计算机辅助分析暂态实验报告 2.docx
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计算机辅助分析暂态实验报告2
四川大学电气信息学院
实验报告书
课程名称：
电力系统分析的计算机算法
实验项目：
暂态稳定实验
专业班级：
电气工程及其自动化专业103班级
实验时间：
2017年5月12日
气信息学院专业中心实验室
一：
实验目的（Purpose）
1.掌握暂稳计算的概念、原理和计算数据要求；
2.熟练使用PSASP建立电力系统的暂稳计算模型，并完成暂稳计算；
3.掌握暂稳计算结果的数据图形化整理和分析；
4.利用PSASP，分析电力系统暂态稳定受故障条件、受不同运行方式的影响及其规律；
5.通过计算机仿真，巩固《电力系统分析理论》所学，对“电力系统暂态稳定”及其影响因素加深理论和实践认识；
6.学习技术图形的绘制
二：
实验内容（Content）
1.不同故障地点对该系统暂稳的影响
2.不同故障类型对该系统暂稳的影响
3.不同故障持续时间对该系统暂稳的影响
4.调整系统的初始运行方式对该系统暂稳的影响
三：
实验数据/分析（Data/Analysis）
Ⅰ.系统的初始运行方式不变
1.不同故障地点对该系统暂稳的影响
故障类型：
三相短路
故障线路：
GEN2-230~STNC-230
故障开始时间：
1s
切除时间：
1.31s
分别选取不同故障地点30%，50%，70%，
观察功角差及有功、频率变化情况。
最后每一种情况再确定极限切除时间。
a）功角差变化情况
图1
图2
图3
不同切除故障时间的时域仿真结果如图1-图3所示，图1是在线路30%处故障时的功角差摇摆曲线；图2是在线路50%处故障时的功角差摇摆曲线；图3是在线路70%处故障时的功角差摇摆曲线。
从仿真曲线可以看出1.31s切除故障后，故障在线路50%处和在70%处，系统均能保持暂态稳定，但线路50%切除故障的相对功角变化幅度更大；而在线路30%处切除故障后，功角差无限增大，系统将失去暂态稳定。
b）有功，频率变化情况
图4
图5
图6
图7
图8
图9
图10
图11
图12
不同切除故障时间的时域仿真结果如图4-图12所示，图4-图6是在线路30%处故障时的各发电机的有功、频率变化曲线；图7-图9是在线路50%处故障时的各发电机的有功、频率变化曲线；图10-图12是在线路70%处故障时的各发电机的有功、频率变化曲线。
从仿真曲线可以看出1.31s切除故障后，故障在线路50%处和在70%处，系统均能保持暂态稳定，而在线路30%处切除故障后，有功急剧振荡，频率飙升，系统将失去暂态稳定。
c）端电压变化情况
图13
图14
图15
不同切除故障时间的时域仿真结果如图13-图15所示，图13是在线路30%处故障时的各发电机端电压变化曲线；图14是在线路30%处故障时的各发电机端电压变化曲线；图15是在线路30%处故障时的各发电机端电压变化曲线。
从仿真曲线可以看出1.31s切除故障后，故障在线路50%处和在70%处，系统均能保持暂态稳定，而在线路30%处切除故障后，各发电机端电压急剧振荡，不再相对稳定，系统将失去暂态稳定。
d）线路30%、70%故障时的极限切除时间
图16
图17
30%时，故障开始时间1s，极限切除时间1.28s
50%时，故障开始时间1s，极限切除时间1.31s
70%时，故障开始时间1s，极限切除时间1.33s
2.不同故障类型对该系统暂稳的影响
