一種基于matlab的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MATLAB的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法。采用如下的步驟：確定電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析計算模型；電力平衡及潮流方式選擇；潮流分析；系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析；此方法充分發(fā)揮了MATLAB編程效率高、可靠性好、實時性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)復(fù)雜的控制方法進(jìn)行精細(xì)化仿真，快速實現(xiàn)模型的自定義，可擴(kuò)展性強(qiáng)，清晰明了、便與實施，能夠滿足電力系統(tǒng)新形勢下的需要。
【專利說明】
一種基于MATL AB的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MATLAB的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分 析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，時時刻刻處于不斷的擾動之中，擾動發(fā)生的時 間、地點(diǎn)、類型、嚴(yán)重性均有隨機(jī)性，在擾動發(fā)生后的系統(tǒng)動態(tài)過程中一旦發(fā)生穩(wěn)定性問題， 系統(tǒng)可能在幾秒內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重后果，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失及社會影響。因此，在電力系統(tǒng)規(guī) 劃、設(shè)計、運(yùn)行等工作中需要進(jìn)行大量的暫態(tài)穩(wěn)定分析。
[0003] 但隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，暫態(tài)穩(wěn)定問題的方程式階數(shù)越來越高，新元件不斷 接入電網(wǎng)，對電力系統(tǒng)仿真計算提出了更高的要求。一些電力系統(tǒng)仿真軟件在仿真計算速 度、新設(shè)備模型等方面已不能滿足當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的需要。
[0004] 隨著電力系統(tǒng)仿真精細(xì)化要求的快速提高，相關(guān)研究已經(jīng)被大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)所重 視，但目前該研究都集中在理論和小型實驗上面，還沒有投入到實際運(yùn)行的電力系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，提高仿真計算 效率和可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制方法和模型的自定義，可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠滿足電力系統(tǒng) 新形勢下的需要。
[0006] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，
[0007] -種基于MATLAB的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，采用如下的步驟：
[0008] 確定電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析計算模型；
[0009] 電力平衡及潮流方式選擇；
[0010] 潮流分析；
[0011] 系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析；
[0012] 其特征在于:系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析包括的步驟為：
[0013] 1)根據(jù)潮流運(yùn)行方式計算擾動前初值y(Q):暫態(tài)穩(wěn)定計算全系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型包含 描述電力系統(tǒng)有關(guān)元件動態(tài)特性的微分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程，電力系統(tǒng)有關(guān)元件動態(tài)特性 的微分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程的一般形式為
[0014] 式中：x，y分別為狀態(tài)變量和代數(shù)變量;代數(shù)變量y表示電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)，為電 力網(wǎng)絡(luò)方程求解的變量，狀態(tài)變量X為微分方程求解的變量，?表不狀態(tài)變量X的微分形式，g (x，y)表示電力網(wǎng)絡(luò)方程；
