福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)_電力系統(tǒng)公角穩(wěn)定的影響分析

1、<p><b>　　福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目： 故障類型對(duì)電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的 </p><p>　　影響分析 　 　 </p><p>　　姓 名： 林郭建 　　</p&

2、gt;<p>　　學(xué) 號(hào)： 210992017 　　</p><p>　　系 別： 電氣工程 　　</p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 　</p><p>　　年 級(jí)： 2009級(jí) 　</p><p&g

3、t;　　指導(dǎo)教師： 　 　　</p><p>　　2013年 5 月 20日</p><p><b>　　獨(dú)創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在標(biāo)注中說明；其他同志對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的啟發(fā)和貢獻(xiàn)均已在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人

4、獨(dú)立完成。特此聲明。</p><p>　　論文作者簽名： 日期： </p><p>　　關(guān)于論文使用授權(quán)的說明</p><p>　　本人完全了解福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)院有權(quán)保留送交論文的印刷本、復(fù)印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱；學(xué)院可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其他

5、復(fù)制手段保存論文。保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定。</p><p>　　論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： </p><p>　　故障類型對(duì)電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著電力應(yīng)用在世界各國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇

6、，在電力市場(chǎng)條件下供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性問題日益凸現(xiàn)顯。電力系統(tǒng)如果失去穩(wěn)定，那么它所造成的損失是無法用數(shù)字來計(jì)算的。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與否將嚴(yán)重的影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。為了保障利益的最大化，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性已經(jīng)成為世界各國(guó)關(guān)于電力建設(shè)的主要問題和探討方向。由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性包括電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定。因此研究分析電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性是分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性當(dāng)中一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)。</p><p>　　維持整個(gè)電力系統(tǒng)的

7、功角穩(wěn)定能為系統(tǒng)帶來如下好處：一方面穩(wěn)定的系統(tǒng)能帶來穩(wěn)定的電壓，并且提高電能質(zhì)量的同時(shí)，還能避免引起短路導(dǎo)致的大電流和低電壓的狀況，從而降低供電系統(tǒng)的危險(xiǎn)性；從另一個(gè)方面分析，倘若電力系統(tǒng)的功角失穩(wěn)，可能會(huì)發(fā)生部分電網(wǎng)保護(hù)發(fā)生故障或者誤操作，最終引起重大的電力事故。例如大面積停電，電網(wǎng)瓦解，嚴(yán)重的影響用戶生產(chǎn)生活與工業(yè)產(chǎn)出。</p><p>　　本論文結(jié)合專業(yè)理論知識(shí)，利用電力系統(tǒng)仿真軟件BPA軟件為輔助工具，通

8、過輸出報(bào)告分析來電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。應(yīng)用《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》和《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》中簡(jiǎn)單的例題做為例子，由給定的數(shù)據(jù)，然后使用BPA軟件進(jìn)行續(xù)潮流計(jì)算，得出數(shù)學(xué)模型后進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)，功角穩(wěn)定，BPA應(yīng)用</p><p>　　Type of Fault on The Power System Angle</p><p>　　S

9、tability Analysis</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the application of power in the world of increasing competition in the electricity market under the conditions of security an

10、d stability of power system problems were becoming increasingly apparent. If you lose power system stability, so it is impossible to use the loss figures to be calculated. Power system is stable or not will seriously aff

11、ect the social and economic fields. In order to protect the interests of maximizing improve power system stability has become a world power constructi</p><p>　　Maintain the entire power system angle stabilit

12、y for systems bring the following benefits: on the one hand a stable system can bring a stable voltage, and improve power quality at the same time, but also to avoid causing a short circuit caused by high current and low

13、 voltage conditions, thereby reducing the risk of the power supply system; analysis from another aspect, if the power angle power system instability may occur some failure or malfunction of electrical protection, and ult

14、imately lead </p><p>　　This paper combines theoretical knowledge, the use of BPA power system simulation software software aids come through the output report analyzes the power system stability. The use of

15、"power system transient analysis" and "steady-state analysis of power systems" as the example of the simple examples from the given data, and then use the software to continue the trend of BPA calcula

16、ted the mathematical model for transient stability analysis after.</p><p>　　Keywords: Power system, Angle stability, The application of BPA</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

17、;<b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 研究意義2</p><p>　　1.3 分析方法2</p><p>　　1.4 研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　第2章 同步發(fā)電機(jī)模型4</p><p>　

18、　2.1 同步發(fā)電機(jī)關(guān)于電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定現(xiàn)象與機(jī)理4</p><p>　　2.2同步發(fā)電機(jī)的模型意義4</p><p>　　2.3同步發(fā)電機(jī)的七階模型推導(dǎo)6</p><p>　　2.4同步發(fā)電機(jī)的六階模型推導(dǎo)8</p><p>　　2.5同步發(fā)電機(jī)的五階模型推導(dǎo)9</p><p>　　2.6同步發(fā)電機(jī)的四階模

19、型推導(dǎo)9</p><p>　　2.7同步發(fā)電機(jī)的三階模型推導(dǎo)11</p><p>　　2.8同步發(fā)電機(jī)的三階模型推導(dǎo)12</p><p>　　2.8同步發(fā)電機(jī)的二階模型推導(dǎo)12</p><p>　　2.9同步發(fā)電機(jī)模型總結(jié)13</p><p>　　第3章 BPA的介紹和穩(wěn)定性分析15</p>

20、<p>　　3.1 BPA概述15</p><p>　　3.1.1 BPA的介紹15</p><p>　　3.1.2 BPA的功能15</p><p>　　3.1.3 BPA部分使用介紹16</p><p>　　3.2 例題8-1穩(wěn)定性分析19</p><p>　　3.2.1 單相短路設(shè)計(jì)24&l

21、t;/p><p>　　3.2.2 兩相短路設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.2.3 三相短路設(shè)計(jì)27</p><p><b>　　結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　謝辭32</b><

22、;/p><p>　　附錄1 《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》例題3-6的BPA潮流計(jì)算程序33</p><p>　　附錄2 《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題8-1的BPA潮流計(jì)算程序34</p><p>　　附錄3 《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題8-1的BPA單相短路暫態(tài)分析程序35</p><p>　　附錄4 《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題8-1的BPA兩相短路暫態(tài)分析

23、程序36</p><p>　　附錄5 《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題8-1的BPA三相短路暫態(tài)分析程序37</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　伴隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展也與時(shí)俱進(jìn)。電能是社會(huì)

24、發(fā)展和科學(xué)技術(shù)前進(jìn)中必不可少因素。由于我們處于電氣時(shí)代，現(xiàn)階段基本可以認(rèn)為，電能已經(jīng)是人類賴以生存和發(fā)展的基本能源保障。因此電力行業(yè)在社會(huì)發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步中發(fā)揮著舉足輕重的作用。從反方面而言，失去電力工業(yè)的支持和應(yīng)用，那么就一定不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)階段如此飛速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)。為了保持著飛速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，必須保證穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，并且有它提供優(yōu)質(zhì)的電能。世界各國(guó)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理有這樣幾個(gè)基本要求。第一電能的安全，第二是優(yōu)質(zhì)的