故障线路：
GEN2-230~STNC-230，
故障开始时间：
1s
切除时间：
1.33s，
故障地点：
线路50%处
分别设置不同故障类型，单相接地短路，两相接地短路，两相短路，三相接地短路，观察功角差变化情况。
图18
图19
图20
图21
图18是发生A相接地短路时切除故障的功角差摇摆曲线；.图19是在发生AB两相接地短路时切除故障的功角差摇摆曲线；图20是在发生AB两相短路时切除故障的功角差摇摆曲线；图21是在发生三相接地短路时切除故障的功角差摇摆曲线。
由图18-图21可以看出，对于A相短路接地和AB两相故障，系统均能保持暂态稳定，但AB两相短路故障时的相对功角摆动幅度更大；发生两相接地短路故障和三相接地短路故障时系统将失去暂态稳定，但三相短路故障时的相对功角摆动幅度更大。
由此可见，三相短路故障最严重，对系统暂态稳定影响最大，两相接地短路次之；两相短路较小；单相短路接地影响最小。
3.不同故障持续时间对该系统暂稳的影响
故障类型：
三相短路
故障线路：
GEN2-230~STNC-230
故障地点：
线路50%处
故障开始时间：
1s
分别选取不同故障时间稳定切除时间，极限切除时间，失稳切除时间，观察功角差及有功、频率变化情况。
a）功角差变化情况
图22
图23
图24
不同切除故障时间的时域仿真结果如图22-图24所示，图22是在1.28s切除故障线路时的功角差摇摆曲线；.图23是在1.31s切除故障线路时的功角差摇摆曲线；.图24是在1.33s切除故障线路时的功角差摇摆曲线；.
从仿真曲线可以看出1.28s切除故障和1.31s切除故障，系统均能保持暂态稳定，但1.31s切除故障的相对功角变化幅度更大；而1.33s切除故障，功角差无限增大，系统将失去暂态稳定。
由此可见，快速切除故障可以显着提高系统的暂态稳定性。
b）有功，频率变化情况
图25
图26
图27
图28
图29
图30
图31
图32
图33
不同切除故障时间的时域仿真结果如图25-图33所示，图25-图27是在1.28s切除故障线路时的各发电机的有功、频率变化曲线；图28-图30是在1.31s切除故障线路时的各发电机的有功、频率变化曲线；图31-图33是在1.33s切除故障线路时的各发电机的有功、频率变化曲线；
从仿真曲线可以看出1.28s切除故障和1.31s切除故障，系统均能保持暂态稳定，而1.33s切除故障，系统将失去暂态稳定，有功变化曲线急剧振荡，频率飙升，失去稳定。
c）端电压变化情况
图34
图35
图36
不同切除故障时间的时域仿真结果如图34-图36所示，图34是在1.28s切除故障线路时的端电压变化曲线；.图35是在1.31s切除故障线路时的端电压变化曲线；.图36是在1.33s切除故障线路时的端电压变化曲线。
从仿真曲线可以看出1.28s切除故障和1.31s切除故障，系统均能保持暂态稳定，但1.31s切除故障的各发电机端电压变化幅度更大；而1.33s切除故障，端电压变化剧烈，系统将失去暂态稳定。
Ⅱ.系统的初始运行方式不变
PQ节点负荷同时增大50%，重复上述步骤。
4.不同故障地点对该系统暂稳的影响
故障类型：
三相短路
故障线路：
GEN2-230~STNC-230
故障开始时间：
1s
切除时间：
1.42s
分别选取不同故障地点30%，50%，70%，观察功角差及有功、频率变化情况。
最后每一种情况再确定极限切除时间。
a）功角差变化情况
图37
图38
图39
