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基于MATLAB简单电力系统的暂态稳定性仿真

陆春锋 蔡津京 何智

国网南通供电公司

摘要: 电力系统中的扰动因素一般由元器件的投入或切除、短路;高负荷的接入或退出;短路等等原因引起,电力系统安全、稳定的运行对社会经济运转起到至关重要的作用。如何减少或时避免扰动对电力工作者的意义重大,本文根据实践工作中的一些具体应用,与大家分享一下基于MATLAB软件中的动态仿真Simulink模块对单机无穷大电力系统搭建模型并进行暂态稳定性仿真分析。
关键词: 电力系统;暂态稳定;仿真
DOI:10.12721/ccn.2022.157026
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 1、电力系统暂态稳定性研究发展趋势

目前,互联网、信息技术,智能设备、智能软件等技术在电力系统中的应用是电力工业发展的必然,这些新技术的广泛使用,促进了社会经济的发展,也提升了电力行业的经营效益和工作效率,但是电力规模在扩大过程中,我们也看到了故障发生几率的提高。电力网路系统中电网结构是否强壮,元器件是否安全,管理是否合理都是紧密联系的,稍有一个环节出现故障,就可能是电力整个系统陷入危机和崩溃,导致大面积停电,给整个国民经济造成重大损失,所以各国都对电力系统的稳定、安全运行给予高度重视,大型电力系统的设置和规划都把安全稳定运行放在首要位置。随着“西电东送、南北互供、全国联网”的全面实施,我国已成为世界上建成跨区域、远程输送巨大功率超高压交、直混合电力系统位数不多几个国家之一,解决好电力系统实时安全分析方法和安全稳定控制技术的研究和应用,已成为电力生产、运行、科研和制造的重要任务,不管在何种情况下,电力系统的安全稳定都应该摆在电力系统调度部门的首要位置上,因此电力系统研究分析作为事故发生概率主体的动态安全评定暂态稳定性,对实现电力系统的问题性具有重要的意义.

2、电力系统暂态稳定性概述

电力系统暂态稳定性是指我们日常工作中正常运行的电力系统承受一定大小的、瞬时出现但又立即消失的扰动后恢复到近似它原有的运行状况的 能力,或是这种能力虽不消失,但系统可以从原有的运行状况安全的过渡到新的运行状况的可能性。在我们现代经济社会中,信息技术的高速发展,推动的互联网+与各行各业不断的融合发展。电力互联网的广泛应用让电力系统获取更多的技术手段以支持获取更多的经济效益的同时,也不可避免的让电力系统的稳定性受破坏的影响因素波及的更多更广。随着电力市场的开放,电力系统的运行方式也更加灵活多样,对系统的稳定性预测及破坏预防能力要求更高了,需求量的不断提升,区域联网的不断扩充,远程大容量智能化电力系统不断升级出现,导致系统总是处于极限边缘运行,暂态稳定性日趋严重,一旦出现稳定性失衡,将给区域造成大面积的断电、停电或是更严重的问题。

3、提高电力系统稳定性方法

3.1故障及扰动分析

配电网故障有短路、单向接地、短线等。在电力系统中压配电网接地方式是不直接接地方式或者弧钱圈接地方式,称作小电流接地在电力系统中是出现故障频率最高的,由于故障短时间内不影响负载运行,熔断机制不能准时,不能立即跳闸,但是在接地电压升高后,与故障运行时间长了会影响系统的安全性,容易导致系统故障。其它可能出现故障的地方为大的接地电阻,这些地方容易产生谐波电流,需要掌握有效的处理信号中微弱信号能力的方法来进行分析处理。电力系统稳定性的第一要素就是电力系统暂态稳定性的角度控制。

扰动的主要原因:系统的主要原件例如发电机、变压器等的投入或是拆除;大负载用户的突然变化;出现短路故障等,在几种故障中,短路故障的扰动程度最大,一旦发生短路,电力系统在从一种状态变化大到另一种状态中间过程的波动比较大产生复杂的暂态现象,所以通常以短路故障作为标准可测试系统是否具有暂态稳定。在短路当中,单相接地短路是短路故障中出现频率最多的,在三相系统中存在多种短路的可能,包括三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路等。在动态电路从稳定状态到新稳定状态的过程中,电容电压、电感电流等物理量并不会突变。在一定的反应时间后才能发生变化,电路的这一过程是电路的过渡过程,表现出的是暂态现象且表现不同于稳态。

3.2提高稳定性的方法

电力系统的扰动分大扰动和微小扰动。处理手段基本一直,常用的方法有快速切除故障,该方式能够迅速的让电动机的端电压恢复并上升,使电动机失速或者停顿等不正常运行的危险发生的几率大大降低,从而提高负载的稳定性。自动重合闸,该方式可以使系统的供电方式更加安全、更加可靠,同时也让写哦那个的暂态稳定性得到提高。双回线路的三相重合闸,在双回线路中瞬时性故障出现在其中的一条回线上,则系统不能维持暂态稳定,如果装有三相自动重合闸装置,在运行点到达K时使三相重合成功,让减速面积和加速面积发生改变,可以使电力系统保持暂态稳定性。

4、仿真研究

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图1单机无穷大系统

本文以一个单机无穷大系统如图1为例,利用MATLAB软件中的动态仿真Simulink模块对电力系统受外界干扰时的暂态稳定性进行仿真分析,选取f点发生两相接地短路,采取同时断开线路两侧开关切除故障线路后,系统的暂态稳定性仿真分析,在Simulink当中打开相应的模块,输入相应的参数后,开始仿真,结果如下图2。

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故障0.1秒后切除线路,产生的电机转速及δ变化

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故障0.55秒后切除线路,产生的电机转速及δ变化

图2暂稳态仿真图

从图中可以看出,当短路点f发生两相接地短路故障0.1秒后进行切除故障线路时,发电机的转速随时间的增加而逐渐小然后趋于一个稳定值,因此系统是稳定的;若是采取故障后0.55秒切除故障线路时,当切除时间大于极限切除时间时,发电机的转速随着时间的增大而增大,系统随时间的变化变得变得不在稳定。从仿真的结果看,当电力系统发生故障时,故障处理或解除时间越短,系统越容易快速进入另一稳定运行状态,反之,则越不稳定。在进行电力系统规划设计及安装运行及维护过程中,我们对自动恢复功能和自动解除功能要做到严格要求,并给与相应的试验检定。