25、電能質(zhì)量，第三是經(jīng)濟(jì)面向和滿足用戶的需求。在世界的生產(chǎn)生活中我們都知道沒有穩(wěn)定的電壓，用電設(shè)備就不能滿足用戶的要求，更嚴(yán)重的會(huì)影響用戶的生產(chǎn)生活。因此電壓是衡量電能質(zhì)量的中一個(gè)非常重要的因素。學(xué)習(xí)和查閱相關(guān)電氣工程及其自動(dòng)化的專業(yè)的書籍，我總結(jié)出功角和電壓一樣扮演著電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要角色，具體的說是保障電力電力系統(tǒng)穩(wěn)定是否穩(wěn)定運(yùn)行必不可少因素。因此保障供電系統(tǒng)功角穩(wěn)定能使電力系統(tǒng)安全可靠為用戶提供優(yōu)質(zhì)的能源。保障電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性同時(shí)能

26、夠減少電力系統(tǒng)運(yùn)行成本。這符合現(xiàn)階段國(guó)家提出的可持</p><p>　　電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定包括三個(gè)方面的穩(wěn)定：</p><p>　　1.電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定。在我們研究范圍內(nèi)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)遇到某些小干擾后，整個(gè)電力系統(tǒng)不發(fā)生非周期失步，通過一段時(shí)間后系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)到初始正常運(yùn)行狀態(tài)的能力。</p><p>　　2.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定與靜態(tài)穩(wěn)定存在部分相同點(diǎn)，它們的不同

27、點(diǎn)是電力系統(tǒng)遇到大干擾，系統(tǒng)是能恢復(fù)到初始正常狀態(tài)或者還能夠達(dá)到新的穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)的能力。</p><p>　　3.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定就是說我們所研究的系統(tǒng)受到干擾后。不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步[1]。</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　　從我們的國(guó)家性質(zhì)和現(xiàn)階段的國(guó)情出發(fā)，電力這個(gè)行業(yè)從建國(guó)到現(xiàn)在和大多

28、數(shù)能源行業(yè)一樣，受國(guó)家壟斷經(jīng)營(yíng)并且管理的一體化。面對(duì)人們對(duì)電力行業(yè)的巨大需求以及電力行業(yè)飛速的發(fā)展等挑戰(zhàn)，這種由國(guó)家壟斷的管理方式逐漸出現(xiàn)了一些或大或小的問題。這些問題主要有：長(zhǎng)時(shí)間不可預(yù)測(cè)和控制的停電、發(fā)電廠內(nèi)部設(shè)備浪費(fèi)、電歇不穩(wěn)定等等[2]。通過近年來人們研究，各大國(guó)總結(jié)出不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)。另一個(gè)重大的問題是——電力市場(chǎng)。電力系統(tǒng)的功角與電力市場(chǎng)有著潛移默化的關(guān)系。兩者無論哪一方出現(xiàn)了問題都將相互影響。為了解決這個(gè)問題，在未來可能要對(duì)

29、過去經(jīng)營(yíng)進(jìn)行改革和創(chuàng)新。遵循公平競(jìng)爭(zhēng)等原則，在有限的能源下走可持續(xù)發(fā)展道路，進(jìn)行優(yōu)勝劣汰，取其精華，去其糟粕，完善電力工業(yè)體制，根據(jù)實(shí)際情況提出了新的要求和方法。研究和探索的故障類型對(duì)電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析問題就是基于以上進(jìn)行的。</p><p>　　在我們國(guó)家電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題尤為突出，值得我們指出的是我國(guó)家是個(gè)重電源建設(shè)而輕電網(wǎng)建設(shè)的國(guó)家，這樣的模式在建國(guó)初期能夠滿足國(guó)家和人民的要求，但是長(zhǎng)期的這樣運(yùn)行，

30、導(dǎo)致對(duì)電力系統(tǒng)的電壓控制較為薄弱。這樣就出現(xiàn)了穩(wěn)定性的問題。伴隨著生產(chǎn)生活的進(jìn)步，目前我國(guó)的負(fù)荷急速上升同時(shí)，如何保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究極其必要的，只有保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定才能達(dá)到人們生產(chǎn)生活的要求。隨著近幾年的電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展和人們不斷的革新，域仿真法從理論上已經(jīng)是非常成熟，為了更進(jìn)一步它完善方法，世界各國(guó)主要目標(biāo)是建立更加完善準(zhǔn)確的發(fā)電機(jī)高階模型和負(fù)荷模型；當(dāng)然選擇更精確有效率的數(shù)值積分方法并且盡可能節(jié)省機(jī)時(shí)與內(nèi)存，從而加快計(jì)算速

31、度，使它更具效率，也是另一個(gè)突破方向。</p><p><b>　　1.3 分析方法</b></p><p>　　《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》中對(duì)功角穩(wěn)定的分析方法主要以數(shù)值積分為基礎(chǔ)的時(shí)域仿真法和以能量函數(shù)為基礎(chǔ)的直接法。 本書對(duì)于功角穩(wěn)定的分析主要有以下這些方法。第一個(gè)是時(shí)域仿真法，利用數(shù)值計(jì)算的方法，根據(jù)所列出的數(shù)值求出受擾動(dòng)微分方程組關(guān)于時(shí)間的解，做好根據(jù)發(fā)電機(jī)的功角

32、的變化來判別電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定。將系統(tǒng)中的任意兩臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子功角是否超過極限切除角作為暫態(tài)是否失去穩(wěn)定的判別依據(jù)。時(shí)域仿真方法是從穩(wěn)定性的本質(zhì)出發(fā)，由于它計(jì)算準(zhǔn)確可靠，經(jīng)過多年的見證時(shí)域仿真法符合工程實(shí)際的需求。這個(gè)方法得到廣泛的利用。另一個(gè)方法是直接法。由于時(shí)域仿真法的計(jì)算量很復(fù)雜，需要的計(jì)算的參數(shù)比較多。時(shí)域仿真法只能根據(jù)功角來判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，不能得出穩(wěn)定裕度，因此不能滿足部分要求。 更重要的是它輸出信息利用率很低。世界各國(guó)為了克服

33、這些缺點(diǎn)，科學(xué)家關(guān)于能量函數(shù)的直接法由此誕生了。這種方法是根據(jù)能量的角度來做為判別依據(jù)。原理是就是利用一個(gè)輔助函數(shù)（即李雅普諾夫函數(shù)）的性質(zhì)來判斷系電力統(tǒng)穩(wěn)定與否[2]。它先構(gòu)造一個(gè)李雅普諾夫函數(shù)，這個(gè)函數(shù)必須符合系統(tǒng)穩(wěn)定。確定和系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的李雅普諾夫函數(shù)值；這樣就可以比較擾動(dòng)結(jié)束時(shí)的李雅普諾</p><p><b>　　1.4 研究?jī)?nèi)容</b></p><p&

34、gt;　　合理科學(xué)的控制電力系統(tǒng)功角既能提高了穩(wěn)定性能、電力系統(tǒng)的安全水平，同時(shí)給電力行業(yè)從經(jīng)濟(jì)效益上帶來十分可觀的效益，然而電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題是一個(gè)個(gè)非常復(fù)雜的非線性問題，在眾多的方法中確定最佳求解方法已經(jīng)成為現(xiàn)階段電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的趨勢(shì)。</p><p>　　本論文通過總結(jié)和探討電力系統(tǒng)性，研究功角穩(wěn)定的基本原理，在通過結(jié)合教材上的例子。利用BPA電力系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行潮流計(jì)算，在其中的得到報(bào)告表，分析某些

