姜玉鵬

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司邳州市供電分公司，江蘇 徐州221300）

1 引言

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性指當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步，而能自動(dòng)恢復(fù)到初始穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或過(guò)渡到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，對(duì)于促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行有重大意義。

Simulink是MATLAB提供的系統(tǒng)建模仿真工具。Simulink的electrical工具箱提供了各種電力元器件專(zhuān)業(yè)模塊，包括穩(wěn)定性仿真分析所用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）、同步發(fā)電機(jī)、無(wú)窮大電源模塊等。

2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類(lèi)

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分為靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，受到小的擾動(dòng)后，能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)的能力；暫態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，受到較大擾動(dòng)后，能夠過(guò)渡到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。

2.2 提高暫態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

提高暫態(tài)穩(wěn)定，首先考慮的是減少擾動(dòng)后系統(tǒng)的加速面積，減小大擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)機(jī)械功率和電磁功率的功率差額。工程中通常采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、快速自動(dòng)重合閘、加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）等。

但單一措施只能對(duì)某一范圍內(nèi)的擾動(dòng)有效果，當(dāng)擾動(dòng)超出一定范圍后，單純靠一種調(diào)節(jié)措施效果較差，因而工程實(shí)際中通常是對(duì)各種穩(wěn)定性措施的綜合應(yīng)用。

3 暫態(tài)穩(wěn)定性建模與仿真

3.1 電力系統(tǒng)建模

正常運(yùn)行時(shí)的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)及其等效電路如圖1所示。一同步發(fā)電機(jī)（G）經(jīng)過(guò)升壓/降壓變壓器（T1、T2）和雙回線路（L）與無(wú)窮大系統(tǒng)（U）連接。

圖1 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)及其等效電路

3.2 暫態(tài)穩(wěn)定性仿真

電力系統(tǒng)通常將短路故障作為檢驗(yàn)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的仿真對(duì)象。

按圖1在Simulink中搭建研究其暫態(tài)穩(wěn)定性的仿真模型如圖2所示。故障點(diǎn)采用三相故障模塊“Three-Phase Fault”，聯(lián)絡(luò)線L2兩側(cè)的斷路器通過(guò)調(diào)整時(shí)間參數(shù)可設(shè)置為重合閘模式，同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器始終投入。仿真開(kāi)始前，利用powergui模塊對(duì)電機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，仿真類(lèi)型選擇“離散相量法”。

圖2 暫態(tài)穩(wěn)定性仿真系統(tǒng)主框圖

3.2.1 快速重合閘

初始仿真：仿真開(kāi)始0.1 s后發(fā)生三相接地短路故障，故障持續(xù)1 s；L2兩側(cè)斷路器在故障發(fā)生0.1 s后跳閘，跳閘1.8 s后重合；仿真時(shí)間設(shè)置5 s。

對(duì)比仿真：斷路器跳閘后不重合。

結(jié)果顯示，故障后，雖切除故障，由于故障對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)太大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化較為劇烈，功角快速擺動(dòng)。若斷路器不重合，故障發(fā)生2.358 s后功角突破極限值，系統(tǒng)失去穩(wěn)定；若斷開(kāi)后重合，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功角雖發(fā)生振蕩，在仿真時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)未失去穩(wěn)定。結(jié)果如圖3所示。

圖3 重合閘仿真結(jié)果

分析可知，故障切除后重合閘的使用可以有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

初始仿真：仿真0.1 s后發(fā)生A、B兩相接地短路故障，持續(xù)時(shí)間1 s；L2兩側(cè)斷路器故障發(fā)生0.1 s后跳閘，跳閘1.8 s后重合；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合放大系數(shù)Ka=300；仿真時(shí)間設(shè)置2 s。

對(duì)比仿真：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合放大系數(shù)Ka=30。

仿真結(jié)果如圖4所示，可見(jiàn)當(dāng)Ka較大時(shí)，系統(tǒng)受到擾動(dòng)后振蕩較小，在仿真時(shí)間內(nèi)未失去穩(wěn)定。分析可知，適當(dāng)增大勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的綜合放大系數(shù)可以有 效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖4 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器仿真結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)構(gòu)建單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的Simulink模型，對(duì)重合閘、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)等措施進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，證明了對(duì)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性水平的有效性。但本文只對(duì)提高穩(wěn)定性水平的單一措施進(jìn)行了分析，實(shí)際上僅依靠某一項(xiàng)措施對(duì)提高系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力是有限的，為應(yīng)對(duì)更大的系統(tǒng)擾動(dòng)，需要多項(xiàng)措施的綜合應(yīng)用。