[0015] 2)由擾動前初值y(Q)求出系統(tǒng)中有關(guān)元件狀態(tài)變量的初值X(0);
[0016] 3)形成有關(guān)元件動態(tài)特性的微分方程式和電力網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)方程；
[0017] 4)置系統(tǒng)運(yùn)行的時刻t = 0;
[0018] 5)檢查在t時刻系統(tǒng)有無故障操作；
[0019] 6)如果有，則修改式(1)中的微分方程或代數(shù)方程中的有關(guān)方程式；
[0020] 7)解電力網(wǎng)絡(luò)方程g(x，y)=0,求得擾動后系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)y(t+o)，狀態(tài)變量x(t)不 會突變；
[0021] 8)用(XW，y(t+Q))或者(x(t)，y( t))代入式①中的微分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程求解；
[0022] 9)根據(jù)微分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程聯(lián)合求解結(jié)果以及判斷依據(jù)，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn) 定；
[0023] 10)令t = t+ Δ t，推算t+ △ t時刻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，時間間隔△ t稱為步長，暫態(tài)穩(wěn) 定計算中取〇. 〇5s，若滿足誤差，則:輸出發(fā)電機(jī)功角曲線，節(jié)點(diǎn)電壓曲線；
[0024 ] 11)判定時間是否到達(dá)預(yù)先給定的最大時刻tmax;
[0025] 12)輸出計算結(jié)果。
[0026] 進(jìn)一步地，步驟5中，若無擾動，則運(yùn)行步驟8。
[0027] 進(jìn)一步地，步驟9中，如已判明系統(tǒng)失穩(wěn)，則結(jié)束運(yùn)算，返回步驟12,輸出計算結(jié)果。 [0028] 進(jìn)一步地，步驟11中，如時間沒有到達(dá)預(yù)先給定的最大時亥Ijtmax，貝:返回步驟5，檢 查該時刻系統(tǒng)有無故障操作輸出。
[0029] 進(jìn)一步地，潮流分析中包括在simul ink中建立地區(qū)電網(wǎng)主接線潮流計算仿真模型 圖，在MATLAB中讀取Eexcel表格和TXT文本文件內(nèi)容，輸入電網(wǎng)各種參數(shù)進(jìn)行潮流計算，用 MATLAB編制牛頓-拉夫遜法或者PQ分解法潮流計算程序，進(jìn)行初步潮流計算。
[0030] 進(jìn)一步地，，包括：
[0031] 用MATLAB編制"Ν-Γ校驗程序完成各潮流方式下的靜態(tài)穩(wěn)定分析，根據(jù)輸電系統(tǒng) 靜態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)"Ν-Γ準(zhǔn)則進(jìn)行線路載流能力和電壓水平分析。
[0032] 進(jìn)一步地，，包括：
[0033] 對設(shè)計水平年工程所在地區(qū)進(jìn)行靜態(tài)穩(wěn)定分析，靜態(tài)穩(wěn)定分析采用輸電系統(tǒng)靜態(tài) 安全標(biāo)準(zhǔn)"Ν-Γ準(zhǔn)則，在所選擇的潮流方式基礎(chǔ)上，逐個無故障斷開線路、變壓器單一元件， 再進(jìn)行潮流計算，獲得N-1開斷后的潮流分布。
[0034] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：
[0035] 1)本發(fā)明提供了一種基于MATLAB的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，此方法充分發(fā)揮了 MATLAB編程效率高、可靠性好、實時性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)復(fù)雜的控制方法進(jìn)行精細(xì) 化仿真，快速實現(xiàn)模型的自定義，可擴(kuò)展性強(qiáng)，清晰明了、便與實施，能夠滿足電力系統(tǒng)新形 勢下的需要。
[0036] 2)在新建輸變電工程投產(chǎn)前，利用本方法對其進(jìn)行安全穩(wěn)定分析，可發(fā)現(xiàn)工程投 產(chǎn)后存在的問題，及時采取有效措施，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明基于MATLAB的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法實施流程圖；
[0038] 圖2是本發(fā)明實施例提供的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析流程圖；
