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1、16东北电力技术2007年第10期基于MATLAB/SIMULINK的电力系统动态仿真分析DynamicSimulationAnalysisonPowerSystemBasedonMATLAB/SIMULINK刘荆飞,康积涛(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031)摘要:提出以Matlab/Simulink动态系统建模软件为基础的面向对象的电力系统仿真环境,建立了电力系统时域仿真所需发电机模型、负荷模型和网络模型。由于整个模型是图形化的、面向对象的,非常适合教学和研究,特别适用于电力系统稳定性分析时域仿真验证。关键词:时域仿真;电力系统稳定;Matlab;Simulink[
2、中图分类号]TM743[文献标识码]B[文章编号]1004-7913(2007)10-0016-04近年来,随着电网电压等级的升高、电力系统负荷模型,不适合于电压稳定性分析。互联、电厂远离负荷中心、负荷容量的集中及直流1仿真数学模型输电技术的应用,对合理利用能源、提高经济效益和保护环境具有重要意义,但受环境和建设成本的111发电机模型和励磁系统模型[11]限制,电网结构相对薄弱,发电设备储备量较少,每个发电机都是用四阶模型描述,励磁系系统经常运行在重负荷下,给电力系统的安全运行统用单时间常数的传递函数表示。发电机模型为带来隐患。电压不稳定、电压崩溃引起的局部丢负dδ=ωs(ω-1)
3、荷或大面积停电、部分国家电力工业解除管制实行dt市场化,使电网的运行状态和当初的设计有了很大T=dω=T-T-D(ω-1)jmedt的差别,给电力系统的安全运行带来了隐患。如何(1)dEd′快速、准确地进行电力系统的安全分析,特别是动Tq0′=-Ed′+(Xq-Xq′)iqdt态安全分析,是电力系统发展迫切需要解决的问dEq′题。通常在计算出一个电力系统所处状态或特征Td0′=-Eq′-(Xd-Xd′)id+Efddt后,总是需要时域仿真来验证所求结果是否正确,式中Te=Eq′iq+Ed′id-(Xd′-Xq′)idiq即电力系统在某一状态时是否是稳定的。δ———发电机功角;[1]
4、[2]大型商业软件PSS/E、Eurostag是针对大ω———发电机角速度;规模电力系统开发的,使用繁琐,不适合分析小系ωs———系统同步角速度;统,特别不适合分析主要受动态负荷影响的电压稳[3]Ed′、Eq′———发电机d、q轴暂态电势;定问题。由美国Mathworks公司推出的适用于多Efd———发电机励磁系统输出电压;种学科的大型仿真软件Matlab和Simulink效率高、Tj、D———发电机转子的惯性时间常数和阻设计灵活、图形功能强,可对复杂的动态系统进行尼常数;建模和仿真,最近出现了许多关于Matlab和Simu2Td0′、Tq0′———发电机d、q轴暂态时间常link
5、应用在电力系统的文献,文献[4]～[7]数;采用Matlab的电力系统工具箱SPS(或称PSB)进Tm、Te———原动机的机械输出转矩和发电机行电力系统动态分析,没有考虑动态负荷模型,而的电磁转矩;且不能修改仿真模型,文献[8]因存在代数环,Xd、Xq———发电机d、q轴同步电抗;对计算速度和计算稳定性有很大影响,文献[8]Xd′、Xq′———发电机d、q轴暂态电抗;～[10]考虑了发电机动态模型,但未考虑动态2007年第10期东北电力技术17id、iq———发电机输出电流在d、q轴上的投影。·V、Y都是标幺值,x为电力系统动态元件的状态发电机定子端口电压为变量,这些元件通常包括同
6、步发电机、动态负荷ud=Ed′+Xq′iq-Raid(2)等,zk为离散控制设备的离散动态变量向量,包括uq=Eq′-Xd′id-Raiq过励磁限制器、有载调压器等。式中ud、uq———发电机端电压在d、q轴上的投影;Ra———发电机定子电阻。2仿真实例励磁系统数学模型为[13]、[14]目前有很多文献对图1所示三节点系统dEfdTA=-Efd+kA(Vref-Vt)(3)进行了研究,其中节点1为采用四阶模型的发电机dt并加入一阶励磁器,节点2为等效无穷大母线,被式中TA———励磁系统时间常数;[13]看作平衡节点,节点3是负荷节点。本文提出kA———励磁系统增益系数;的新仿真环境
7、如图2、图3、图4、图5所示,图中Vref———励磁系统设定电压;Vt———发电机端口电压幅值。112负荷模型对于静态负荷模型,分别有恒功率、恒电流、恒电压及其组合。对于动态负荷模型,采用能够描述大扰动下动态行为的感应电动机与静态恒功率负荷的并联模[12]型。具体数学模型为Ps=Pl图1三节点测试系统Qs=Ql··Pd=P0+kpwθ+kpv(V+TV)(4)·2Qd=Q0+kqwθ+kqv+kqv2V式中Pd+jQd———动态感应电动机负荷:P0+jQ0———动态感
