一种基于MATLAB的电网暂态稳定分析方法技术

本发明专利技术属于电力系统仿真技术领域，尤其涉及一种基于MATLAB的电网暂态稳定分析方法。采用如下的步骤：确定电网安全稳定分析计算模型；电力平衡及潮流方式选择；潮流分析；系统暂态稳定分析；此方法充分发挥了MATLAB编程效率高、可靠性好、实时性强等特点，能够对电力系统复杂的控制方法进行精细化仿真，快速实现模型的自定义，可扩展性强，清晰明了、便与实施，能够满足电力系统新形势下的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统仿真
，尤其涉及一种基于MATLAB的电网暂态稳定分析方法。
技术介绍
电力系统是一个复杂的动态系统，时时刻刻处于不断的扰动之中，扰动发生的时间、地点、类型、严重性均有随机性，在扰动发生后的系统动态过程中一旦发生稳定性问题，系统可能在几秒内发生严重后果，造成极大的经济损失及社会影响。因此，在电力系统规划、设计、运行等工作中需要进行大量的暂态稳定分析。但随着电网规模的不断扩大，暂态稳定问题的方程式阶数越来越高，新元件不断接入电网，对电力系统仿真计算提出了更高的要求。一些电力系统仿真软件在仿真计算速度、新设备模型等方面已不能满足当前电网发展的需要。随着电力系统仿真精细化要求的快速提高，相关研究已经被大学和科研机构所重视，但目前该研究都集中在理论和小型实验上面，还没有投入到实际运行的电力系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种电网暂态稳定分析方法，提高仿真计算效率和可靠性，能够实现复杂的控制方法和模型的自定义，可扩展性强，能够满足电力系统新形势下的需要。本专利技术是这样实现的，一种基于MATLAB的电网暂态稳定分析方法，采用如下的步骤：确定电网安全稳定分析计算模型；电力平衡及潮流方式选择；潮流分析；系统暂态稳定分析；其特征在于：系统暂态稳定分析包括的步骤为：1)根据潮流运行方式计算扰动前初值y(0)：暂态稳定计算全系统的数学模型包含描述电力系统有关元件动态特性的微分方程和电力网络方程,电力系统有关元件动态特性的微分方程和电力网络方程的一般形式为式中：x，y分别为状态变量和代数变量；代数变量y表示电力网络的运行参数，为电力网络方程求解的变量，状态变量x为微分方程求解的变量，表示状态变量x的微分形式，g(x,y)表示电力网络方程；2)由扰动前初值y(0)求出系统中有关元件状态变量的初值x(0)；3)形成有关元件动态特性的微分方程式和电力网络的代数方程；4)置系统运行的时刻t＝0；5)检查在t时刻系统有无故障操作；6)如果有，则修改式(1)中的微分方程或代数方程中的有关方程式；7)解电力网络方程g(x,y)＝0，求得扰动后系统的运行参数y(t+0)，状态变量x(t)不会突变；8)用(x(t)，y(t+0))或者(x(t)，y(t))代入式①中的微分方程和电力网络方程求解；9)根据微分方程和电力网络方程联合求解结果以及判断依据，判断系统是
否稳定；10)令t＝t+Δt，推算t+Δt时刻系统的运行状态，时间间隔Δt称为步长，暂态稳定计算中取0.05s，若满足误差，则：输出发电机功角曲线，节点电压曲线；11)判定时间是否到达预先给定的最大时刻tmax；12)输出计算结果。进一步地，步骤5中，若无扰动，则运行步骤8。进一步地，步骤9中，如已判明系统失稳，则结束运算，返回步骤12，输出计算结果。进一步地，步骤11中，如时间没有到达预先给定的最大时刻tmax，则：返回步骤5，检查该时刻系统有无故障操作输出。进一步地，潮流分析中包括在simulink中建立地区电网主接线潮流计算仿真模型图，在MATLAB中读取Eexcel表格和TXT文本文件内容，输入电网各种参数进行潮流计算，用MATLAB编制牛顿-拉夫逊法或者PQ分解法潮流计算程序，进行初步潮流计算。进一步地，，包括：用MATLAB编制“N-1”校验程序完成各潮流方式下的静态稳定分析，根据输电系统静态安全标准“N-l”准则进行线路载流能力和电压水平分析。进一步地，，包括：对设计水平年工程所在地区进行静态稳定分析，静态稳定分析采用输电系统静态安全标准“N-l”准则，在所选择的潮流方式基础上，逐个无故障断开线路、变压器单一元件，再进行潮流计算，获得N-1开断后的潮流分布。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：1)本专利技术提供了一种基于MATLAB的电网暂态稳定分析方法，此方法充
分发挥了MATLAB编程效率高、可靠性好、实时性强等特点，能够对电力系统复杂的控制方法进行精细化仿真，快速实现模型的自定义，可扩展性强，清晰明了、便与实施，能够满足电力系统新形势下的需要。2)在新建输变电工程投产前，利用本方法对其进行安全稳定分析，可发现工程投产后存在的问题，及时采取有效措施，保障电力系统安全稳定运行。附图说明图1是本专利技术基于MATLAB的电网暂态稳定分析方法实施流程图；图2是本专利技术实施例提供的电网暂态稳定分析流程图；图3(a)是以凸极机为例，讨论发电机与无限大系统间经复杂网络连接时Eq和PE与其他变量的关系；图3(b)为一凸极式发电机与无限大系统间的等值电路，发电机只能以和xq作为其电动势和等值电抗；图3(c)为Y11…Y22为节点导纳矩阵元素；图3(d)为y10、y12、y20为等值π电路中的导纳；图4为IEEE9节点测试系统图；图5为发电机21在9节点网络线路发生三相短路故障，故障发生的时间为1秒时切除三相短路故障得出的功角曲线；图6为发电机31在9节点网络线路发生三相短路故障，故障发生的时间为1秒，在1.5秒时切除三相短路故障，得出的功角曲线；图7为发电机21故障发生时间为1秒，线路发生三相短路故障，切除时间为2.5秒的功角曲线；图8为发电机31故障发生时间为1秒，线路发生三相短路故障，切除时间为2.5秒的功角曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1中步骤1为确定电网安全稳定分析计算模型，为后期搭建地区网络架构做准备。