不同切除故障时间的时域仿真结果如图37-图39所示，图37是在线路30%处故障时的功角差摇摆曲线；图38是在线路50%处故障时的功角差摇摆曲线；图39是在线路70%处故障时的功角差摇摆曲线。
从仿真曲线可以看出1.42s切除故障后，故障在线路50%处和在70%处，系统均能保持暂态稳定，但线路50%切除故障的相对功角变化幅度更大；而在线路30%处切除故障后，功角差无限增大，系统将失去暂态稳定。
b）有功，频率变化情况
图40
图41
图42
图43
图44
图45
图46
图47
图48
不同切除故障时间的时域仿真结果如图40-图48所示，图40-图42是在线路30%处故障时的各发电机的有功、频率变化曲线；图43-图45是在线路50%处故障时的各发电机的有功、频率变化曲线；图46-图48是在线路70%处故障时的各发电机的有功、频率变化曲线。
从仿真曲线可以看出1.42s切除故障后，故障在线路50%处和在70%处，系统均能保持暂态稳定，而在线路30%处切除故障后，有功急剧振荡，频率飙升，系统将失去暂态稳定。
c）端电压变化情况
图49
图50
图51
不同切除故障时间的时域仿真结果如图13-图15所示，图49是在线路30%处故障时的各发电机端电压变化曲线；图50是在线路30%处故障时的各发电机端电压变化曲线；图51是在线路30%处故障时的各发电机端电压变化曲线。
从仿真曲线可以看出1.42s切除故障后，故障在线路50%处和在70%处，系统均能保持暂态稳定，而在线路30%处切除故障后，各发电机端电压急剧振荡，不再相对稳定，系统将失去暂态稳定。
d）线路30%、70%故障时的极限切除时间
图52
图53
30%时，故障开始时间1s，极限切除时间1.38s
50%时，故障开始时间1s，极限切除时间1.42s
70%时，故障开始时间1s，极限切除时间1.46s
5.不同故障类型对该系统暂稳的影响
故障线路：
GEN2-230~STNC-230，
故障开始时间：
1s
切除时间：
1.42s，
故障地点：
线路50%处
分别设置不同故障类型，单相接地短路，两相接地短路，两相短路，三相接地短路，观察功角差变化情况。
图54
图55
图56
图57
图54是发生A相接地短路时切除故障的功角差摇摆曲线；.图55是在发生AB两相接地短路时切除故障的功角差摇摆曲线；图56是在发生AB两相短路时切除故障的功角差摇摆曲线；图57是在发生三相接地短路时切除故障的功角差摇摆曲线。
由图54-图57可以看出，对于A相短路接地和AB两相故障，系统均能保持暂态稳定，但AB两相短路故障时的相对功角摆动幅度更大；发生两相接地短路故障和三相接地短路故障时系统将失去暂态稳定，但三相短路故障时的相对功角摆动幅度更大。
由此可见，三相短路故障最严重，对系统暂态稳定影响最大，两相接地短路次之；两相短路较小；单相短路接地影响最小。
6.不同故障持续时间对该系统暂稳的影响
故障类型：
三相短路
故障线路：
GEN2-230~STNC-230
故障地点：
线路50%处
故障开始时间：
1s
分别选取不同故障时间稳定切除时间，极限切除时间，失稳切除时间，观察功角差及有功、频率变化情况。
d）功角差变化情况
图58
图59
图60
不同切除故障时间的时域仿真结果如图58-图60所示，图58是在1.32s切除故障线路时的功角差摇摆曲线；.图59是在1.42s切除故障线路时的功角差摇摆曲线；.图60是在1.52s切除故障线路时的功角差摇摆曲线；.