35、短路類型對(duì)電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響。</p><p>　　第2章 同步發(fā)電機(jī)模型</p><p>　　2.1 同步發(fā)電機(jī)關(guān)于電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定現(xiàn)象與機(jī)理</p><p>　　功角穩(wěn)定性問題在部分教材上也被稱為發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性問題。電力系統(tǒng)的功角能否穩(wěn)定的最根本原因是發(fā)電機(jī)這一部分引起的。也就是說電力系統(tǒng)功角從穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定的根本原因是發(fā)電機(jī)的輸入和輸出功率不平衡造成的。在系

36、統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)一步的解釋就是在正常運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)情況下，之所以能讓所有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度保持恒定，是因?yàn)橄到y(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩平衡原因。當(dāng)然可能因?yàn)槟承┰蚶缍搪罚瑪嗑€等大擾動(dòng)使整個(gè)電力系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生了比較大的變動(dòng)，接著整個(gè)系統(tǒng)的潮流與系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)之間的輸出功率發(fā)生了巨大的變化，最終結(jié)果導(dǎo)致破壞了原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率平衡，也就是說，在分析8-1的例子中，系統(tǒng)突然發(fā)生短路，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率不變，但

37、是輸出功率嚴(yán)重降低，因此發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生不平衡轉(zhuǎn)矩，這個(gè)過剩的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化。轉(zhuǎn)子的速度發(fā)生了變化導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間同時(shí)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于發(fā)電機(jī)的的輸出功率和轉(zhuǎn)子的相對(duì)角度是相互影響相互作用的，由于故障的并沒有切除轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子之間的先對(duì)角度繼續(xù)發(fā)生變化。當(dāng)然這種情況也有個(gè)限度，這個(gè)限度就是發(fā)電機(jī)相對(duì)角度超越穩(wěn)定極限，最后發(fā)生了失穩(wěn)。這就是電力系統(tǒng)暫態(tài)書里關(guān)</p><p>　　2.2同步發(fā)電機(jī)的模型意義<

38、;/p><p>　　由于電力系統(tǒng)是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，它不是有簡(jiǎn)單的一臺(tái)發(fā)電機(jī)構(gòu)而是由數(shù)百臺(tái)發(fā)電機(jī)組成的一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)還包括加勵(lì)磁系統(tǒng)，調(diào)速器和原動(dòng)機(jī)等等，這些參數(shù)將會(huì)出現(xiàn)多維的復(fù)雜綜合問題，給計(jì)算帶來很大的不便。為了方便在不同的場(chǎng)合下使用，人們常對(duì)同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型做不同程度的的簡(jiǎn)化，使之能夠運(yùn)用與實(shí)際工程問題當(dāng)中，而不是只存在與書本當(dāng)中。dq0坐標(biāo)下的同步發(fā)電機(jī)方程，如果單獨(dú)考慮與定子d繞組，q繞組相獨(dú)立的

39、零軸繞組，則在計(jì)及dqfDQ5個(gè)繞組的電磁過度過程以及轉(zhuǎn)子機(jī)械過程時(shí)，電機(jī)分為7個(gè)模型[6]。對(duì)于一個(gè)擁有數(shù)百臺(tái)發(fā)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)中，外因此我們通過巧妙的簡(jiǎn)化和替換，來減少計(jì)算帶來的壓力。對(duì)于不同的實(shí)際問題及分析工具，電機(jī)模型當(dāng)然也做了不同的的簡(jiǎn)化，因此同步電機(jī)實(shí)際的模型也有不同形勢(shì)。同步電機(jī)的實(shí)際模型最重要的是簡(jiǎn)化假定是忽略定子繞組暫態(tài)。從而令定子電壓微分方程中的，這樣就把它化為代數(shù)方程。這里其中有個(gè)條件就是在電力網(wǎng)絡(luò)和同步電機(jī)接口時(shí)。只讓

40、基波正序電量進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子繞組，以便使定子電壓方程代數(shù)化[6]。下面介紹各階的的導(dǎo)出思路。</p><p>　　首先根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾愕贸鐾桨l(fā)電機(jī)10個(gè)基本方程（、）：</p><p><b>　　公式（2-1）</b></p><p>　　經(jīng)過park變化后的磁鏈方程為下式</p><p><b>　　公式（2-

41、2）</b></p><p>　　在d軸和q軸的磁鏈方程可用（2-3）（2-4）表示</p><p><b>　　公式（2-3）</b></p><p><b>　　公式（2-4）</b></p><p>　　經(jīng)過park變化后的電壓方程可用（2-5）表示如下</p>&l

42、t;p><b>　　公式（2-5）</b></p><p>　　2.3同步發(fā)電機(jī)的七階模型推導(dǎo)</p><p>　　推導(dǎo)前定義以下一組電勢(shì)定子勵(lì)磁電勢(shì)、電機(jī)q軸空載電勢(shì)電機(jī)、q軸暫態(tài)電勢(shì)、電機(jī)次暫態(tài)電勢(shì)、電機(jī)的d軸次暫態(tài)電勢(shì)。</p><p><b>　　公式（2-6）</b></p><p&g

43、t;<b>　　公式（2-7）</b></p><p><b>　　公式（2-8）</b></p><p><b>　　公式（2-9）</b></p><p><b>　　公式（2-9）</b></p><p>　　（1）定子回路電壓電壓方程可得</

44、p><p><b>　　公式（2-10）</b></p><p><b>　　公式（2-11）</b></p><p>　?。?）轉(zhuǎn)子電壓方程有（2-5），（2-6）得出</p><p><b>　　公式（2-12）</b></p><p>　?。?）D軸阻

45、尼繞組的回路電壓表達(dá)式將（2-7）帶入（2-8）可得的表達(dá)式</p><p><b>　　公式（2-13）</b></p><p>　　同樣將（2-7）、（2-8）帶入（2-2）即可得d軸電流和D軸電流的關(guān)系式</p><p><b>　　公式（2-14）</b></p><p>　　將（2-13）

46、、（2-14）經(jīng)過（2-4）可得出D繞組的電壓方程</p><p><b>　　公式（2-15）</b></p><p><b>　　由于可化簡(jiǎn)為</b></p><p><b>　　公式（2-16）</b></p><p>　?。?）Q軸阻尼繞組的電壓方程將（2-3）的第二式

47、兩邊同時(shí)乘以得到</p><p><b>　　公式（2-17）</b></p><p>　　由（2-3）的第一式解出帶入（2-17）得到</p><p><b>　　公式（2-18）</b></p><p>　　將（2-18）代入（2-3）得到和的關(guān)系</p><p><

48、;b>　　公式（2-19）</b></p><p>　　同樣將（2-4）得到Q軸繞組的電壓方程，并令得到</p><p><b>　　公式（2-20）</b></p><p>　?。?-5）轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程</p><p><b>　　公式（2-21）</b></p>&

49、lt;p><b>　　公式（2-22）</b></p><p>　　這樣有式（2-10）（2-11）（2-12）（2-16）（2-20）（2-21）（2-22）構(gòu)成的方程組就是發(fā)電機(jī)的7階方程了。</p><p>　　2.4同步發(fā)電機(jī)的六階模型推導(dǎo)</p><p>　　當(dāng)需要考慮轉(zhuǎn)子超瞬變過程時(shí)，并且考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的q軸g繞組。就是在五階

