果在扰动后系统能达到一个可以接受的稳定运行状态，则系统运行处于暂态稳定。在电力系统规划、设计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，可以看到各种稳定措施的效果以与稳定控制的性能。因此，通过时域仿真来验证电力系统在某一状态时是否稳定，具有重要的理论和实际意义。

第一章 电力系统稳定性概述 1.1 电力系统的静态稳定性 电力系统的静态稳定性是指电力系统受到小干扰后，不发生自发震荡或非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。电力系统几乎时时刻刻都受到小的干扰。例如：系统中负荷的小变化；又如架空输电线路因摆动引起的线间距离（影响线路电抗）的微小变化等等。因此，电力系统的静态稳定问题实际就是确定系统的某个运行稳态能否保持的问题。

1.2 电力系统的暂态稳定性 电力系统暂态稳定性是指电力系统在某个运行情况下突然受到较大扰动后，能否经过暂态过程达到新的稳定状态或恢复到原来的状态。这里所谓的大干扰，一般是指短路故障、突然断开线路或减小发电机出力等。如果受到大的干扰后仍能达到稳定运行，则电力系统在这种情况下是暂态稳定的。反之，如果系统受到大的干扰后不能再建立稳态运行状态，而是各发电机组转子间一直有相对运动，相对角不断的变化，因而系统的功率、电流和电压都8 / 32

不断震荡，以致整个系统不再能继续运行下去，则称为系统在这种运行情况下不能保持暂态稳定。引起电力系统大扰动的原因很多，归纳起来，主要有以下几种。

一、引起电力系统大扰动的主要原因 （1）负荷的突然变化。如切除或投入大容量的用户引起较大的扰动。 （2）切除或投入系统的主要元件。如切除或投入较大容量的发电机、变压器和较重要的线路引起的大的扰动。

（3）电力系统的短路故障。它对电力系统的扰动最为严重。在短路故障中，其中以三相短路最为危险，引起电力系统的扰动最大，于是系统的暂态稳定性常常遭到破坏。但此种严重故障发生的次数最少，据统计，在高压电力系统中发生三相短路的次数一般占总短路次数的6%~7%左右。

两相接地短路和两相短路对于电力系统的扰动也较大，其中两相接地短路的危害程度仅次于三相短路。但在一般的高压系统中发生这两种短路的次为23%~24%左右，比三相短路发生的次数要多。

单相短路在高压系统中发生的次数最多，一般可占70%左右。但单相短路对系统的扰动在短路故障中是最小的，其中瞬时性雷击单相短路又占单相短路的70%左右，它对系统的影响就更小了。

二、暂态过程按时间分为下面三个阶段 （1）起始阶段：指故障后约1s的时间段。在这期间系统中的保护和自动装置有一系列的动作，例如切除故障线路和重合闸、切除发电机等。但是在这个时间段中发电机的调节系统还来不与起到明显的作用。

（2）中间阶段：在起始阶段后，大约持续5s左右的时间段。在这期间发电机组的调节系统已发挥作用。

（3）后期阶段：中间阶段以后的时间。这时动力设备中的过程影响到电力系统的暂态过程。另外，系统中还将由于频率和电压的下降，发生自动装置切除部分负荷等操作。