电力系统分析第十七章《电力系统暂态稳定性》课件

第六章 电力系统暂态稳定分析

6。1概述

在正常的稳态运行情况下，电力系统中各发电机组输出的电磁转矩和原动机输入的机械转矩平衡，因此所有发电机转子速度保持恒定。但是电力系统经常遭受到一些大干扰的冲击，例如发生各种短路故障,大容量发电机、大的负荷、重要输电设备的投入或切除等等.在遭受大的干扰后，系统中除了经历电磁暂态过程以外，也将经历机电暂态过程。事实上，由于系统的结构或参数发生了较大的变化,使得系统的潮流及各发电机的输出功率也随之发生变化,从而破坏了原动机和发电机之间的功率平衡，在发电机转轴上产生不平衡转矩，导致转子加速或减速.一般情况下,干扰后各发电机组的功率不平衡状况并不相同，加之各发电机转子的转动惯量也有所不同、使得各机组转速变化的情况各不相同。这样，发电机转子之间将产生相对运动，使得转子之间的相对角度发生变化，而转子之间相对角度的变化又反过来影响各发电机的输出功率，从而使各个发电机的功率、转速和转子之间的相对角度继续发生变化.

与此同时，由于发电机端电压和定子电流的变化，将引起励磁调节系统的调节过程；由于机组转速的变化，将引起调速系统的调节过程；由于电力网络中母线电压的变化，将引起负荷功率的变化；网络潮流的变化也将引起一些其他控制装置(如SVC、TCSC、直流系统中的换流器）的调节过程，等等。所有这些变化都将直接或间接地影响发电机转抽上的功率平衡状况。

以上各种变化过程相互影响,形成了一个以各发电机转子机械运动和电磁功率变化为主体的机电暂态过程。

电力系统遭受大干扰后所发生的机电暂态过程可能有两种不同的结局。—种是各发电机转子之间的相对角度随时间的变化呈摇摆(或振荡)状态,且振荡幅值逐渐衰减，各发电机之间的相对运动将逐渐消失，从而系统过渡到一个新的稳态运行情况,各发电机仍然保持同步运行。这时,我们就称电力系统是暂态稳定的.另—种结局是在暂态过程中某些发电机转子之间始终存在着相对运动，使得转子间的相对角度随时间不断增大、最终导致这些发电机失去同步.这时称电力系统是暂态不稳定的。当一台发电机相对于系统中的其他机失去同步时，其转子将以高于或低于需要产生系统频率下电势的速度运行，旋转的定子磁场（相应于系统频率)与转子磁场之间的滑动将导致发电机输出功率、电流和电压发生大幅度摇摆，使得一些发电机和负荷被迫切除，严重情况下甚至导致系统曲解列或瓦解.

总第１８２　

基于ＭＡＴＬＡＢ的电力系统暂态　

稳定性仿真与分析　

郭吴坤李建　

（江阴职业技术学院电子信息工程系，汀苏江阴２ｌ４４０５）　

摘要：本文分析了单机无穷大系统模型，利用ＭＡＴＬＡＢ仿真软件，搭建了典型电力系统模型，并设置短路故障　

及短路时间进行仿真。仿真结果表明：当发生故障时，若能及时的切除故障，则系统会从新回到一个可以接受的　

稳态，但若不能快速地将故障切除，电流与电压将超过安全阀值，从而导致系统崩溃。　

关键词：电力系统；单机无穷大系统；暂态稳定性；ＭＡＴＬＡＢ；仿真　

中图分类号：ＴＭ７４３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１　４７９２（２０１７）１　００６８—０４　

Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　

Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＡＴＬＡＢ　

Ｇｕｏ　Ｈａｏｋｕｎ　Ｌｉ　Ｊｉａｎ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１４４０５）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｆ　ｍｏｄｅｌ　ｓｉｎｇｌｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎｆｉｎｉｔｅ　ｂｕｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｏｄｅｌ　

ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＡＴＬＡＢ．Ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆａｕｌｔ　ａｎｄ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　ｓｅｔ　ｕｐ．Ｔｈｅ　ｂｕｉｌｔ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ：ｗｈｅｎ　ａ　ｆａｉｌｕｒｅ　Ｏｃｃｕｒｓ，ｉｆ　ｔｉｍｅｌｙ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｆａｉｌｓ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｇｅｔ　ｂａｃｋ　ｔｏ　ａ　ｓｔｅａｄｙ　ｓｔａｔｅ；　