50、方程的基礎(chǔ)上再加一階，就構(gòu)成了六階模型。首先我們要先假設(shè)DQ繞組的時(shí)間常數(shù)比fg繞組的時(shí)間常數(shù)小，這樣我們就可以認(rèn)為超瞬變過程是有DQ繞組決定，fg繞組決定瞬變過程。瞬變過程的同步發(fā)電機(jī)磁鏈方程可以寫為下形式。</p><p><b>　　公式（2-22）</b></p><p>　　將上面兩個(gè)方程消去得</p><p><b>　　

51、公式（2-23）</b></p><p><b>　　進(jìn)行化簡(jiǎn)</b></p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　根據(jù)可得到以下方程</b></p><p><b>　　公式（2-25）</b></p&

52、gt;<p>　　通過上面我們知道DQ繞組決定超瞬變過程，所以繞組D的電壓方程可以得出</p><p><b>　　公式（2-26）</b></p><p>　　這樣我們根據(jù)同樣的的計(jì)算方法介個(gè)gQ繞組的電壓方程得出</p><p><b>　　公式（2-27）</b></p><p>

53、;<b>　　公式（2-28）</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程同模型一</p><p><b>　　公式（2-29）</b></p><p>　　2.5同步發(fā)電機(jī)的五階模型推導(dǎo)</p><p><b>　　五階模型導(dǎo)出思路：</b></p><p&

54、gt;　　方程數(shù)為10個(gè)，7個(gè)狀態(tài)量（d、q、f、D、Q、、），忽略定子暫態(tài)，、均為0，降為5階，變量數(shù)變?yōu)?6個(gè)（、、、、、），假設(shè)和為已知量（勵(lì)磁繞組和原動(dòng)機(jī)輸入），變量減為14個(gè)，通過方程數(shù)為10（、）+2（、）+2（dq軸網(wǎng)絡(luò)方程）=14個(gè)，可以求解。</p><p>　　求解時(shí)將、保留，用替代，用5個(gè)磁鏈方程消去3個(gè)轉(zhuǎn)子電流（）、、和2個(gè)定子磁鏈、，、、用、、代替。方程數(shù)為5（）+2（、）+2（dq軸網(wǎng)

55、絡(luò)方程）=9個(gè)，變量為11個(gè)（9個(gè)未知、、、、、、），可以求解[6]。</p><p><b>　　方程為：</b></p><p><b>　　公式（2-30）</b></p><p>　　2.6同步發(fā)電機(jī)的四階模型推導(dǎo)</p><p><b>　　四階模型導(dǎo)出思路：</b>

56、</p><p>　　首先在三階模型的基礎(chǔ)上引入有所對(duì)應(yīng)的d軸電動(dòng)勢(shì)和d軸瞬變電動(dòng)勢(shì)，利用四階模型和三階模型在d軸上的結(jié)構(gòu)相同，化簡(jiǎn)為下列方程</p><p><b>　　公式（2-31）</b></p><p>　　消去得到q軸的磁鏈方程</p><p><b>　　公式（2-32）</b><

57、;/p><p>　　對(duì)q軸的磁鏈方程兩邊都乘以結(jié)合d軸電動(dòng)勢(shì)得到瞬變電動(dòng)勢(shì)</p><p><b>　　公式（ 2-33）</b></p><p>　　有已知q軸次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)結(jié)合</p><p><b>　　公式（2-34）</b></p><p>　　此時(shí)消去將（2-34）代入

58、（2-32）中得到</p><p><b>　　公式（2-35）</b></p><p>　　對(duì)park方程進(jìn)行改造，先令定子電壓方程中，得出</p><p><b>　　公式（2-36）</b></p><p>　　將（2-32）和（2-36）進(jìn)行求解消去其中的這樣我們就能得到四階模型的定子電壓方

59、程</p><p><b>　　公式（2-37）</b></p><p>　　又因?yàn)檗D(zhuǎn)子的電壓方程，和三階模型有點(diǎn)類似，在方程兩端</p><p>　　同時(shí)乘以結(jié)合（7）化簡(jiǎn)為下面方程</p><p><b>　　公式（2-38）</b></p><p>　　同理g繞組方程為

60、在方程來那個(gè)段同時(shí)乘以結(jié)合（2-38）化簡(jiǎn)為</p><p><b>　　公式（2-39）</b></p><p><b>　　對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為</b></p><p><b>　　公式（2-40）</b></p><p>　　另一轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程不變</p><

61、;p><b>　　公式（2-41）</b></p><p>　　這樣我們得出的（2-36）（2-37）（2-39）（2-40）（2-41）構(gòu)成的方程就所需的同步發(fā)電機(jī)的四階模型。</p><p>　　2.7同步發(fā)電機(jī)的三階模型推導(dǎo)</p><p>　　三階實(shí)用模型導(dǎo)出思路： 忽略定子繞組暫態(tài)和阻尼繞組作用，計(jì)及勵(lì)磁繞組暫態(tài)和轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)[2]

62、。</p><p>　?。?）忽略定子d、q軸暫態(tài)，即定子電壓方程中、均為零；</p><p>　?。?）在定子電壓方程中，，在速度變化不大的過渡過程中，誤差很?。?lt;/p><p>　?。?）忽略D、Q繞組，其作用可在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程中補(bǔ)入阻尼項(xiàng)近似考慮。</p><p><b>　　導(dǎo)出思路如下：</b></p>

63、;<p>　?。?）派克方程中忽略D、Q繞組，方程數(shù)變?yōu)?個(gè)，變量數(shù)變?yōu)?2個(gè)（、、、、、），假設(shè)和為已知量（勵(lì)磁繞組和原動(dòng)機(jī)輸入），變量減為10個(gè)。方程數(shù)為6（、）+2（、）+2（dq軸網(wǎng)絡(luò)方程）10個(gè)，可以求解[6]。</p><p>　　在忽略阻尼繞組的情況下，進(jìn)行同步發(fā)電機(jī)的park變化，具體的就是將經(jīng)過park變化后的磁鏈方程（2-1）和經(jīng)過park變化后的電壓方程可用（2-4）變?yōu)?lt

64、;/p><p><b>　　公式（2-42）</b></p><p>　　計(jì)算后保留定子側(cè)的變量、，轉(zhuǎn)子變量、、用、、代替，然后用3個(gè)磁鏈方程消去、、。保留、、、、（7未知）和、（2已知）共9個(gè)變量，方程為3個(gè)電壓方程、2個(gè)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和2個(gè)dq軸網(wǎng)絡(luò)方程[6]。</p><p>　　2.8同步發(fā)電機(jī)的三階模型推導(dǎo)</p><p

65、>　　三階模型 狀態(tài)量：（、、）：</p><p><b>　　公式（2-42）</b></p><p>　　若計(jì)及反映q軸瞬變過程中的g繞組的四階模型 狀態(tài)量（、、、）：</p><p><b>　　公式（2-43）</b></p><p>　　2.8同步發(fā)電機(jī)的二階模型推導(dǎo)</p

66、><p><b>　　二階模型導(dǎo)出思路：</b></p><p>　?。?）恒定的二階模型，其狀態(tài)量為（、）：</p><p>　　先假定令，這樣就能可以認(rèn)為在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用下使得保持不變對(duì)以上的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化得到以下方程。</p><p><b>　　公式（2-44）</b></p>&