[0039]圖3(a)是以凸極機(jī)為例，討論發(fā)電機(jī)與無限大系統(tǒng)間經(jīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)連接時Eq和PE與 其他變量的關(guān)系；
[0040]圖3(b)為一凸極式發(fā)電機(jī)與無限大系統(tǒng)間的等值電路，發(fā)電機(jī)只能以&和xq作為 其電動勢和等值電抗；
[0041]圖3(c)為Υιι···Υ22為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣元素；
[0042 ]圖3 (d)為y ?ο、y 12、y2〇為等值π電路中的導(dǎo)納；
[0043]圖4為ΙΕΕΕ9節(jié)點(diǎn)測試系統(tǒng)圖；
[0044] 圖5為發(fā)電機(jī)21在9節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)線路發(fā)生三相短路故障，故障發(fā)生的時間為1秒時切 除三相短路故障得出的功角曲線；
[0045] 圖6為發(fā)電機(jī)31在9節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)線路發(fā)生三相短路故障，故障發(fā)生的時間為1秒，在 1.5秒時切除三相短路故障，得出的功角曲線；
[0046]圖7為發(fā)電機(jī)21故障發(fā)生時間為1秒，線路發(fā)生三相短路故障，切除時間為2.5秒的 功角曲線；
[0047]圖8為發(fā)電機(jī)31故障發(fā)生時間為1秒，線路發(fā)生三相短路故障，切除時間為2.5秒的 功角曲線。
【具體實施方式】
[0048] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0049] 圖1中步驟1為確定電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析計算模型，為后期搭建地區(qū)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)做準(zhǔn) 備。系統(tǒng)主要模型包括:發(fā)電機(jī)(含勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)模型）、負(fù)荷、線路、變壓器、直流、無 功補(bǔ)償?shù)饶Ｐ?。在MATLAB/Simulink中，發(fā)電機(jī)模型主要包括簡化的同步電機(jī)模型、基本同 步機(jī)模型、標(biāo)準(zhǔn)同步電機(jī)模型，能夠滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)分析不同精度的要求。輸電線路模型 有等值模塊和分布參數(shù)等值模塊。負(fù)荷模型有靜態(tài)負(fù)荷模型、動態(tài)負(fù)荷模型和異步電動 機(jī)模型，可以最大限度模擬出實際負(fù)荷特性。
[0050] Simulink中Simpowersystems包括了電路仿真所需的各種元件模型，如電源模塊、 基礎(chǔ)電路模塊、電力電子模塊、電機(jī)模塊、連線器模塊、檢測模塊以及附加功率模塊等模塊 庫。每個模塊庫中包含各種基本元件模型，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行電力系統(tǒng)復(fù)雜模型的自 定義，實現(xiàn)電路和電力系統(tǒng)的精細(xì)化仿真。
[0051]模型選取，要考慮實際系統(tǒng)所用的元件型號、系統(tǒng)容量，仿真精度等因素，以發(fā)電 機(jī)實用模型選取為例，根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)型選取實用模型:對于具有實心轉(zhuǎn)子的隱極汽輪發(fā)電 機(jī)應(yīng)選取6階、4階及2階模型;對于具有凸極轉(zhuǎn)子的水輪發(fā)電機(jī)應(yīng)選取5階、3階及2階模型， 其中Eq /、Eq"、Ed"、Ed/電勢變化的5階和6階模型考慮了次暫態(tài)及暫態(tài)過程(詳細(xì)模型），考 慮Eq'電勢變化的3階模型和考慮Eq'EcT電勢變化的4階模型只考慮暫態(tài)過程，考慮Eq\ Ed'電勢恒定的2階模型和考慮E'電勢恒定的2階模型近似考慮勵磁調(diào)節(jié)的模型。在工程實 踐中，一般大容量發(fā)電機(jī)組采用現(xiàn)場實測的考慮阻尼繞組的次暫態(tài)(Eq"、Ed")變化的詳細(xì) 模型，中等容量的發(fā)電機(jī)組采用考慮暫態(tài)電勢( Eq'、Ed')變化模型E，小容量的發(fā)電機(jī)組采 用暫態(tài)電勢(Eq^EcT)恒定模型。
[0052]在構(gòu)建網(wǎng)架，輸入系統(tǒng)元件各參數(shù)時，需要?dú)w算時借助Excel表格可簡化運(yùn)算，提 高效率。
