高电压系统仿真：电力系统暂态仿真_（13）.电力系统稳定性分析.docxVIP

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电力系统稳定性分析

1.引言

电力系统稳定性分析是电力工程领域中的一个重要课题，它涉及到电力系统在各种扰动下的响应和恢复能力。电力系统的稳定性可以分为静态稳定性和动态稳定性两大类。静态稳定性关注的是系统在小扰动下的恢复能力，而动态稳定性则关注系统在大扰动下的行为。本节将重点介绍电力系统的暂态稳定性分析，探讨在系统受到大扰动（如短路、发电机跳闸等）后，系统能否恢复到稳定状态。

2.暂态稳定性基本概念

暂态稳定性是指电力系统在遭受大扰动后，能否在有限的时间内恢复到稳定运行状态的能力。大扰动可能导致系统中的电压、频率和功率发生变化，进而影响系统的正常运行。暂态稳定性的分析通常包括以下步骤：

扰动识别：确定系统中可能发生的扰动类型及其影响范围。

动态模型建立：构建系统中的发电机组、输电线路、负荷等元件的动态模型。

仿真计算：利用仿真工具对系统在扰动下的行为进行模拟计算。

稳定性评估：根据仿真结果评估系统的暂态稳定性。

2.1扰动识别

电力系统中常见的大扰动包括短路故障、发电机跳闸、线路切除等。这些扰动会导致系统中的功率平衡被打破，进而引发暂态过程。扰动识别的目的是在仿真前明确可能发生的扰动类型及其位置，以便于后续的动态模型建立和仿真计算。

2.2动态模型建立

动态模型的建立是暂态稳定性分析的基础。电力系统中的主要元件包括发电机、输电线路、变压器、负荷等，每个元件都需要建立相应的动态模型。以下是几个常见的动态模型：

发电机模型：发电机模型通常包括电磁暂态模型和机械暂态模型。电磁暂态模型描述发电机的电压和电流变化，机械暂态模型描述发电机的转子运动。

输电线路模型：输电线路模型描述线路的电压和电流关系，通常使用π型等效电路。

变压器模型：变压器模型描述变压器的电压和电流变换关系，通常包括励磁支路和漏抗支路。

负荷模型：负荷模型描述负荷的动态特性，可以是恒阻抗、恒功率或恒电流模型。

2.3仿真计算

仿真计算是暂态稳定性分析的核心步骤。通过仿真工具，可以模拟电力系统在各种扰动下的动态响应。常用的仿真工具有MATLAB/Simulink、PSASP、PSS/E等。以下是一个使用MATLAB/Simulink进行暂态稳定性分析的简单示例：

2.3.1MATLAB/Simulink仿真示例

假设我们有一个简单的电力系统，包含一个同步发电机、一条输电线路和一个负荷。我们将使用MATLAB/Simulink进行暂态稳定性分析。

2.4稳定性评估

根据仿真结果，可以评估系统的暂态稳定性。评估方法包括：

功角特性分析：通过观察发电机的功角变化，判断系统是否稳定。

电压稳定性分析：通过观察系统中的电压变化，判断系统是否稳定。

频率稳定性分析：通过观察系统中的频率变化，判断系统是否稳定。

2.5暂态稳定性分析的应用

暂态稳定性分析在电力系统设计、运行和规划中具有重要意义。它可以用于：

故障分析：分析系统在不同故障类型下的行为。

保护装置设计：设计适当的保护装置，防止系统因暂态过程而失稳。

运行优化：优化系统的运行参数，提高系统的稳定性能。

3.发电机暂态稳定性模型

发电机是电力系统中的关键元件，其稳定性直接影响整个系统的暂态稳定性。发电机的暂态稳定性模型通常包括电磁暂态模型和机械暂态模型。

3.1电磁暂态模型

电磁暂态模型描述发电机在暂态过程中的电压和电流变化。常用的电磁暂态模型有：

同步发电机暂态模型：包括转子绕组的暂态过程和定子绕组的暂态过程。

直流电机暂态模型：描述直流电机在暂态过程中的电压和电流变化。

3.1.1同步发电机暂态模型

同步发电机的暂态模型可以使用以下方程描述：

V

V

其中：-Vd和Vq分别为定子绕组的d轴和q轴电压。-Ed和Eq分别为转子绕组的d轴和q轴电动势。-Ra为定子绕组的电阻。-Xd和Xq分别为d轴和q轴的同步电抗。-

3.2机械暂态模型

机械暂态模型描述发电机转子的运动过程。常用的机械暂态模型有：

转子运动方程：描述发电机转子的角速度和功角变化。

原动机和调速器模型：描述原动机的输出功率和调速器的动态特性。

3.2.1转子运动方程

转子运动方程可以表示为：

J

其中：-J为转子的惯性常数。-ω为转子的角速度。-Tm为原动机提供的机械功率。-Te为发电机输出的电磁功率。-D为阻尼系数。-ω

3.3发电机暂态稳定性分析示例

假设有一个同步发电机连接到电网，我们使用MATLAB/Simulink进行暂态稳定性分析。以下是一个简单的仿真模型示例：

3.3.1MATLAB/Simulink模型

建立模型：

添加同步发电机模块。

添加输电线路模块。

添加负荷模块。

添加故障模块。

设置参数：

发电机