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2023年4月19日发(作者：专科升本科有几种途径)
吉林化工学院信息与控制工程学院


毕业设计外文翻译

基于MATLAB的电力系统电磁暂态仿真
Electromagnetic Transient Simulation of Power
System Based on MATLAB







学生学号： 11550416
学生姓名： 胡智强
专业班级： 电气1104
指导教师： 李 佳、孙 浩
职 称： 讲 师
起止日期：2015.3.9～2015.3.20



吉 林 化 工 学 院
Jilin Institute 饮水思源的意思 of Chemical Technolog

吉林化工学院信息与控制工程学院毕业设计外文翻译
电力系统暂态稳定分析模型

J．TLUSTY*，Z．MULLER*，V．VALOUCH**，C．QIN***
布拉格捷克技术大学
捷克共和国
捷克共和国科学院
新疆乌鲁木齐大学
中国

摘 要
在电力市场放松管制，并鼓励电厂向分布式发电发展时，许多小容量发电厂的建设
都靠近了主要负荷区，而一些大型中心电站，则连到了电力系统。如今，电力研究人员
对小规模分布式发电机发电产生了浓厚的兴趣，这就是分布式发电系统（DGS）。
在以后，将会运用大量的DGS以提高系统的可靠性，降低发电成本。分布式发电机
在技术上受电压水平限制和控制接口转换装置的限制，以致于DG目前的运用不是很广
（DG发出的功率小于网络消耗的20%）。当渗透水平（PL）增加时，就会出现其他需
要解决的问题。譬如出现稳定性和电能质量问题，这就需要新的规划工具，进行典型的
能源调度，保护系统也需要进行重新改进。
今后，在所需供电处建设新项目时，就需要开发电网运行和电能质量管理系统
（POPQMS）。
我们可以使用编程软件MATLAB-DynaSolv进行电网建模。DynaSolv能进行多机的
动态仿真。本文介绍了带有同步发电机的DGS运用到分布式网络的各项原则，并对一些
DGS稳定性问题的进行了分析，解释了一些相关的可能性。
前文介绍了将带有同步发电机的DGS运用到分布式网络的各项原则，主要是对于已
联网并正常工作电源的稳态运行的边界条件以及故障排除后稳定运行的研究。
我们可以假设，在局部渗透系统（即一条馈线）的机间连接触头光滑，电压相同，
这样的系统就是稳定的，也不严格要求集中调节。区域球的渗透系统在采用新集中控制
策略维持稳态运行对于DGS的要求不高。在最后需要指出的是，相同占有率的DGS的
稳定运行在很大程度上取决于技术的选择（即电机类型）。所以根据这点出发，必须先
解决技术问题。计算所得出的结果在现场运行时都可能出现新的问题。
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在过去十几年里，分布式发电机的作用越来越大，其增长速度紧跟不可控电源的速
度，这些电源是风力发电机，也有部分同步发电机。

关键词：分布式发电系统； 局部渗透系统； 区域渗透系统； 暂态赞美春天的诗句有哪些 稳定分析； 运用水
平； 同步电机























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引 言
分布式发电的定义有很多中阐述方式，其中就是分布式发电不集中。除了叫“分布
式发电”之外，还称之“嵌入式发电”（英国学术），“分散式发电”（美国），“离
散式发电”（欧亚），这些都是描述分布式发电的。分布式发电一般定义就是：电源直
接连接至配电网或直接接到用户端的发电方式。配电网和输电网在原理上有一定的区别。
比如有些定义指出，分布式发电不同于集中电源，这些电源的工作电压与配电网一致，
单位输出功率5kW-5MW（根据国际大电网会议（CIGRE）的定义小于50MW)。现在的
大型发电机都作为分布式电源直接连接至配电网络（即动态性能，孤岛，弱接其他网络
电源等）。基本单元输出功率的分类如下表示。