[0053]圖1中步驟2為電力平衡及潮流方式選擇，確定工程設(shè)計水平年，地區(qū)網(wǎng)架，對地區(qū) 負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測：因為地區(qū)可能有規(guī)劃在建的輸變電工程，因此確定工程設(shè)計水平年，才能確 定工程投產(chǎn)后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進(jìn)而才能對地區(qū)負(fù)荷增長進(jìn)行預(yù)測。負(fù)荷預(yù)測的方法主要有彈 性系數(shù)法、單耗法、回歸分析法等?？梢岳貌煌姆椒ㄟM(jìn)行預(yù)測，對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行綜合比 較，得到低、中、高三種方案，根據(jù)不同的情況采用不同的負(fù)荷預(yù)測方案。
[0054] 確定裝機(jī)規(guī)劃，備用容量等:根據(jù)系統(tǒng)預(yù)測的負(fù)荷水平，必要的備用容量以及廠用 電、網(wǎng)損容量確定系統(tǒng)所需的裝機(jī)容量水平。系統(tǒng)需要的發(fā)電設(shè)備容量應(yīng)該是系統(tǒng)綜合最 大負(fù)荷與系統(tǒng)綜合備用容量及系統(tǒng)中廠用電和網(wǎng)損所需的容量之和，即裝機(jī)水平=預(yù)測負(fù) 荷p max+備用容量+廠用電、網(wǎng)損。備用容量按備用的作用分為負(fù)荷備用、事故備用和檢修備 用。負(fù)荷備用一般取系統(tǒng)最大負(fù)荷的2%~5% ;事故備用一般取系統(tǒng)最大負(fù)荷的5%~ 10%，且不得小于系統(tǒng)中最大一臺機(jī)組的容量;檢修備用視系統(tǒng)年負(fù)荷曲線低谷面積的大 小，取檢修備用容量為系統(tǒng)綜合最大負(fù)荷的8%~15% ;
[0055] 對地區(qū)進(jìn)行電力平衡，編制電力平衡表:根據(jù)地區(qū)裝機(jī)規(guī)劃及負(fù)荷預(yù)測，進(jìn)行地區(qū) 電網(wǎng)設(shè)計水平年220kV層及以下電網(wǎng)電力平衡，編制電力平衡表。
[0056] 根據(jù)計算分析的目的，針對系統(tǒng)運(yùn)行中實際可能出現(xiàn)的不利情況，設(shè)定系統(tǒng)接線 和運(yùn)行方式，從下列三種運(yùn)行方式(正常方式、檢修方式、特殊方式）中分別選擇可能出現(xiàn)的 對系統(tǒng)安全穩(wěn)定不利的情況，進(jìn)行計算分析。潮流方式的選擇力求充分暴露工程投產(chǎn)后系 統(tǒng)存在的安全穩(wěn)定問題。
[0057] 圖1中步驟3為系統(tǒng)靜態(tài)安全分析。在進(jìn)行靜態(tài)安全分析前，要清楚系統(tǒng)中線路，變 壓器參數(shù)、型號及熱穩(wěn)定極限，作為是否過載判定的依據(jù)。根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，220kV變電站 的220kV母線，正常運(yùn)行方式時，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的-3 %~+7 % (213.4kV~ 235.4kV)，事故運(yùn)行方式時為系統(tǒng)額定電壓的-5%~+10%(209kV~242kV)，作為判斷母線 電壓是否在允許偏差范圍。
[0058]靜態(tài)安全分析采用輸電系統(tǒng)靜態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)"Ν-Γ準(zhǔn)則，即在所研究的潮流方式基 礎(chǔ)上，檢查逐個斷開電力系統(tǒng)中的單一元件(包括線路，變壓器等)后的系統(tǒng)進(jìn)行潮流計算， 判斷N-I開斷之后，設(shè)備負(fù)載電流值，系統(tǒng)母線電壓值，線路所承載的負(fù)荷是否在安全運(yùn)行 的范圍之類。對于直流輸電系統(tǒng)，則用暫態(tài)穩(wěn)定仿真程序模擬直流線路單極閉鎖，觀察直流 線路在暫態(tài)和動態(tài)過程之后是否存在安全問題。工程實踐中一般對線路、變壓器進(jìn)行"單一 元件故障"及"并列運(yùn)行的元件同時故障"等進(jìn)行校驗，判斷各個元件故障后電網(wǎng)內(nèi)各個設(shè) 備是否過載，系統(tǒng)母線電壓是否越限。
[0059]圖1中步驟4為系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析，時域仿真法是目前發(fā)展最成熟、使用最廣泛的 暫態(tài)穩(wěn)定分析法，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)研究、規(guī)劃、運(yùn)行、設(shè)計等方面。暫態(tài)穩(wěn)定計算全系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模型包含描述電力系統(tǒng)有關(guān)元件動態(tài)特性的微分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程。其一般形式 可寫為