67、lt;p><b>　　恒定模型</b></p><p>　　忽略暫態(tài)凸極效應(yīng)，并且讓對(duì)上前兩個(gè)方程進(jìn)行合并，就得到以下的二階模型</p><p><b>　　公式（2-45）</b></p><p>　　2.9同步發(fā)電機(jī)模型總結(jié)</p><p>　　現(xiàn)實(shí)中為了充分利用設(shè)備的容量，輸送更多的電力

68、，電力系統(tǒng)分析趨于精確及勵(lì)磁系統(tǒng)的同臺(tái)作用，采用發(fā)電機(jī)的三階及更高階的實(shí)用模型，這樣可以確保安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。但是參數(shù)不可靠的情況下，采用二階模型可以可到更可靠的結(jié)果。另外系統(tǒng)很大的情況下，并且對(duì)數(shù)據(jù)的精度要求不是很苛刻的條件下，也是優(yōu)先采用二階模型，因?yàn)楦唠A模型雖然得到的精度相對(duì)較高但是輔助的人力物力更多更大，所以優(yōu)先選擇二階模型。當(dāng)要求勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)時(shí)，可采用三階或五階，弱對(duì)實(shí)心轉(zhuǎn)子要及其q軸轉(zhuǎn)子的g繞組，則要才用四階或者六階。<

69、/p><p>　　總結(jié)所有的方程起源點(diǎn)都是從派克方程出發(fā)，首先導(dǎo)出了abc相坐標(biāo)系下的同步電機(jī)有名值方程，接著利用派克方程將abc坐標(biāo)系下的方程轉(zhuǎn)化為dq0坐標(biāo)系下的同步電機(jī)又名值方程。根據(jù)方程，并給次相應(yīng)的d軸、q軸等值電路。定義了相應(yīng)的運(yùn)算電抗，運(yùn)算電導(dǎo)及其同步電機(jī)的實(shí)用參數(shù)，導(dǎo)出同步電機(jī)的各種實(shí)用方程，這幾種方程在電力系統(tǒng)的應(yīng)用十分普遍。所有的模型中均假設(shè)：令定子電壓微分方程中的并且一個(gè)重要的前提是在理想的電機(jī)

70、出發(fā)。由于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，我們將它歸為旋轉(zhuǎn)的鐵磁元件，并有多個(gè)繞組組成，其動(dòng)態(tài)過程非常復(fù)雜，而它在電力系統(tǒng)中又至關(guān)重要，它是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性中不可或缺的一環(huán)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的涉及主要內(nèi)容是電力系統(tǒng)功角穩(wěn)分析和影響。要求對(duì)發(fā)電機(jī)的模型進(jìn)行分析和推導(dǎo)，更深入的理解電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　第3章 BPA的介紹和穩(wěn)定性分析</p><p><b>　　3.1 BPA

71、概述</b></p><p>　　3.1.1 BPA的介紹</p><p>　　首先BPA軟件是由美國(guó)研發(fā)，1984 年以來我國(guó)電科院過通過對(duì)這個(gè)版本吸收和創(chuàng)新，順利的誕生中國(guó)版的BPA程序。BPA能夠兼容Windows 9x/NT/2000 平臺(tái)。目前主要以微機(jī)為主，它包括潮流程序、暫態(tài)穩(wěn)定程序、人機(jī)界面及圖形輔助計(jì)算分析程序等軟件。現(xiàn)在我們使用的中國(guó)版BPA 是1990 版

72、BPA 程序的升級(jí)版。它經(jīng)過近些年投入大量的人力物力，增加了很多新的功能，例如新的勵(lì)磁模型，更多的負(fù)荷類型，增加對(duì)不對(duì)稱故障的處理能力，滿足實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作的需求。BPA主要有以下三個(gè)幾個(gè)界面，它們分別是PSAP的界面：可以進(jìn)行.dat,.swi,.pfo等文件進(jìn)行運(yùn)行、潮流計(jì)算界面：主要是編輯潮流程序的.dat文件、穩(wěn)定計(jì)算界面和數(shù)據(jù)文件編輯器界面：主要是編輯暫態(tài)程序.swi文件程序。其中BPA潮流計(jì)算程序是軟件的核心、有單線圖格式潮流圖

73、程序、地理接程序及穩(wěn)定曲線作圖工具為輔助工具，更加讓系統(tǒng)更加形象化，為用戶帶來很大的便利。BPA長(zhǎng)時(shí)間廣泛應(yīng)用于在我國(guó)電力系統(tǒng)的各個(gè)部門。軟件計(jì)算范圍大、速度快、穩(wěn)定性高、仿真功能功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此BPA成為我國(guó)電力系統(tǒng)分析計(jì)算中主要軟件之一。</p><p>　　3.1.2 BPA的功能</p><p>　　(1) 基本功能：潮流計(jì)算，也可進(jìn)行包括雙端和多端直流系統(tǒng)的交直流混合潮流計(jì)算。

74、計(jì)算方法采用P－Q 分解法和牛頓－拉夫遜法相結(jié)合，以提高潮流計(jì)算的收斂性能。程序通常先采用P－Q 分解法進(jìn)行初始迭代，然后轉(zhuǎn)入牛頓－拉夫遜法進(jìn)行求解潮流[12]。</p><p>　　(2) 仿真聯(lián)絡(luò)線各功率控制：BPA軟件應(yīng)用發(fā)電控制的功能，無需手動(dòng)控制系統(tǒng)線路功率交并且將它轉(zhuǎn)換用戶所需值。自動(dòng)發(fā)電控制功能也稱AGC[12]。 </p><p>　　(3) 自動(dòng)電壓仿真控制：同步發(fā)電機(jī)P

75、Q，PV，平衡節(jié)點(diǎn)的電壓控制。不僅能控制PQ、PV 和緩沖節(jié)點(diǎn)，它還具備同步發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)距離遙控高壓母線。</p><p>　　(4) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等值：軟件根據(jù)REI的方法，能夠?qū)τ脩羲x的地方實(shí)行靜態(tài)等值，這樣可以保障等值網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算結(jié)果與原始網(wǎng)的潮流結(jié)果大致一樣。</p><p>　　(5) 電力系統(tǒng)事故的影響分析：軟件能夠模擬電力系統(tǒng)中各個(gè)元件發(fā)生故障以后的狀態(tài)記錄他們的參數(shù)，用戶根據(jù)軟件

76、提供的N-1斷線法迅速找出系統(tǒng)的脆弱環(huán)節(jié)，根據(jù)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，制定補(bǔ)償和解決方案。提到穩(wěn)定性，提供更優(yōu)質(zhì)的電能，滿足用戶的需求。</p><p>　　(6) 系統(tǒng)靈敏度分析：找出電力系統(tǒng)的擾動(dòng)量參數(shù)，通過軟件得到關(guān)于線路損耗、電機(jī)功角、節(jié)點(diǎn)電壓靈敏度和線路功率、網(wǎng)絡(luò)損耗等靈敏度分析報(bào)表。</p><p>　　(7) 節(jié)點(diǎn)P-V、Q-V和P-Q曲線：用戶可以在系統(tǒng)施加電壓、無功或有功擾動(dòng)后，

