摘 要

随着电能时代的发展，电力系统对人们的日常生活影响日益增大，电力系统安全稳定运行是对电力系统的基本要求。电力系统暂态稳定以及短路故障分析其目的是研究在给定的大扰动情况下，电力系统发电机组能否维持正常的同步运行。本次将采用Matlab的Stimulink软件对电力系统暂态稳定性及短路故障进行仿真分析，在Stimulink中搭建简单的单机无穷大系统和无穷大功率电源供电系统，然后通过改变单机无穷大系统中故障发生器的状态，在0.1S给定短路为大扰动来研究电力系统暂态稳定，通过示波器观察发电机的转速随时间变化特性来确定电力系统运行状态。改变无穷大电源供电系统中各种短路故障类型，通过示波器观察短路电压和短路电流。电力系统暂态稳定模拟仿真分析能够给现实生活中的电力系统稳定运行提供一定的参考依据，更好的维持电力系统安全稳定运行。

关键词：Matlab;电力系统;暂态稳定;短路故障;无穷大系统;

Abstract

With the development of power age, the influence of power system on people's daily life is increasing day by day. Power system transient stability. This time, matlab will be used to determine and analyze the short-circuit fault. The purpose is to study whether the power system generator can maintain the normal synchronous operation under the given large disturbance. The simulation analysis of the power system transient stability and short-circuit fault is carried out by using the software stimulus. In stimulus, a simple single machine infinite bus system and infinite power supply system are built, and then by changing The state of the fault generator in a single machine infinite bus system is given as a large disturbance in 0.1s for short circuit to study the transient stability of the power system , The running state of power system is determined by the characteristic of motor speed changing with time. Change all kinds of short circuit fault types in infinite power supply system, and observe the short circuit voltage and short circuit through oscilloscope. Simulation analysis can provide some reference for the stable operation of power system in real life, and better maintain the safe and stable operation of power system.

Keywords: MATLAB; power system; transient stability; short circuit fault; infinite bus system;

目录

第1章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2课题目的及意义 4

1.2.1课题目的 4

1.2.2课题意义 4

第2章 电力系统暂态稳定及短路故障 5

2.1电力系统暂态稳定 5

2.1.1电力系统暂态稳定性等值电路分析 5

2.1.2发电机各种情况下的功角特性曲线分析 7

2.1.3提高电力系统暂态稳定性的措施 10

2.1.4暂态稳定数学模型 11

2.2电力系统短路故障 13

2.2.1造成短路故障的原因 13

2.2.2短路故障分类 13

2.2.3预防短路故障的措施 14

2.2.4短路故障危害 15

2.2.4短路故障数学模型 15

第3章 单机-无穷大系统和无穷大电源供电系统仿真 22

3.1 单机-无穷大系统简介 22

3.2无穷大电源供电系统简介 23

3.3MATLAB中Stimulnik介绍 24

3.4Stimulink中单机-无穷大系统和无穷大电源供电系统的模型搭建 25

3.4.1所需模块选择 25

3.4.2系统仿真模型 26

3.4.3电路模块参数设置 27

第4章 仿真结果分析 37

4.1暂态稳定仿真结果分析 37

4.2短路故障仿真结果分析 40

4.2.1三相短路结果分析 40

4.2.2两相短路结果分析 42

4.2.3单相接地短路结果分析 43

4.3.3两相接地短路结果分析 45

第5章 总结与展望 47

参考文献 48

致谢 49

第1章 绪论

电力系统规模以飞速发展的电力工业为载体不断扩大，系统的结构及运行方式也得到了多样性的发展，但同时也伴随产生了一些问题。例如：对一些大型故障的现场模拟的条件也得不到允许或者很难满足，这些实验已不能在实验室中继续进行 ^[1]。若电力系统中发生的扰动导致其稳定性被破坏，则系统可能在短时间内发生严重的后果，造成大量经济损失和社会影响。因此研究电力系统暂态稳定及短路故障有非常重要的意义。利用Matlab建立单机-无穷大系统和无穷大功率电源供电系统仿真模型并进行相应的电力系统暂态稳定性和短路故障的仿真^[2]，可以更加直观、简便的得到结果。

1.1课题背景

我国电力系统的日益发展和扩大,使得当前的中国的电力系统已达到高压和大型电网、大型机组的高水平。但是在电力能源状况方面，我国各种能源资源包括煤炭资源、石油和天然气资源以及水能资源在地域分布上具有不平衡性并且不同能源的分布不平衡程度也不相同。第一，我国煤炭资源在全国各地皆有一定量的分布，但是以秦岭-淮河为分割线的北部地区为煤炭主要分布地，特别是在山西、陕西和内蒙古三个产煤大省；第二，石油、天然气资源集中在三北地区，并且两者的集中程度更高于煤炭。第三，水能资源的分布主要在西部和中南部，特别是以长江中上游为主要分布点，包括四川、重庆以及湖北等省市。

在电源结构方面，虽然近年来我国开始由传统能源向新型能源发展，但是现如今我国依然以煤炭资源为能源结构的主体，水能资源及其他能源为辅。并且由于各种能源的分布情况不同，各个地区的能源结构也随之发生变化，例如：煤炭资源主要分布在北方，那么绝大多数地区以煤炭为能源结构的主体，而南方的部分城市由于坐拥大量的水能资源，那么这些城市的能源结构就以水能为主体了。从各种能源的分布和能源的消耗来看，在电力工业开始发展的时期，由于工业水平及相关技术的限制，许多发电站都是孤立的运行并且其生产的电能仅仅可以提供给发电站附近的用户使用。但是伴随近年来我国电力工业的迅猛发展，电力能源开始作为主要的二次能源推动国家的发展，由于我国中东部地区发展迅速，对于电力能源的需求量很大，西部地区能源需求量显得没有东部那么大，而各种能源主要分布在中西部地区，这就造成了能源生产与消耗地域不均的问题，对于这个问题，国家采取了一系列措施，包括将各种能源通过发电站变成电力能源，然后将这些电力能源运送至能源消耗量大的地区，比如西电东输类似的能源由北而南和由西而东的重大举措，有利于资源的优化配置。并且为了提高供电的可靠性和资源利用的经济性，形成了复杂的发电、变电、输电、配电以及用电的统一整体-电力系统。