[0061]式中：x，y分別為狀態(tài)變量和代數(shù)變量;代數(shù)變量y表示電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)是電 力網(wǎng)絡(luò)方程求解的變量，如節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓、各發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)注入電流等。在暫 態(tài)計算中一般不考慮電力網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)過程，因此，y在計算過程中可以突變。狀態(tài)變量X為微 分方程求解的變量，主要包括轉(zhuǎn)子角度k轉(zhuǎn)速ω、發(fā)電機(jī)內(nèi)電動勢等。
[0062]為使討論不過于繁瑣，假設(shè)短路后，勵磁機(jī)的勵磁電壓在強(qiáng)行勵磁裝置作用下立 即升到最大值uffmax。由于強(qiáng)勵作用，短路后發(fā)電機(jī)待求解的微分方程共有四個:一是勵磁機(jī) 的微分方程，BP
[0064]二是勵磁繞組微分方程，即
[0066]其余兩個是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程：
[0068]其中Τ??、Τ/〇、Τ:為時間常數(shù)，E/為暫態(tài)電動勢，Eqe為同步發(fā)電機(jī)的電動勢，Eqe?為 對應(yīng)uffmax的空載電動勢，Eq為空載電動勢，δ為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，ω〇為系統(tǒng)基準(zhǔn)角頻率，ω 為系統(tǒng)角頻率，Ρτ為發(fā)電機(jī)原動機(jī)輸出的機(jī)械功率，Ρε為發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率。
[0069]以凸極機(jī)為例，討論發(fā)電機(jī)與無限大系統(tǒng)間經(jīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)連接(如圖3(a)所示)時Eq 和Ρε與其他變量的關(guān)系。圖3(b)為一凸極式發(fā)電機(jī)與無限大系統(tǒng)間的等值電路，發(fā)電機(jī)只 能以矣j和xq作為其電動勢和等值電抗。圖3(c)中Yn. . .Υ22為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣元素，圖3(d)中 710、712、5^2()為等值31電路中的導(dǎo)納。二者有如下關(guān)系￥11 = 71()+712;￥22 = 72()+721;￥12 = ￥21 = 112 = -J2l〇
[0070]根據(jù)Eq的定義，Eq為發(fā)電機(jī)電動勢，則Eq和的關(guān)系為
[0072]式中Id為發(fā)電機(jī)電流/在d軸的分量。若假設(shè)q軸在垂軸方向，即&、我1均在垂 軸方向，則Id為j在水平軸線上的分量，即
[0076]消去式(7)中的Eq即可得E(rt5Eq/、δ的關(guān)系。
[0077]發(fā)電機(jī)的功率方程為：
[0078] 4 = Ε〇\γηIsin^i + EQU\Yl2\sini^-, + βη) 式（8)
[0079] 如果是隱極機(jī)，由于EQ = Eq，故有
[0081 ]隱極機(jī)功率方程式改寫為
[0083]式中，Yij為發(fā)電機(jī)電動勢節(jié)點(diǎn)i和j之間的互導(dǎo)納(Gij+jBij)，| Yij |為Yij的模值;δ" 為節(jié)點(diǎn)i的電壓鳥和節(jié)點(diǎn)j的電壓烏湘量間的夾角，8隊441和\為電動勢1：1和鳥相對于某 一參考相量的夾角
[0084] 步驟1和步驟2是進(jìn)行初值計算。初值計算包括對所有發(fā)電機(jī)及其勵磁系統(tǒng)、原動 機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)以及負(fù)荷相關(guān)變量初值的計算。
[0085] 在暫態(tài)穩(wěn)定計算之前，首先要根據(jù)選擇的潮流運(yùn)行方式進(jìn)行潮流計算，確定擾動 前的運(yùn)行動態(tài)，求出電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)，并由此求出電力系統(tǒng)中有關(guān)元件的狀態(tài)參數(shù) 初始值XWAQ)主要包括E qe(gPEq|o|)、E</ |ο|、δ|〇|、ω |〇|。它們也就是Eqe、E<Z、δ和ω的初值。 這些狀態(tài)變量在擾動前后是不突變的。
[0086] 步驟3是形成有關(guān)元件動態(tài)特性的微分方程式和電力網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)方程式。從步驟4 開始就進(jìn)入擾動以后電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化過程的遞推計算，首先置t = 0,假設(shè)暫態(tài)穩(wěn)定 的計算已進(jìn)行到t時刻，變量X(t)，y(t)為已知量，利用式（7)、式(8)可計算擾動后的E Q、Eq和 Pe，這三個變量在擾動前后是突變的。則微分方程式(2)、（3)、（4)右端項已知，可求得t = 0 時、δ和ω的變化率。
