本站原创摘 要：本论文以MATLAB为仿真平台进行了电力系统稳定性研究的建模和动态仿真分析,介绍了MATLAB/SIMULINK的基本特点以及应用MATLAB实现电力系统仿真分析的基本方法和步骤.建立了一个单机――无穷大系统的仿真模型,从电力系统潮流、线路短路电流和电压、暂态稳定计算和分析几个方面进行了仿真研究.根据仿真结果与电力系统实际情况相比较可以看出,基于MATLAB/SIMULINK的电力系统仿真研究能较准确直观地考察暂态过程中电力系统的动态特性,为深入应用和学习电力系统相关知识,实现电力系统的运行与控制提供了大量的有用信息.
关 键 词：仿真软件；模型仿真；单机―无穷大系统；系统故障；暂态稳定
中图分类号：TM712
随着现代电力系统的飞速发展,维持系统电压稳定的难度也逐渐增加.从本世纪七十年始,在世界上很多国家的大电网内部相继发生了多起由于电压稳定问题而导致的电力系统崩溃的事故.这些恶性事故的严重后果不但使科学工作者认识到了电压稳定性的重要性,也使电力系统稳定性研究引起了电力界的广泛关注.电力系统稳定性分析又涉及到复杂的电磁暂态和机电暂态过程,直观地再现和仿真其内在物理过程有着重要的工程意义.
1仿真模型的建立
本设计要模拟电力系统中的各类故障从而进行电力系统暂态仿真与分析,所以按照电力系统的要求,首先要建立一单机―无穷大供电系统模型,系统频率采用50Hz工频.单机模型与无穷大模型均使用同步电机仿真,之间使用双回路100KM模拟输电线路连接.如图1.
2暂态稳定性分析
研究电力系统的暂态稳定性,首先要模拟系统的扰动.前面提到了暂态稳定主要是在系统受到大扰动的情况下分析系统之中状态量的变化.在实际电力系统中,扰动的形式多种多样,常见的有短路故障、断线故障或它们的组合.短路又称横向故障,断线又称纵向故障.短路故障又分为三相短路、单相短路、两相短路和两相接地短路.断线故障可分为单相断线、两相断线和三相断线,一般情况下,电力系统中一次只有一处故障,称之为简单故障,但也有可能有两处或两处以上同时发生故障.
2.1单机机端单相短路分析
选择模型中发电机极端的三相电路短路故障发生器Three-PhaseFault1,将其故障设置为A相短路,短路故障时间为0.3S至0.5S,并选择故障相接地选项.设置完电路图和仿真参数后,下面进行电路仿真.激活仿真按钮,查看仿真波形图.
根据前面分析的,由于故障时出现了加速功率,所以发电机开始加速,经过一段时间后就出现是否能继续保持同步运行的问题.由图2可以看出来,在0.3S―0.5S的时间内,发电机的转速一直在上升,0.5S转速达到1.034（Pu）时,故障解除,转速开始回落.重新过度到另一个稳定状态,说明系统仍然能够保持同步,没有失稳.
2.2单机机端三相短路分析
发电机是电力系统的关键设备,其状态的好坏直接影响整个电网的稳定性和运行的可靠性.发电机出口端或附近发生短路故障时,短路电流的幅值大,而且从短路开始至第一次短路电流过零经历的时间较长,大约需要20ms-150ms.这给发电机造成很大的危害,同时也对其保护设备提出更高的要求.因此,对其短路过程进行具体分析,寻找行之有效的保护措施是十分重要的.
由图可以看出来,大容量电力系统发生三相短路时,短路电流很大,可达几万安甚至几十万安.如此大的短路电流对供电系统的运行产生极大的危害,而且供电系统中存在着电感等储能元件,使得短路电流的分析变得复杂.因此对于大容量电力系统发生三相短路的分析是必要的.
3远端发电机突然断开时系统暂态稳定性分析
设置无穷大电源端的三相断路器Three-PhaseBreaker1的初始状态为关断状态,在0.6S时让其打开,模拟无穷大电源突然从电力系统断开的情况,观察系统中各电气量的变化情况.设置为0.6S是为了让系统在前面的时间里充分的稳定,这样有利于更好的观察扰动时的波形.
4结束语
在利用MATLAB/SIMULINKPSB工具箱进行电力系统故障暂态仿真的基础上,通过自己动手搭建电力系统模型、仿真并分析电力系统在各类故障下的电磁暂态与机电暂态特性,具体考察研究了能够影响电力系统的暂态稳定性的因素.根据仿真出来的各状态量的变化情况与实际电力系统中的经验结论相比较,可以看出来,基于MATLAB/SIMULINK仿真工具强大的计算能力,其确实能够将电力系统中复杂的暂态变化情况真实、准确、直观地反映出来,更加验证了MATLAB/SIMULINK在电力系统稳定性研究分析中具有极高的可操作性.