第七章 电力系统静态稳定

电力系统静态稳定：指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非同期失步，自动恢复到起始运行状态的能力。

实际上就是确定系统在某个运行稳态能否保持的问题。

第一节 简单系统的静态稳定

简单系统：单机-无穷大系统

隐极机：

sinRecos*•dqqqddqExUEIUIUIEUIP

功角特性曲线为： ● 转子运动方程：ETJPPdtdT220

在PT=PE的点，功率平衡，速度不变

● a、b两点为功率平衡点，

a为稳定平衡点，b为不稳定平衡点。

∴ 在功角特性曲线上升段的运行点是静态稳定运行点，在下降段的运行点是不稳定运行点。

静态稳定判据：0ddPE

静态稳定极限点：0ddPE，

其对应的功率称为静态稳定极限功率slP

其对应的功率角称为静态稳定极限功率角δsl

简单系统： Psl=Pmax

有功功率储备系数：%15%10000PPPkslp

第二节 负荷的静态稳定

本节中介绍转矩（有功功率）的方法，类似异步机起动的分析；

另有电压稳定的分析方法。

第三节 小干扰法分析简单系统的静态稳定 qE djx ljx 0UU

P0 PT Psl

a b

δsl 分析简单系统的静态稳定

⑴简单系统、简单网络：定子绕组方程可用功角特性表示

⑵不考虑调速器和原动机方程，PT = P0 = 常数

⑶不考虑励磁调节系统，if = 常数，Eq恒定

列状态变量偏移量的线性方程

状态方程：)sin(1)1(0dqTJxUEPTdtddtd

小干扰，0， 0

则 )sin(0dqExUEP

222000!21sindPdddPxUEEEdq

２００２年第２期　青岛远洋船员学院学报　ＶＯＬ．２３　ＮＯ．２　

船舶电力系统暂态稳定性分析　

张桂臣　

（青岛远洋船员学院机电系）　

提要船舶电力系统暂态稳定性是研究电力系统受到较大的扰动后各发　电机是否能继续保持同步运行的问题，分析在发生短路瞬间的稳定性，通过给出　功一角特性曲线阐明暂态稳定过程，并给出系统稳定性的判断。　关键词　电力系统暂态稳定性机电暂态过程功角特性等面积定则　

船舶电力系统的暂态稳定性：指正常运行的电力系统承受一定大小的、瞬时出现但又　立即消失的扰动后，恢复到近似它原有的运行状况的能力；或这种扰动虽不消失，但系统　可从原有的运行状况安全地过渡到新的运行状况的可能性。它是研究船舶电力系统受到　

较大的扰动后各发电机是否能继续保持同步运行的问题。　引起船舶电力系统较大扰动的原因归纳如下：　（１）　负荷的突然变化，投入或切除大容量的压载泵、空压机、锚机、舵机等的瞬间，甲　板克令吊起落货的时候。　（２）　电力系统的短路故障，此时的扰动最为重要，其中以三相短路最为危险。　当电力系统受到大扰动时，因原动机的调速器具有相当大的惯性，它必须经过一定的　时间后，才能改变原动机的功率。这样，作用在发电机转子轴上输出的电磁功率与输入的　机械功率之间的平衡遭到破坏，使发电机组转子轴上作用一个不平衡转矩。在这个转矩　作用下，发电机组转子开始改变其速度，使发电机的功率角度改变，从而使发电机转子间　产生了相对运动。发电机转子相对角度的变化，反过来将影响到电力系统中电流、电压及　

发电机组输出电磁功率的变化。　在分析暂态稳定性过程中，忽略发电机定子电流非周期分量和发电机的附加损耗，假　定原动机的输出机械功率恒定不变及电网频率为额定频率不变。　在正常运行情况下，若原动机的输出机械功率为Ｐ　，发电机输出的电磁功率ＰＩ应与　原动机的输出机械功率Ｐｍ相平衡，发电机的工作点，应由Ｐ　Ｔ与Ｐ　线的交点确定，即为　

ａ点，与此对应的功率角为６。。（见图１）　在发生短路瞬间，由于不考虑定子回路的非周期分量，则周期分量的功率是可以突变　的，于是发电机运行点由Ｐ　Ｔ突然降为ＰｌＩ。由于发电机组转子机械运动的惯性所致，功率