77、程序可自動(dòng)得出模擬一些曲線，它們是關(guān)于P-V、Q-V和P-Q變化。</p><p>　　(8) 多形式系統(tǒng)參數(shù)分析報(bào)告：用戶通過編寫潮流程序.dat文件，應(yīng)用控制語(yǔ)句填寫full，這樣可以在程序運(yùn)行后的到多種類型的報(bào)告。系統(tǒng)有16種報(bào)告，用戶按照自己所需的可以進(jìn)行選擇自己所需的報(bào)告。</p><p>　　(9) 系統(tǒng)負(fù)荷靜特性模型：用戶可以建立一個(gè)關(guān)于自選功率、電流和阻抗模型，更方便應(yīng)用軟

78、件的模擬出電壓功能，分析他們對(duì)負(fù)荷的影響和作用。</p><p>　　(10) 檢查錯(cuò)誤功能：和大多數(shù)程序編輯軟件一樣，當(dāng)你編輯程序時(shí)，運(yùn)行后，如果程序中有問題，在輸出的報(bào)表會(huì)提示你哪里出現(xiàn)了問題。例如卡片不能識(shí)別，線路不存在等等。軟件經(jīng)過改良有近 900 多種檢錯(cuò)信息，用戶通過錯(cuò)誤提示，進(jìn)行對(duì)程序的修改。</p><p>　　3.1.3 BPA部分使用介紹</p><

79、p>　　首先是BPA的系統(tǒng)和個(gè)文件運(yùn)行的流程圖3-1。</p><p>　　圖3-1 BPA整體運(yùn)行流程圖</p><p>　　1．第一步進(jìn)入BSD-BPA的界面的圖標(biāo)是：</p><p>　　2． BPA軟件主要的使用可以總結(jié)為兩個(gè)部分，輸入部分和輸出部分。輸入部分可以分為程序控制語(yǔ)句，和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和支路數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)卡片是核心，根據(jù)不同的節(jié)點(diǎn)分類有不同的節(jié)點(diǎn)

80、卡片?？ㄆ奶砑訄D標(biāo)為：</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要涉及以下幾種類型的數(shù)據(jù)卡片。第一個(gè)是節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)卡。由于節(jié)點(diǎn)的類型分為三類，平衡節(jié)點(diǎn)，PQ，PV節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)卡片為B卡。輸入格式主要如下不同列代表不同的內(nèi)容，下面簡(jiǎn)單的介紹我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所使用的卡片和卡片所需填的內(nèi)容。結(jié)合電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中3-6的例子。B卡如下：</p><p>　　B bus_2 1 10.2

81、0.2</p><p>　　第1列填寫卡片的類型，基本的的卡片類型主要有節(jié)點(diǎn)卡B,線路數(shù)據(jù)卡L，變壓器卡T。第7~18列填寫節(jié)點(diǎn)的名稱和基準(zhǔn)電壓，第19到20列填寫分區(qū)名。第21~30填寫有功負(fù)荷與無功負(fù)荷。第31~38分別填寫并聯(lián)有功負(fù)荷和并聯(lián)無功負(fù)荷。在3-6的例子中存在5個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)1為平衡節(jié)點(diǎn)（使用BS卡），其他的都為PQ節(jié)點(diǎn)（B卡）。</p><p>　　線路是連接節(jié)點(diǎn)所必須的，

82、在BPA仿真軟件中線路卡片為L(zhǎng)卡。格式如下：</p><p>　　L bus_1 1 bus_3 1 0.08 0.24</p><p>　　第1列填寫卡片的類型。第7到18列和B卡一樣也是填寫節(jié)點(diǎn)的名稱和基準(zhǔn)電壓。第19到20填寫分區(qū)名。第20~31填寫它所接的另一節(jié)點(diǎn)名稱和基準(zhǔn)電壓。第38到40填寫并聯(lián)線路數(shù)目號(hào)。第39~50填寫線路的阻抗標(biāo)幺

83、值。第51~62填寫線路對(duì)地電抗。第63~66填寫線路的長(zhǎng)度。</p><p>　　要構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，變壓器也是其中一個(gè)重要的部分。變壓器的卡片T卡，下面是T卡的格式介紹：</p><p>　　T B1 15.5 母線1 209. 0.130 18. 242.</p><p>　　第一列于B卡和

84、L卡一樣，填寫卡片的類型。第15到18填寫基準(zhǔn)電壓。第20到27列填寫變壓器一側(cè)名稱。第28到31填寫變壓器另一側(cè)電壓。第45到50列填寫漏抗標(biāo)幺值。第63到67列填寫分接頭1的電壓值。第68到72填寫分接頭2的電壓值。</p><p>　　3．程序編完后的運(yùn)行按鈕為：</p><p>　　電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析3-6例題電路網(wǎng)絡(luò)如圖3-2，潮流計(jì)算程序?yàn)楦奖?，潮流結(jié)果輸出為圖3-3</

85、p><p>　　圖3-1 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析3-6系統(tǒng)圖</p><p>　　圖3-3 例題3-6 BPA仿真結(jié)果</p><p>　　3.2 例題8-1穩(wěn)定性分析</p><p>　　本次畢業(yè)論文的研究的功角穩(wěn)定性分析是結(jié)合《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》書中例子8-1進(jìn)行分析。圖3-2是例題8-1的系統(tǒng)圖。</p><p>　　圖3

86、-2電力系統(tǒng)暫態(tài)分析8-1系統(tǒng)圖</p><p>　　為了更方便的進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析，我們將圖3-2進(jìn)行化簡(jiǎn)，方便對(duì)等面積法則的理解，將系統(tǒng)圖分別簡(jiǎn)化為為發(fā)生故障時(shí)，和發(fā)生故障兩種情況，結(jié)合例子進(jìn)行分析，分別如圖3-3，圖3-4。</p><p>　　圖3-3短路前系統(tǒng)圖</p><p>　　圖3-4短路后系統(tǒng)圖</p><p>　　網(wǎng)

87、絡(luò)未發(fā)生故障正常運(yùn)行時(shí)電勢(shì)E與無限大系統(tǒng)之間的電抗為</p><p><b>　　公式(3-1)</b></p><p>　　由短路后的系統(tǒng)圖3-4，短時(shí)增加一個(gè)附電抗，電勢(shì)E與無窮大的阻抗為</p><p><b>　　公式(3-2)</b></p><p>　　通過上式分析的出短路后電抗總是比系

88、統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)候小，還有另外一種情況是如果發(fā)生的是三相短路，那么為零，這是發(fā)電機(jī)就無法與系統(tǒng)無法聯(lián)系，我們可以認(rèn)為發(fā)電機(jī)沒有輸出功率。由于發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角存在一個(gè)正弦的關(guān)系，有圖3-3和圖3-4得出，它們的發(fā)電機(jī)的輸出功率短路前后分別為</p><p><b>　　公式(3-3)</b></p><p>　　這樣我們可以通過下面的曲線圖3-5。</p>

89、;<p><b>　　圖3-5功率曲線圖</b></p><p>　　由發(fā)電機(jī)的電磁功率和功角的關(guān)系我們可以得出曲線圖，故障前的曲線為1，故障后為3，保護(hù)裝置作用后為2。整個(gè)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率表示為。發(fā)電機(jī)的輸出功率為。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)候存在。圖3-5的a是正常運(yùn)行點(diǎn)，當(dāng)這是發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)電抗增大，發(fā)電機(jī)的輸出功率減小，但是原動(dòng)機(jī)的的機(jī)械功率保持不變，這樣，這

