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； ｂｕｔ ｉｆ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ｒｅｍｏｖｅｄ，ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｌｌ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ，ｃａｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｃｒａｓｈ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｍｏｄｅｌ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｂｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ＭＡＴＬＡＢ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０引言 随着电力系统规模的不断扩大以及智能电网对 可以分为下面几种：（１）切除或投入如发电机，变压 器、线路等元件；（２）负荷的急剧改变，比方说骤然增 电力系统的要求不断提高，电力系统暂态稳定性问 题越来越被关沣…。电力系统暂态稳定主要是研究 系统在不同的运行情况下，在遇到不同原因的扰动 之后，发电机及系统中的负荷能否继续保持正常运 加或减少大容量等；（３）发生短路故障。在各种干扰 中，短路故障的情况相对严重，故将其认为是榆验系 统是否具备稳定的条件【３ ４ｌ。 ＭＡＴＬＡＢ仿真软件凭借其简单而较为强大的 转状态的问题ｔ２ｌ。如果原始系统在遭受破坏之后，还 能够回到初始状态，则称之为暂态稳定。造成干扰的 计算与仿真功能，广泛应用于各类电力系统理论计 算建模【５．８】与电力模型搭建仿真１９－１１Ｉ中。本文利用 ＭＡＴＬＡＢ仿真软件，搭建典型电力系统模 ，并设 ★基金项同：江苏省高等！学校大学生创新创业训练计划项Ｆ１ （编号：２０１６１３１３７００８Ｙ）；江阴职业技术学院高等教育教学改 革研究课题（编号：２０１６．ＪＧ—Ｄ一０３） 一置短路故障及短路时问，以模拟实际情况下发生短 路故障后将故障切除的情况，观察故障不同时问内 ６８一 切除后电力系统是否能保持稳定等现象。 １单机无穷大系统模型 ２单机无穷大系统仿真 在一般的电力系统暂态稳定性分析过程中，单 机无穷大作为一个理想状态下的系统也是最常采用 在研究电力系统某些现象时，一般针对最简单 最常见的单机无穷大系统先进行研究。正常运行时， 发电机经过变压器和双回路输电线路向无穷大母线 送电，且近似认为该系统功率无穷大，频率恒定，电 压恒定，以简化实际模型，更有利于得出结论，简化 的模型之一。关于单机无穷大系统，可以做出以下假 设：（１）认为其功率无穷大；（２）频率恒定，电压恒定。 利用ＭＡＴＬＡＢ工具箱中所带模拟元件搭建单机无 穷大系统仿真模型，如图二所示。 假设线路Ｌ２出口处发生单相接地短路，１．２ｓ时 切除故障，具体仿真图如图三所示，即当系统发生单 相短路时，系统的机端电压会急剧减小，机端电流会 急剧增大，从而影响整个系统的稳定。但是如果能够 迅速切除故障，那么系统将会重新回到稳定状态。假 计算过程。如图一所示，即为单机无穷大系统正常 运行方式下的系统图和等值电路。 （ａ）系统模型 设线路Ｌ２出口处发生三相接地短路，分别设置１．２ｓ 和１．０５ｓ时切除故障，具体仿真图如图四、图五所 示，即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。对比图 （ｂ）等值电路 图一单机无穷大系统正常运行简化模型 四和图五可知：快速切除故障对于提高电力系统暂 态稳定性起着决定性的作用。 图二单机无穷大系统仿真模型 一 ６９ — 图三单相接地短路（１．２ｓ切除）机端电压仿真图 图五三相接地短路（１．０５ｓ切除）机端电压仿真图 切除故障的现象 六所示。 双机系统仿 连接效果 盘ＩＪ 假设线路Ｌ２出¨处发乍 柑接地 路，】．】Ｓ ｝ｊ、ｆ切除故障，具体仿真 如同Ｌ所，Ｊ ． Ｊｊ 机尤穷 大系统相比，双机系统的稳定性 篪一些 这也验 ｊ 复杂电力系统的暂态稳定性比较般这一 沦， ｛故障发生时， 机端电，Ｋ与也流郝 图四三相接地短路（１．２ｓ切除）机端电压仿真图 机时ｆｆＪＪ 较大，不过快速切除故障这一 ｆ施对于舣机系统同 ３双机对称系统仿真 样适川 有的单机尢穷大系统模 的 础 建 双饥埘称系统以观察 发， 相接地短路并迅速 图六双机系统仿真模型 一７０一 参考文献 ［１】郭吴坤，吴军基．Ａｇｅｎｔ技术在中困钾能电网建设中的 也用［ＪＪ．电网 ｊ清沽能源．２０１４，３０（０２）：１２．１６． 【２】张颖，金维香．基于ＭＡＴＬＡＢ的电力系统暂态稳定仿 真研究【Ｊ］．大电机技术，２００４．（０１）：４６－４８． 【３】时字琳，王宝华．基于Ｍａｔｌａｂ的电力系统暂态稳定仿 真实验‘ 分析［Ｊ】．实验室研究‘ 探索，２０１０，（０４）：４０—４３． （ａ）机端电 仿真罔 【４】都伟杰，张俊芳，刘鹏，等．基于ＭＡＴＬＡＢ的电力系统 暂态稳定性仿真研究［Ｊ】．电网 清沽能源，２００９，（０１）：１７－２０． 【５］郭吴坤．低 电力线通信信道噪声建模研究【Ｄ】．南京： 南京坪Ｉ 大学，２０１３． 【６】郭吴坤，吴军基，衡思坤，等．低压电力线通信信道噪声 建模及仿真【Ｊ】．电力系统保护 ｊ控制，２０１２，４０（１３）：６１－６６． 【７】郭吴坤，吴军基，应展烽，等．一种改进的 ５尔科大链及 其在电力线通信信道脉冲噪声建模中的 用【Ｊ】．电力系统保 （ｂ）机端电流仿真罔 图七双机系统三相接地短路（１．１ｓ切除）仿真图 护＿ＩＪｊ控制．２０１２，４０（０５）：ｌ２９．１３２． 【８】吴军基，郭吴坤，孟绍良，等．电力线通信信道背景噪声 建模研究【Ｊ】．电力系统保护卜ｊ控制，２０１１，３９（２３）：６一１０． 【９】陆娴，郭吴坤，陆冈超．同步电机最优励磁控制系统设 ４结束语 本文在分析单机无穷大系统模型的基础上，利 用ＭＡＴＬＡＢ仿真软件，搭建了典型电力系统模型 计【Ｊ】．电 Ｉ：电气，２０ｔ ｌ，（１ １）：２５—２８． 【１０】陆娴，郭吴坤，陆困超．基于ＭＡＴＬＡＢ的ＡＧＶ运行 （单机无穷大系统、双机对称系统），并设置短路故障 及短路时间．以模拟实际情况下发生短路故障后将 故障切除的情况，观察故障不同时间内切除后电力 故障仿真研究【Ｊ］．科学技术 Ｉ 程，２０１ Ｉ，ｌ １（０９）：２１４９—２１５１． 【ｌｌ】陆娴，陆国超．郭吴坤．同步电机最优励磁 ｊ ＰＳＳ算 法比较研究【Ｊ】．～ 业控制计算机，２０１ １，２４（１０）：９９—１００． 系统是否能保持稳定等现象。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。 作者简介 郭吴坤（１９８７一），汉．男，江苏汀阴人，讲师，硕上，丰要 研究 向：电气Ｉ：程及其自动化。 ７１