从仿真曲线可以看出1.32s切除故障和1.42s切除故障，系统均能保持暂态稳定，但1.42s切除故障的相对功角变化幅度更大；而1.52s切除故障，功角差无限增大，系统将失去暂态稳定。
由此可见，快速切除故障可以显着提高系统的暂态稳定性。
e）有功，频率变化情况
图61
图62
图63
图64
图65
图66
图67
图68
图69
不同切除故障时间的时域仿真结果如图61-图69所示，图61-图63是在1.32s切除故障线路时的各发电机的有功、频率变化曲线；图64-图66是在1.42s切除故障线路时的各发电机的有功、频率变化曲线；图67-图69是在1.52s切除故障线路时的各发电机的有功、频率变化曲线；
从仿真曲线可以看出1.32s切除故障和1.42s切除故障，系统均能保持暂态稳定，而1.52s切除故障，系统将失去暂态稳定，有功变化曲线急剧振荡，频率飙升，失去稳定。
f）端电压变化情况
图70
图71
图72
不同切除故障时间的时域仿真结果如图70-图72所示，图70是在1.32s切除故障线路时的端电压变化曲线；.图71是在1.42s切除故障线路时的端电压变化曲线；.图72是在1.52s切除故障线路时的端电压变化曲线。
从仿真曲线可以看出1.32s切除故障和1.42s切除故障，系统均能保持暂态稳定，但1.42s切除故障的各发电机端电压变化幅度更大；而1.52s切除故障，端电压变化剧烈，系统将失去暂态稳定。
四：
实验结论（Conclusion）
电力系统暂态稳定一般是指电力系统遭受如输电线短路等大干扰时，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来运行状态的能力。
电力系统遭受大干扰之后是否能继续保持稳定运行的主要标志：
一是各机组之间的相对角摇摆是否逐步衰减；二是局部地区的电压水平是否在可接受范围内。
通常大干扰后的暂态过程会出现两种可能的结局：
一种是各发电机转子间相对角度随时间的变化呈摇摆状态，且振荡幅值逐渐衰减，各机组之间的相对转速最终衰减为零，各节点电压逐渐回升到接近正常值，系统回到扰动前的运行状态，或者过渡到一个新的运行状态。
在此运行状态下，所有发电机仍然保持同步运行。
这种结局，电力系统是暂态稳的。
另一种结局是暂态过程中某些发电机转子之间的相对角度随时间不断增大，使这些发电机之间失去同步或者局部地区电压长时间很低。
这种结局，电力系统是暂态不稳定的，或称电力系统失去暂态稳定。
发电机失去同步后，将在系统中产生功率和电压的强烈振荡，使一些发电机和负荷被迫切除，在严重的情况下甚至导致系统的解列或瓦解。
这次实验中，我探究了不同的故障方式对于暂态稳定的影响，发现了以下几个现象：
1.不同故障地点时，线路故障点越远，切除故障极限时间越长，即越稳定。
2.不同故障类型时，三相接地短路最严重，两相接地短路次之，两相短路较小，单相接地故障影响最小。
3.不同故障持续时间时，切除时间越长，系统越难以稳定。
4.不同运行方式时，负荷越大，切除极限时间越长，即越稳定。
五：
实验心得（Experience）
这次的暂态稳定实验，由于有了潮流计算实验的经验教训，做实验之前认真看了实验指导书，仔细阅读了实验内容目的及相关文档，自认为对整个实验有了一个清晰的思路，但是来到实验室做的时候，还是因为一知半解，没有完全了解整个实验，听到同学们都说要改发电机数据，人云亦云，后来经过老师指点才清醒过来，但还是浪费了大量的实验时间，这也是一个值得反思的教训，当大家都人云亦云的时候，自己能否保持清醒的头脑，积极思考，再回头认真看一眼实验指导书，而不是盲从，随大流。
这都提醒着我我还与很多方面还需要提升。
按照实验指导书正式开展实验之后，之前的复习起了作用，思路清晰，但是截图图片还是太多，最终在第一次实验的时候只完成了第一个实验，第二次去做实验的时候，没有犯什么错误，很快就把所有项目全部完成了。
这是一个积累的过程，从刚开始接触PASAP的一无所知，到现在能够运用它验证、解决一些问题，取得了一定的进步。
通过这个实验，巩固自己上学期的电力系统分析相关知识，知识不再是书本上无趣的文字公式，而变成了直观明白的曲线画面，从中获得了乐趣，掌握了知识，这就是实验的意义吧，在此，也感谢老师在实验中耐心细致的指导。
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