90、是就存在一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)功率差導(dǎo)致過剩轉(zhuǎn)矩，過剩轉(zhuǎn)矩會(huì)使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子加速，但是在短路的那一瞬間，運(yùn)動(dòng)的物體由于慣性的作用，轉(zhuǎn)子的角度不好瞬間變化。這時(shí)運(yùn)行點(diǎn)由a變化到d，隨時(shí)間的變化，轉(zhuǎn)子加速，功角變大，運(yùn)行點(diǎn)由d向k點(diǎn)移動(dòng)，如果線路不存在繼電保護(hù)裝置，那么轉(zhuǎn)子會(huì)不斷的加速，直到與系統(tǒng)失去聯(lián)系。如果這時(shí)候繼電保護(hù)動(dòng)作，故障被切除，假設(shè)是在k點(diǎn)被切除，那么功率特性曲線變?yōu)镮I，這是轉(zhuǎn)子由于慣性不會(huì)馬上變化，由曲線可以知道，這時(shí)候發(fā)電機(jī)的輸出

91、功率大于原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率，轉(zhuǎn)子速度開始減慢，但是我們知道轉(zhuǎn)子此時(shí)的轉(zhuǎn)速必然比同步轉(zhuǎn)速快，還得繼續(xù)增大，此時(shí)運(yùn)行點(diǎn)d向e運(yùn)行，假設(shè)這是轉(zhuǎn)子速度降到同步轉(zhuǎn)速，停止增大，但是還是不滿足發(fā)電機(jī)的平衡條件，運(yùn)行點(diǎn)由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的降低開始回頭，由運(yùn)行點(diǎn)e向b點(diǎn)靠近</p><p><b>　　公式(3-4)</b></p><p><b>　　經(jīng)過積分化為</b&g

92、t;</p><p><b>　　公式(3-5)</b></p><p><b>　　同理轉(zhuǎn)子減速階段</b></p><p><b>　　公式(3-6)</b></p><p><b>　　經(jīng)過積分變化為</b></p><p>

93、<b>　　公式(3-7)</b></p><p>　　由能量守恒得出等面積法則，結(jié)合圖3-5分析就是有加速面積agkd等于減速面積dehg聯(lián)立上面兩個(gè)方程就能求出極限切除角。極限切除角表達(dá)如下。</p><p><b>　　公式(3-8)</b></p><p>　　將題8-1的各個(gè)參數(shù)代入以上

94、 </p><p>　　根據(jù)公式(3-1) ，</p><p><b>　　得到初始的功角</b></p><p>　　根據(jù)公式3-8得出極限切除角</p><p>　　結(jié)合電力系統(tǒng)仿真軟BPA軟件對(duì)以上例題進(jìn)行分析，將編寫B(tài)PA潮流程序編寫運(yùn)行，潮流文件.dat運(yùn)行收斂后將得出潮流結(jié)果文件.pfo文件和新.b

95、as文件，潮流程序于附表2。接著進(jìn)行暫態(tài)文件的.swi的編寫。暫態(tài)文件程序于附表三。</p><p>　　運(yùn)行流程為以下步驟，第一步根據(jù)書本上提供的數(shù)據(jù)編輯潮流程序，運(yùn)行如圖3-6：</p><p>　　圖3-6 8-1例題潮流運(yùn)行部分結(jié)果圖</p><p>　　3.2.1 單相短路設(shè)計(jì)</p><p>　　單相短路暫態(tài)穩(wěn)定的操如下</

96、p><p>　　首先打開暫態(tài)分析文件編寫完的8-1單相短路.swi文件，程序于附表3。點(diǎn)擊圖標(biāo)：潮選擇流結(jié)果文件8-1.bas (8-1.dat運(yùn)行后生成的)形成下圖。我設(shè)定的是單相短路故障。并且定義故障時(shí)間為17周波時(shí)候。運(yùn)算后如圖3-7</p><p>　　圖3-7 例題8-1 單項(xiàng)短路 故障時(shí)間為17周波發(fā)電機(jī)角度圖</p><p>　　從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)角

97、度經(jīng)過一段時(shí)間的震蕩后又恢復(fù)到某一定值，繼續(xù)改變故障的時(shí)間，當(dāng)故障時(shí)間設(shè)置到18周波時(shí)，運(yùn)行程序如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 單項(xiàng)短路故障時(shí)間設(shè)置18周波時(shí)發(fā)電機(jī)功角圖</p><p>　　由圖像可以得出，單相短路在故障時(shí)間為17周波的時(shí)候功角能經(jīng)過一定時(shí)間的震蕩能夠恢復(fù)到穩(wěn)定，但是在故障時(shí)間為18周波的時(shí)候功角不停的增大，不能保持穩(wěn)定的角度，這樣可以得到極限切除時(shí)間為1

98、8周波。換算為時(shí)間是0.36秒</p><p>　　3.2.2 兩相短路設(shè)計(jì)</p><p>　　兩相短路暫態(tài)穩(wěn)定的操如下</p><p>　　首先打開暫態(tài)分析文件編寫完的8-1兩相短路.swi文件，程序于附表4。點(diǎn)擊圖標(biāo)：潮選擇流結(jié)果文件8-1.bas (8-1.dat運(yùn)行后生成的)形成下圖。我們?cè)O(shè)定的是兩相短路故障。并且定義故障時(shí)間為15周波時(shí)候。運(yùn)算后如圖3-

99、9</p><p>　　圖3-9 兩相短路故障時(shí)間設(shè)置15周波時(shí)發(fā)電機(jī)功角圖</p><p>　　從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)角度經(jīng)過一段時(shí)間的震蕩后又恢復(fù)到某一定值，繼續(xù)改變故障的時(shí)間，當(dāng)故障時(shí)間設(shè)置到16周波時(shí)，運(yùn)行程序如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 兩相短路故障時(shí)間設(shè)置16周波時(shí)發(fā)電機(jī)角度圖</p><p>　　由圖像可

100、以得出，單相短路在故障時(shí)間為15周波的時(shí)候發(fā)電機(jī)功角能經(jīng)過一定時(shí)間的震蕩能夠恢復(fù)到穩(wěn)定，但是在故障時(shí)間為16周波的時(shí)候功角不停的增大，能不能保持穩(wěn)定的角度，這樣可以得到極限切除時(shí)間為16周波。換算為時(shí)間是0.32秒。</p><p>　　3.2.3 三相短路設(shè)計(jì)</p><p>　　三相短路暫態(tài)穩(wěn)定的操如下</p><p>　　首先打開暫態(tài)分析文件編寫完的8-1兩相

101、短路8-1三相短路.swi文件，程序于附表5。點(diǎn)擊圖標(biāo)：潮選擇流結(jié)果文件8-1.bas (8-1.dat運(yùn)行后生成的)形成下圖。我們?cè)O(shè)定的是三相短路故障。并且定義故障在7周波時(shí)候。運(yùn)算后如圖3-11</p><p>　　圖3-11 例題8-1三相短路故障時(shí)間為7周波功角穩(wěn)定圖</p><p>　　從圖上我們可以看出功角通過振蕩后又恢復(fù)穩(wěn)定，說明系統(tǒng)在繼電保護(hù)后能能夠保持功角穩(wěn)定，接下來我們