微型分布式发电 <5kW
小型网分布式发电 5Kw-5MW
中型分布式发电 5MW-50MW
大型分布式发电 50MW-300MW

分布式电源渗透水平（PL）可定义为：
PL*100%
P
DG
（1）
P
load
其中表示分布式发电单元输出的总功率。
P
DG
分布式发电系统（DGS）在一些应用中有其价值，如电能的生产或储存。而分布式
发电系统所具备的技术，运行理念和控制策略可以让其运用到电力系统后实现其效益，
同时避免对系统的可靠性和安全性造成影响。目前的分布式电能系统不适合在配电方面
装设动态发电和存储设备（在小电网中，DG的发电量小于电能消费的20%）。由于分
布式发电受电压分布和控制解控转换装置等技术问题的限制，分布式发电系统的渗透水
平仍然较低。当渗透率增加时，就会出现一些问题。譬如出现稳定性和电能质量的问题，
这就需要新的规划工具，进行能源调度，保护系统也需要重新改进。根据新的市场结构
和减轻传动系乍暖还寒时候是什么季节 统功率传输，分布式发电系统配备相关配套服务是必须的。孤岛和并行操
作将由本地设备通过协调策略进行电能质量管理。兼容性，可靠性，电能质量，系统保
护和安全问题必须在之前解决，这样分布式电源的效用就可以完全实现了。目前有关的
研究和文献对此都只提出了一些建议，只考虑了分布式发电电源在特定情况下的安装要
求，并没有考虑积累效应和各种典型的分布式发电情况。
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本文的目的旨在解决大型渗透系统的稳定问题，在此用一个案例数据和必要的分析
工具去评估传输系统和配电系统的运行和稳定性，这些系统需要进一步扩展和部署新的
配电技术。在本文中的建模、仿真和分析中，提供的可反复使用的方法和程序能够评估
在考虑电源正常送配电时分布式供电系统的效用。从大型配电系统中发电机的渗透水平
可元宵节的传说故事简短 以定量的得出分布式发电系统的渗透范围。
多机系统模型
电力系统一般可由一组DAE模型来表示：

x

fx,y,u,t

（2）

0


hx,y,u,t



t为时间，y为代数变量，u为系统参数向量，x为状态变量。互联多机系统的状态方程
为：


I


fEI,U,T,t





0

hEI,U,T,t

\'
g












\'\'
ggfdm
\'\'
ggfdm
（3）
\'

I
g


是状态变量
\'

iIiiiiik1n
okgdkqkfkDkQkkk






\'
其中电机节点 表示考虑n台电机时电压的代数变化量。


uUuk1n
kgqk


（4）
T
互联可以减少导纳的影响，其阻抗导纳矩阵为：

gjbrjx
11111111

Y,Z
REDRED




gjbrjx
gggggggg
1
（5）
设矩阵和表示互联电机以Q轴上

MT*YT
RED

MT*ZT
RED
q,q,,q,,,
12n12n
为参考的角位移 ，电机的电压表达式：

1
\'\'\'

UT*ZTIMI
（6）

gREDgg

如果将矩阵（6）分解到d轴q轴，可得到表达式（7）：
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ui
d1d1
rxrcosxsinrsinxcos
11111221122112211221

ui


q1q1

xrrsinxcosrcosxsin
11111221122112211221

ui
d2d2





ui
q2q2









（7）
\'
U
设 ，其中 表示角位移，由电压表示和节点电压的相角差。 可

iii


ii

i
g

得：
\'1\'

UhI,t
8） （
gUg



式（3）已经给出部分内容
\'\'1\'\'\'


EIfI,hI,t,T,tfEI,T,t
fdggUgmfdgm





（9）
式（9）将互联电力系统中一开始的DAE问题转变为ODE的问题。若该系统不随时间变
化，则有
\'\'\'\'
fIE,T,tfI

gfdmg





（10）
函数是人机系统中的符号，对以后进一步分析是至关重要的。
f
\'
对电力系统静态稳定性的主要观点
初值问题
稳态方程
\'

I0
（11）
g



由于电力系统是非线性的，一般的状态变量都能满足式（11）。若
\'\'

0hI,U

（12）
gg


则一般状态变量就能满足另一组方程。
由方程（12）可知，如果雅可比矩阵是非奇异的，则公式（8）可以由公式（10）替
代。因此函数（8）能确保代数部分解的唯一性，在传统定义的稳态条件下利用“PV”
节点，“PQ”节点，“混合 ”节点和“slack ”节点能给出多重解。在给定

QU


条件下确定一个稳态运行的“可行域”，是静态分析的主要任务。NR法的特点就是当解
靠近可行域边界时将其舍去（即（13）式奇异）。这类分析需要用NR法进行修正，很
多NR修正的方法都是在给定条件下求出完整的稳态解。一些解法的命名如下：
-最小单值法
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-崩溃点法
-最优法
-连续潮流法
最后一种方法简单实用，下面用一个例子进行阐述。
单机电压稳态分析
单机电压静态稳定性分析可以证明在一些“单机”（SM）情况下的参数研究结果。
例子阐述了工作在恒压状态的孤立理想电源的电压稳定性，这个电源通过一台变压器折
算成了作为一个系统参数的纯阻性负载。我们把这解决方案的结果成为“鼻族”曲线（即
在给定条件下变压器的传输容量）。
在这种条件下，传统的NR的优化只能得到鼻族曲线的上半部分，而无法得出下半
部分（如图1所示）。
连续潮流法可以得到完整的鼻族曲线。这种方法的主要原理是修正一部分NR法，
就是保持计算的潮流参数不变。为了更好的收敛其他潮流参数的预测结果，可以用之前
的结果进行计算。可以是横向预测也可以纵向预测。