系统主要模型包括：发电机(含励磁系统、调速系统模型)、负荷、线路、变压器、直流、无功补偿等模型。在MATLAB/Simulink中，发电机模型主要包括简化的同步电机模型、基本同步机模型、标准同步电机模型，能够满足电力系统暂态分析不同精度的要求。输电线路模型有“π”等值模块和分布参数等值模块。负荷模型有静态负荷模型、动态负荷模型和异步电动机模型，可以最大限度模拟出实际负荷特性。Simulink中Simpowersystems包括了电路仿真所需的各种元件模型，如电源模块、基础电路模块、电力电子模块、电机模块、连线器模块、检测模块以及附加功率模块等模块库。每个模块库中包含各种基本元件模型，用户可以根据需要进行电力系统复杂模型的自定义，实现电路和电力系统的精细化仿真。模型选取，要考虑实际系统所用的元件型号、系统容量，仿真精度等因素，以发电机实用模型选取为例,根据发电机机型选取实用模型：对于具有实心转子的隐极汽轮发电机应选取6阶、4阶及2阶模型；对于具有凸极转子的水轮发电机应选取5阶、3阶及2阶模型，其中Eq＇、Eq〞、Ed〞、Ed＇电势变化的5阶和6阶模型考虑了次暂态及暂态过程(详细模型)，考虑Eq＇电势变化的3阶模型和考虑Eq＇、Ed＇电势变化的4阶模型只考虑暂态过程,考虑Eq＇、Ed＇电势恒定的2阶模型和考虑E＇电势恒定的2阶模型近似考虑励磁调节的模型。在工程实践中，一般大容量发电机组采用现场实测的考虑阻尼绕组的次
暂态(Eq〞、Ed〞)变化的详细模型，中等容量的发电机组采用考虑暂态电势(Eq＇、Ed＇)变化模型E，小容量的发电机组采用暂态电势(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MATLAB的电网暂态稳定分析方法，采用如下的步骤：确定电网安全稳定分析计算模型；电力平衡及潮流方式选择；潮流分析；系统暂态稳定分析；其特征在于：系统暂态稳定分析包括的步骤为：1)根据潮流运行方式计算扰动前初值y(0)：暂态稳定计算全系统的数学模型包含描述电力系统有关元件动态特性的微分方程和电力网络方程,电力系统有关元件动态特性的微分方程和电力网络方程的一般形式为式中：x，y分别为状态变量和代数变量；代数变量y表示电力网络的运行参数，为电力网络方程求解的变量，状态变量x为微分方程求解的变量，表示状态变量x的微分形式，g(x,y)表示电力网络方程；2)由扰动前初值y(0)求出系统中有关元件状态变量的初值x(0)；3)形成有关元件动态特性的微分方程式和电力网络的代数方程；4)置系统运行的时刻t＝0；5)检查在t时刻系统有无故障操作；6)如果有，则修改式(1)中的微分方程或代数方程中的有关方程式；7)解电力网络方程g(x,y)＝0，求得扰动后系统的运行参数y(t+0)，状态变量x(t)不会突变；8)用(x(t)，y(t+0))或者(x(t)，y(t))代入式(1)中的微分方程和电力网络方程求解；9)根据微分方程和电力网络方程联合求解结果以及判断依据，判断系统是否稳定；10)令t＝t+Δt，推算t+Δt时刻系统的运行状态，时间间隔Δt称为步长，暂态稳定计算中取0.05s，若满足误差，则：输出发电机功角曲线，节点电压曲线；11)判定时间是否到达预先给定的最大时刻tmax；12)输出计算结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MATLAB的电网暂态稳定分析方法，采用如下的步骤：确定电网安全稳定分析计算模型；电力平衡及潮流方式选择；潮流分析；系统暂态稳定分析；其特征在于：系统暂态稳定分析包括的步骤为：1)根据潮流运行方式计算扰动前初值y(0)：暂态稳定计算全系统的数学模型包含描述电力系统有关元件动态特性的微分方程和电力网络方程,电力系统有关元件动态特性的微分方程和电力网络方程的一般形式为式中：x，y分别为状态变量和代数变量；代数变量y表示电力网络的运行参数，为电力网络方程求解的变量，状态变量x为微分方程求解的变量，表示状态变量x的微分形式，g(x,y)表示电力网络方程；2)由扰动前初值y(0)求出系统中有关元件状态变量的初值x(0)；3)形成有关元件动态特性的微分方程式和电力网络的代数方程；4)置系统运行的时刻t＝0；5)检查在t时刻系统有无故障操作；6)如果有，则修改式(1)中的微分方程或代数方程中的有关方程式；7)解电力网络方程g(x,y)＝0，求得扰动后系统的运行参数y(t+0)，状态变量x(t)不会突变；8)用(x(t)，y(t+0))或者(x(t)，y(t))代入式(1)中的微分方程和电力网络方程求解；9)根据微分方程和电力网络方程联合求解结果以及判断依据，判断系统是
\t否稳定；10)令t＝t+Δt，推算t+Δt时刻系统的运行状态，时间间隔Δt称为步长，暂态稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙淑琴，曹华松，王翀，吴晓蓉，秦美琪，李永彬，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22