基于Matlab的电力系统暂态稳定仿真实验与分析.pdf
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1、第 29 卷 第 4 期2010 年 4 月实验室研究与探索RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORYVol.29 No.4Apr.2010计算机技术应用基于 Matlab 的电力系统暂态稳定仿真实验与分析时宇琳,王宝华(南京理工大学 动力工程学院,江苏 南京 210094)摘要:提出了适用于时域仿真的数学模型。对实例进行分析,考虑单机无穷大系统和三机系统,使用 Matlab 编程求解所得的数学模型,仿真暂态过程中发电机转子摇摆曲线,从而判定电力系统的暂态稳定性。单机系统的仿真结果表明:发电机阻尼越大,故障切除时间越短,系统越容易稳定;三相短路故障时系统最容易
2、失稳。多机系统的仿真结果表明:Tj越大,达到稳定所需的时间越长;当 KV满足静态稳定要求时,KV越大,系统的暂态稳定性越好。对于多机系统,讨论了重合闸对暂态稳定的影响。该方法丰富了 Matlab 在电力系统暂态稳定方面的应用。关键词:发电机模型;暂态稳定;电力系统仿真;Matlab中图分类号:TM 712文献标识码:A文章编号:1006 7167(2010)04 0040 04Transient Stability Simulation and Analysis of Power SystemBased on MatlabSHI Yu-lin,WANG Bao-hua(College of P
3、ower Engineering,Nanjing University of Science Technology,Nanjing 210094,China)Abstract:Time domain simulation is a basic method for transient stability analysis of power system.The main content ofthis article is to build a mathematical model of single machine system and multi-machine system,then to
4、 use time do-main simulation to analyze and simulate their transient stability.The simulation results show that the single machine sys-tem is more stable with greater damping and shorter cut-time.Considering excitation,because of bigger Tjmulti-machinesystem needs more time to be stable.When KVmeets
5、 the requirements of static stability,the bigger KVis,the bettertransient stability is.At last,it is found that recloser is good for transient stability.The method enriches the applicationof Matlab in transient stability analysis of power system.Key words:generator model;transient stability;simulati
6、on of power system;Matlab收稿日期:2009 10 19作者简介:时宇琳(1986 ),女,江苏无锡人,硕士生,主要研究方向为电力系统稳定控制。Tel.:13851893493;E-mail:luoluosyl 通信作者:王宝华(1968 ),男,江苏海安人,博士,副教授,电力系统及其自动化实验室主任,研究方向为电力系统分析与控制。Tel.:13951845674;E-mail:wangbaohuaa 1引言电力系统稳定性包括静态稳定性与暂态稳定性。长期以来,电力系统稳定问题一直是一个复杂的研究课题。统计资料表明:电力系统稳定破坏事故中,暂态稳定破坏的事故率居首位 1。
7、可见对电力系统实施暂态稳定分析与控制对于提高系统运行的安全性和稳定性具有十分重要的意义。现有的电力系统暂态稳定分析方法主要有时域仿真法、暂态能量函数法和扩展等面积法 2-3。时域仿真法是通过求解描述故障发生前、故障期间和故障切除后电力系统运行状态的微分-代数方程组得到各发电机转子摇摆曲线,从而根据各发电机是否能够同步运行来判断系统的暂态稳定性。本文基于发电机的经典模型和计及励磁调节作用的模型提出了适用于时域仿真法的电力系统暂态分析的数学模型,然后使用 Matlab 仿真工具对单机无穷大系统和三机系统进行暂态分析和仿真。2时域仿真法算法的设计发电机采用实用 3 阶模型,考虑可控硅快速励磁自动电压
8、调节系统,此时电力系统中每台发电机的运行状态可用下列微分方程组 5来表示:i=i NTjii=N(Pmi Pei)Di(i N)Eqi=1Td0i(Eqei Eqi)Eqei=1Tei(Eqei KViVGi+KViUGi0+Eqei0)(1)式中Pe=EqVXdsin +U2(Xd Xq)2Xdxqsin 2Eq=XdXdEq(Xd Xd)UXdcos UG=XqU sin Xq()2+XeEq+XdU cos Xd()槡2式中各符号的含义见参考文献 5。利用 Matlab 编程仿真,得发电机转子摇摆曲线,从而判断电力系统稳定性。程序流程图见图 1。图 1算法设计流程图3单机无穷大系统的暂态
9、分析与仿真3.1系统模型图 2 为某一简单电力系统,忽略线路电容和电阻,线路电抗为 X,无穷大系统电压为 U=10。图 2简单电力系统假设系统参数为:Xd=0.238,XT1=0.13,XL=0.586,XT2=0.108,Pm=1.0,0=31.54,Tj=11.28,D=20,Td0=7,Te=0.2,KV=10,Xd=0.95,Xq=0.57。t0=0 s 输电线路始端发生三相短路,tc=0.1 s 时故障切除。系统的等值电路图如图 3 所示。将系统参数代入式(1)即可得故障发生前、故障期间和故障切除后电力系统运行状态的微分-代数方程组。(a)正常运行状态(b)故障期间(c)故障切除后图
10、 3系统等值电路图3.2计及励磁时的暂态稳定分析分析电力系统参数对暂态稳定仿真结果的影响。(1)阻尼 D 对仿真结果的影响。将阻尼变为原来的 5 倍即 D=100,在 tc=0.214 s 时切除故障,仿真结果如图 4 所示。图 4tc=0.214 s,不同阻尼下发电机的功角曲线由图可知,D=20,tc=0.214 s,系统已失稳;D=100,tc=0.214 s,系统仍然稳定的。这是因为故障发生后,由于机械功率和电磁功率的不平衡,发电机转子角加速运动,使得第一摆有明显的振荡,随后角速度非常大,又由于有足够强的阻尼,D 的值很大,根据=NTj(Pm Pe)D系统处于减速状态,因此发电机的阻尼作
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