(2005,繼電器) matlab電力系統(tǒng)工具箱在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行仿真中的應(yīng)用

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1、第33卷第20期繼電器Vol.33No.202005年10月16日RELAYOct.16,200553Matlab電力系統(tǒng)工具箱在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行仿真中的應(yīng)用向婉芹,盛四清(華北電力大學(xué)電力工程系,河北保定071003)摘要:首先對(duì)Matlab6.0/Simulink中的電力系統(tǒng)工具箱(SPS),與Matalb5.x/Simulink中的PSB進(jìn)行比較,分析SPS相對(duì)于PSB的優(yōu)點(diǎn)。然后利用SPS建立單機(jī)-無(wú)窮大系統(tǒng)中各元件的仿真模型和系統(tǒng)模型。最后對(duì)系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)由遲相運(yùn)行轉(zhuǎn)為進(jìn)相運(yùn)行時(shí),不同的有功功率和不同的外部

2、系統(tǒng)阻抗兩種情況進(jìn)行仿真,并根據(jù)所得的仿真數(shù)據(jù),對(duì)影響發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的深度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞:Matlab;進(jìn)相運(yùn)行;仿真;SPS中圖分類號(hào):TM743文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):100324897(2005)2020053204級(jí)提高到毫秒級(jí),從而減少了仿真步數(shù)、縮短了仿真0引言時(shí)間。Matlab是Mathwork公司推出的一套高效率的2)求解相量方程時(shí)SPS采用了隱式梯形法,將數(shù)值計(jì)算和可視化軟件,適用于多種學(xué)科的大型仿微分方程在每一時(shí)步上差分化為代數(shù)方程,同潮流真軟件。它集數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、信號(hào)處理和圖

3、形方程一起用牛頓-拉夫遜法解算,這不但克服了微顯示于一體,構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)分與代數(shù)方程之間的交接誤差而且具有良好的穩(wěn)定境。為了準(zhǔn)確地建立系統(tǒng)模型和進(jìn)行仿真分析,性。由于對(duì)步長(zhǎng)具有較好的魯棒性,用戶可以選擇Mathworks在Matlab中提供了系統(tǒng)模型圖形輸入和Simulink微分方程解算器提供的專門針對(duì)剛性系統(tǒng)仿真工具-Simulink。從Matlab5.2開(kāi)始又增加了的變步長(zhǎng)數(shù)值積分方法,使解算器視狀態(tài)量變化趨一個(gè)專用于電力系統(tǒng)分析的電力系統(tǒng)模塊(PSB),勢(shì)自動(dòng)選擇每一步的步長(zhǎng),而無(wú)須通過(guò)

4、試算確[1]從Matlab6.0開(kāi)始又將其命名為SPS(SimPowerSys2定。[1]tems),它為電氣工作者提供了一個(gè)現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)2SPS工具箱的優(yōu)點(diǎn)工具,不但電路模型能夠快速建立起來(lái),而且與之相聯(lián)系的機(jī)械、熱力、控制系統(tǒng)及其他設(shè)備的分析均包1)Matlab具有更開(kāi)放性,用戶不但可以設(shè)計(jì)全[2]含在其中。借助其他模塊庫(kù)或者工具箱以及自新的元件(包括元件的圖形顯示,所需參數(shù)內(nèi)部算法、己在Simulink下搭建的模塊,在提供的仿真平臺(tái)上內(nèi)部算法等,并將其加入到元件庫(kù)中,還可通過(guò)Edit[3]可以進(jìn)行電力系統(tǒng)的

5、仿真計(jì)算。Mask對(duì)已有的元件的所有方面進(jìn)行查看和修改。2)使用Matlab進(jìn)行仿真速度比較慢,這與其狀1SPS工具箱及其特點(diǎn)態(tài)變量的計(jì)算方法有關(guān)。MATLAB將計(jì)算過(guò)程建立SPS包含的元件模型與PSB相同。SPS包含豐在最基本的電路原理和微分方程求解的基礎(chǔ)之上,將富的元件模型,包括同步機(jī)、異步機(jī)、變壓器、直流電磁過(guò)程和機(jī)電過(guò)程同步計(jì)算,幾乎沒(méi)有考慮電力系機(jī)、特殊電機(jī)的線性和非線性、有名的和標(biāo)么值系統(tǒng)統(tǒng)的特性而進(jìn)行簡(jiǎn)化。但同時(shí)這種計(jì)算方法也使仿的、不同仿真精度的設(shè)備模型庫(kù);單相、三相的分布真非常細(xì)致,可以反映出很

6、細(xì)微的變化。在計(jì)算中,和集中參數(shù)的傳輸線;單相、三相斷路器及各種電力除了部分電感、電容外,其狀態(tài)變量的產(chǎn)生一般與耦系統(tǒng)的負(fù)荷模型、電力半導(dǎo)體器件庫(kù)以及控制和測(cè)合的非線性元件有關(guān),如變壓器、PI型輸電線等,而變[3]量環(huán)節(jié)。量個(gè)數(shù)直接與微分方程中矩陣的階數(shù)有關(guān)。相對(duì)于PSB而言,SPS具有以下兩方面改進(jìn):3發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的意義1)增加了濾去直流與諧波分量計(jì)算的相量法,取消了電氣狀態(tài)量不能躍變的約束,將計(jì)算內(nèi)容固電力系統(tǒng)容量逐步擴(kuò)大,輸電線路距離越來(lái)越定為額定頻率下的交流量,仿真步長(zhǎng)因此可由微秒長(zhǎng),加之有的配電網(wǎng)絡(luò)更

7、使用了電纜線路,故輸電線54繼電器路產(chǎn)生的容性無(wú)功功率增大。會(huì)帶來(lái)局部電網(wǎng)無(wú)功ψd=Ldid+Lmd(ifd+ikd)過(guò)剩、電壓偏高的問(wèn)題。解決電網(wǎng)中過(guò)剩的無(wú)功功ψq=Lqiq+Lmqikq率,有兩種方法,第一種是在送受兩端配置一定容量ψfd=Lfdifd+Lmd(id+ikd)(2)的并聯(lián)電抗器或同步調(diào)相機(jī)來(lái)吸收這部分剩余無(wú)功ψkd=Lkdikd+Lmd(id+ifd)功率,這種方法不僅增加了固定設(shè)備的投資及維護(hù),ψkq=Lkqikq+Lmqiq而且在運(yùn)行上有一定的局限性,利用率較低;第二種轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程如下:是

8、利用發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行來(lái)吸收過(guò)剩的無(wú)功功率并t1進(jìn)行電壓調(diào)整,這種方法既不需要增加設(shè)備投資,又Δω(t)=(Tm-Te-KdΔω(t))dt2H∫0(2)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓及無(wú)功的連續(xù)調(diào)節(jié)、合理分配無(wú)功。ω(t)=Δω(t)+ω0發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的原理:發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行(遲其中:H為慣性時(shí)間常數(shù),Tm為機(jī)械轉(zhuǎn)矩,Te為電磁相運(yùn)行)既發(fā)出有功功率,又發(fā)出無(wú)功功率。而發(fā)轉(zhuǎn)矩,Kd為阻尼系