102、進(jìn)行將故障時(shí)間設(shè)為8周波，這時(shí)運(yùn)行如圖3-8</p><p>　　圖3-12 三相短路故障時(shí)間為8周波功角失穩(wěn)圖</p><p>　　從圖上我們可以看出故障時(shí)間延時(shí)一周波后功角失去穩(wěn)定。從而驗(yàn)證以上對(duì)8-1例子的分析故障越早被切除功角更不容易失去穩(wěn)定，從另一方面也體現(xiàn)了等面積法則。極限切除時(shí)間就在7周波和8周波之間。化為極限切除時(shí)間為0.16秒。</p><p>&

103、lt;b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)認(rèn)真的分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的了解電力系統(tǒng)穩(wěn)定性中的功角穩(wěn)定。深入了解功角失去穩(wěn)定的原因，過程，產(chǎn)生的結(jié)果。經(jīng)過分別對(duì)《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》例題8-1做了單相短路，兩相短路，三相短路的出以下這些結(jié)論：在不同的短路類型中，三相短路的極限切除時(shí)間小于兩相短路和單相短路。故障時(shí)間越長(zhǎng)，功角越容易失去穩(wěn)定。為了能夠保持有穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的電能，提高電力設(shè)

104、備的壽命，就必須保障整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全的運(yùn)行。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是故障類型對(duì)電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析。本次設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了很多東西。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，學(xué)會(huì)用BPA軟件計(jì)算一些簡(jiǎn)單的潮流計(jì)算，推導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)的七種模型，了解BPA軟件進(jìn)行故障的設(shè)置于分析，學(xué)會(huì)看懂仿真軟件部分穩(wěn)定與不穩(wěn)定輸出的圖像。利用BPA仿真軟件計(jì)算出極限切除時(shí)間。分析幾種故障對(duì)電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)

105、往后的專業(yè)學(xué)習(xí)有著非常大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳珩， 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.　</p><p>　　郭建剛，提高電網(wǎng)輸電能力重合時(shí)間的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2011，31(3)：109-113.</p><p>　　山霞，基于B

106、PA的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定時(shí)域仿真研究[J]．電工文摘，2010，3：16-19.</p><p>　　ChiangHD,FlueckAJ,ShahKS,etal.CPFLOW:Apracticaltoolfortracingpowersystemsteady-statestationarybehaviorduetoloadandgenerationvariations[J].IEEETransonPowerSyst

107、ems,1995,10(2):623-634</p><p>　　王永智，電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定問題綜[M].江蘇南京 南京出版社 2010</p><p>　　倪以信，陳壽孫，張寶霖．動(dòng)態(tài)電力系統(tǒng)的理論和分析[M] .北京：清華大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　周保榮，電力系統(tǒng)暫態(tài)安全分析算法研究[M] .天津大學(xué)出版社， 2001.</p&g

108、t;<p>　　胡緒強(qiáng)，高鍵，基于PSAT的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析[J]．科學(xué)技術(shù)與工程，2011，29(11)7101-7104.</p><p>　　電科院系統(tǒng)所電力系統(tǒng)分析軟件程序培訓(xùn)手冊(cè)[M] .北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所，2000.</p><p>　　張秀釗，BPA與SMPOW應(yīng)用于電力系統(tǒng)仿真研究[J].云南電力技術(shù)，2007，35(2)：12-14.<

109、;/p><p>　　山霞，基于BPA的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定時(shí)域仿真研究[J]．電工文摘，2010，3：16-19.</p><p>　　BPA潮流程序用戶手冊(cè)(2.0版) [M] .北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院，2000.</p><p>　　BPA暫態(tài)穩(wěn)定程序用戶手冊(cè)(2.0版) [M] .北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院，2000.</p><p>　　NI

110、ZARESCAC,ALVARADOFL.PointofcollapseandcontinuationmethodsforlargeAC/DC systems[J].IEEETrans.onPowerSystems,1993,8(1):1-8.</p><p>　　李光琦，電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M] .北京：中國(guó)電力出版社，2007 .</p><p><b>　　謝辭</b&g

111、t;</p><p>　　本次次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是故障類型對(duì)電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響分析。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)過程中最后的環(huán)節(jié)，同時(shí)也象征著我的大學(xué)即將結(jié)束。</p><p>　　本論文全程由張嫣老師細(xì)心指導(dǎo)。經(jīng)過選題，開題報(bào)告，文獻(xiàn)綜述，軟件仿真。公式推導(dǎo)，編寫論文，張嫣老師不停的給我糾正錯(cuò)誤。期間每次想放棄的時(shí)候，都是張嫣老師給我鼓勵(lì)給我希望。雖然最后的結(jié)果沒有讓老師滿意，但是還是努力的完成

112、老師給自己畢設(shè)期間的各項(xiàng)任務(wù)。老師認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度在各個(gè)方面影響著我。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我學(xué)會(huì)自己獨(dú)自查閱資料，分析問題，雖然我的未來可能不從事自己專業(yè)的工作，但是畢業(yè)設(shè)計(jì)期間我，我學(xué)會(huì)了更多課外的內(nèi)容和解決問題的辦法。由于自己大學(xué)期間的專業(yè)課基礎(chǔ)十分薄弱，張老師也沒有因此而放棄我，并且為我提供了許多專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富有創(chuàng)造性的建議，假如沒有張嫣老師那種不放棄的精神，我可能早就放棄此次畢設(shè)。在這里我向張嫣老師說聲謝謝！</p

113、><p>　　于此同時(shí)，我得感謝在大學(xué)四年各位老師和給我指導(dǎo)的同學(xué)。專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的薄弱讓我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)困難重重。當(dāng)我在查閱資料上遇到困難時(shí)，同組的同學(xué)也熱心幫助我。經(jīng)過老師深入淺出的課程設(shè)計(jì)講解，以及細(xì)微之處的獨(dú)到見解，使我對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)有了一定的了解。同時(shí)我也還在其中學(xué)到了很多專業(yè)之外的東西，和一些為人處事的道理，學(xué)會(huì)與人交流。著些在理論課本上找不知識(shí)。、在這里我發(fā)自內(nèi)心的說聲：老師，您辛苦了，多謝你的不放棄！

114、本次設(shè)計(jì)中，，時(shí)間也比較倉(cāng)促，在由于自己的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及其薄弱，缺少經(jīng)驗(yàn)，缺點(diǎn)和錯(cuò)誤繁多，同時(shí)第一次如此系統(tǒng)的參加工程設(shè)計(jì)，懇切希望老師批評(píng)指正！</p><p>　　附錄1 《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》例題3-6的BPA潮流計(jì)算程序</p><p>　　(POWERFLOW,CASEID=EMS,PROJECT=TEST)</p><p>　　/P_INPUT_LIST,

115、FULL\</p><p>　　/P_OUTPUT_LIST,FULL\</p><p>　　/P_ANALYSIS_RPT,LEVEL=4\</p><p>　　/NETWORK_DATA\</p><p>　　.234567890*234567890*234567890*234567890*234567890*234567890*2345

116、67890*234567890</p><p>　　B bus_2 1. 1 20 20