[0087] 步驟5首先檢查在t時刻系統(tǒng)有無故障操作，如果有，則進(jìn)入步驟6修改微分方程或 代數(shù)方程中的有關(guān)方程式，進(jìn)而計算故障后電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)y( t+())，狀態(tài)變量XW不會突 變，然后用(X(t)，y(t+Q))代入微分方程和代數(shù)方程求解。否則直接將(xw，yw)代入求解。 [0088]步驟8進(jìn)行微分方程和代數(shù)方程的求解，MATLAB提供了多種算法用于常微分方程 數(shù)值求解，可以采用Runge-Kutta法、改進(jìn)歐拉法、梯形積分法等?？刹捎梦⒎址匠膛c代數(shù)方 程交替或聯(lián)立求解的方法計算t+Δ t時刻的x(t+At)和y(t+At)。具體是這樣實現(xiàn)的，求解微分 方程(2)、（3)、（4)根據(jù)所選用的數(shù)值求解方法的遞推公式，計算經(jīng)過Δ t后EqnE/、δ和ω的 估計值，再利用式(6)、（7)計算經(jīng)過At后EQ、Eq和Ρ Ε的估計值。應(yīng)用以上結(jié)果，類似求得對應(yīng) A t時估計值的狀態(tài)變化率。再根據(jù)遞推公式計算經(jīng)過Δ t后EqnE/、δ和ω的校正值。如此， 推算出t+At時刻系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)后，進(jìn)入步驟10,根據(jù)適當(dāng)?shù)呐袚?jù)判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如已 判明系統(tǒng)失穩(wěn)，則結(jié)束運(yùn)算。否則，繼續(xù)下一時刻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，一直到預(yù)先給定的最大 時刻t max。如此可得到δ(和其他變量)~t的變化曲線。以上分析自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的方法完 全適用于自動調(diào)速系統(tǒng)，只需補(bǔ)充描述Ρτ變化的微分方程，然后聯(lián)立求解即可。圖1中步驟5 為控制措施，根據(jù)出現(xiàn)的不同故障采取不同的控制措施，節(jié)點(diǎn)電壓偏低采取的措施為安裝 無功補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)或者切負(fù)荷等。變壓器、線路過載采取的措施為切負(fù)荷。同步 穩(wěn)定問題采取的措施為切機(jī)。
[0089]實施例：按圖4提供的數(shù)據(jù)編寫mat lab程序，圖4為ΙΕΕΕ9節(jié)點(diǎn)測試系統(tǒng)圖。9節(jié)點(diǎn)網(wǎng) 絡(luò)線路發(fā)生三相短路故障，故障發(fā)生的時間為1秒，在1.5秒時切除三相短路故障，得出的功 角曲線如圖5、圖6所示。以發(fā)電機(jī)1號作為參考，得出與另外兩臺發(fā)電機(jī)21和發(fā)電機(jī)31的功 角差。由得出的曲線可以看出，在發(fā)生故障后，系統(tǒng)發(fā)生一系列震蕩。待故障切除后，系統(tǒng)震 蕩呈現(xiàn)不斷衰減的趨勢，最后系統(tǒng)基本歸于故障發(fā)生前的狀態(tài)。因此，可以判定出系統(tǒng)暫態(tài) 是穩(wěn)定的。
[0090]故障發(fā)生時間為1秒，線路發(fā)生三相短路故障，切除時間為2.5秒的功角曲線如圖 7、圖8所示。
[0091 ]由圖中所得的功角曲線可知，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，沒有及時切除故障，導(dǎo)致發(fā)電機(jī) 功角曲線發(fā)散，無法回到原來或新的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，可以判定系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)失穩(wěn)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于MTLAB的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，采用如下的步驟： 確定電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析計算模型； 電力平衡及潮流方式選擇； 潮流分析； 系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析； 其特征在于:系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析包括的步驟為： 1) 根據(jù)潮流運(yùn)行方式計算擾動前初值y w:暫態(tài)穩(wěn)定計算全系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型包含描述 電力系統(tǒng)有關(guān)元件動態(tài)特性的微分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程，電力系統(tǒng)有關(guān)元件動態(tài)特性的微 分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程的一般形式為(1) [gi.v, v)^0 式中：x，y分別為狀態(tài)變量和代數(shù)變量;代數(shù)變量y表示電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)，為電力網(wǎng) 絡(luò)方程求解的變量，狀態(tài)變量X為微分方程求解的變量，f表不狀態(tài)變量X的微分形式，g(x, y)表示電力網(wǎng)絡(luò)方程； 2) 由擾動前初值y(〇)求出系統(tǒng)中有關(guān)元件狀態(tài)變量的初值χ(〇); 3) 形成有關(guān)元件動態(tài)特性的微分方程式和電力網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)方程； 4) 置系統(tǒng)運(yùn)行的時刻t = 0; 5) 檢查在t時刻系統(tǒng)有無故障操作； 6) 如果有，則修改式(1)中的微分方程或代數(shù)方程中的有關(guān)方程式； 7) 解電力網(wǎng)絡(luò)方程g(x，y)=0,求得擾動后系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)y(t+o)，狀態(tài)變量x(t)不會突 變； 8) 用(XW，y(t+(n)或者(xW，yW)代入式(1)中的微分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程求解； 9) 根據(jù)微分方程和電力網(wǎng)絡(luò)方程聯(lián)合求解結(jié)果以及判斷依據(jù)，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定； 10) 令t = t+ Δ t，推算t+ Δ t時刻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，時間間隔Δ t稱為步長，暫態(tài)穩(wěn)定計 算中取0.05s，若滿足誤差，則:輸出發(fā)電機(jī)功角曲線，節(jié)點(diǎn)電壓曲線； 11) 判定時間是否到達(dá)預(yù)先給定的最大時刻tmax; 12) 輸出計算結(jié)果。2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5中，若無擾動，則運(yùn)行步驟8。3. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟9中，如已判明系統(tǒng)失穩(wěn)，則結(jié)束運(yùn)算， 返回步驟12,輸出計算結(jié)果。4. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟11中，如時間沒有到達(dá)預(yù)先給定的最 大時刻Uax，則:返回步驟5,檢查該時刻系統(tǒng)有無故障操作輸出。5. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，潮流分析中包括在simul ink中建立地區(qū)電 網(wǎng)主接線潮流計算仿真模型圖，在MATLAB中讀取Eexcel表格和TXT文本文件內(nèi)容，輸入電網(wǎng) 各種參數(shù)進(jìn)行潮流計算，用MATLAB編制牛頓-拉夫遜法或者PQ分解法潮流計算程序，進(jìn)行初 步潮流計算。6. 按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括： 用MATLAB編制"Ν-Γ校驗程序完成各潮流方式下的靜態(tài)穩(wěn)定分析，根據(jù)輸電系統(tǒng)靜態(tài) 安全標(biāo)準(zhǔn)"Ν-Γ準(zhǔn)則進(jìn)行線路載流能力和電壓水平分析。7.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，包括： 對設(shè)計水平年工程所在地區(qū)進(jìn)行靜態(tài)穩(wěn)定分析，靜態(tài)穩(wěn)定分析采用輸電系統(tǒng)靜態(tài)安全 標(biāo)準(zhǔn)"Ν-Γ準(zhǔn)則，在所選擇的潮流方式基礎(chǔ)上，逐個無故障斷開線路、變壓器單一元件，再進(jìn) 行潮流計算，獲得N-I開斷后的潮流分布。
【文檔編號】H02J3/00GK106026083SQ201610479004
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】孫淑琴, 曹華松, 王翀, 吳曉蓉, 秦美琪, 李永彬
【申請人】吉林大學(xué)