图1 传统NR法无法得到鼻族曲线下部分 图2 连续潮流法得到鼻族曲线下部分

图2显示了连续潮流法在案例研究中的应用。鼻族曲线顶部失去的部分是由奇异分
岔引起的（潮流计算中雅可比矩阵的奇异性），在后面会进行说明。在此案例中主要探
讨潮流解的分岔特性。动态稳定性研究（只有一个平衡点可以分析）需要静态系统分析
中所有平衡点的参数。
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对电力系统动态稳定性的主要观点
根据式（6）对动态稳定性的描述，动态稳定性可以在线性系统的某以点加以运用。
利用特征分析可以制定一些相应的规范。假设（2）为非线性系统，则其固定点的线性化
可以表示为：

ff

xxx

xy

0hhyy





xy

化简形式为：
JJ
fxfy



JJ
hxhy

1
（14）


（15）

xJJJJxJx


fxfyhyhxRED

其中 是雅可比子矩阵，是简化系统的雅可比矩阵，由式（9）和（10）也可得

JJ
RED



f
\'
到 。

J
RED


x
在特征值分析的基础上，将非线性系统的固定点线性化。若特征值均为非正值，则
系统稳定。稳定边界是一组临界稳定的点，这些值点受系统参数变竹石郑燮古诗 化的影响。换句话说，
稳定边界就是系统分岔的一组点。要得到稳定边界有很多方法，若到达稳定边界，就会
出现不稳定的情况。一般来讲，在稳定边界可能出现两种分岔。以下所说的第三种分岔
不是严格意义上的系统不稳定，确定稳定域也比较困难。根据角准则DSI得出分岔类型
2
的区别，如图3所示。

图3 根据角准则DSI的分差类型区别

鞍结分岔节点（SNB）是稳定边界的两个平衡点，是一对随雅可比矩阵零特征值出
现和消失的平衡点。“鞍”点不稳定，另一个节点稳定。如果雅可比矩阵的一对共轭特
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征值穿越虚轴，就会出现霍普夫（Hopf）分岔。在极限环和不稳定振荡的影响下，霍普
夫分岔系统就会变得不稳定。
下面的动态稳定性指标（DSI）可用于判别系统是否稳定：
1
DSImaxRe
1




（16）
DSI表示“稳定质量”，即系统恢复到稳定的平衡节点能力的比率以及系统离开不
1
稳定点能力的比率。而DSI并不能确定SNB和HB点，更好的方法就是用复杂平面角
1
准则-DSI来确定稳定边界。
2


Re


DSImaxAnglej.maxarctg
2

（17）






Im





DSI可以确定SNB和HB点。系统在HB点时总存在两个复杂的共轭特征值，容易
2
证明，在HB点，DSI不稳定点的角度为，在SNB点时，DSI的角度为。
22

2

除了从特征值分析，也可以从奇异值分析。该方法是基于奇异值分解的降阶的雅可
比矩阵。 奇异数的最小值表示接近奇异点（即HB或SNB）。若 值为

minmin

J
RED
零，则说明SNB或HB已经到达稳定边界。
用下面的例子来阐述动态稳定性分析以便于更好的理解。
单机无穷大母线的动态分析
动态稳定特征值可以简单证明。案例研究“单机无穷大母线”，母线工作于标称电
压，系统负荷为10MW。主要对13MW的无监管同步电机的有功和无功功率进行稳定性
分析，分析结果如图4-7。
SNB的稳定边界
稳定边界
HB稳定边界
虚
轴
稳定区域
实轴

图5 单机无穷大系统特征值分析， 图4 单机无穷大系统（DSI）特征值分析，
1
稳定边界-“欠励极限” 电压稳定极限区域
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虚
轴
虚
轴
HB点
SNB点
实轴

实轴
图6 P=0时单机无穷大系统特征值 图7 P=0时单机无穷大系统特征值详情

以单机无穷大系统只有稳定区域作为研究对象。现实的操作区域受电压、电流和电
机热极限的限制。特征值分析给出了充分的机网系统能力的结果，而且稳定边界确定准
确。结果中特定部分对应常规测定的欠励极限。
区域渗透系统
在和局部渗透系统相同的条件下，对区域渗透系统进行同样的分析，并对全网的MV
节点应用DGS电源连接测序原理。
动态稳定分析
在之前的例子中，都是把理想电源作为第一部分的研究对象。以下数据只对一种电
源类型进行说明，因为在基于电源类型的可操作范围得出的结论是一样的。因此，选择
常规电源（通过6.3/22kV变压器连接凸极机）就可以了。
研究结果表明，连入的第五号DGS电源找不到任何相关的能满足动态稳定性的操作
点（注：其他连入的电机的连接点都假定连在PU节点上）。为获得合理的稳态解，必
须要用新的规则。本文之后的内容是用简单的方法获得稳态值—无功功率的比例调节（在
集中发电中有类似的系统，称之为ASRU）。连入5号电源的其他电机的稳态值用于恒
功率因数。如图9和10所示，13号电源的渗透水平为MW，PL=35.7%（注：
132.532.5
13号电源的渗透水平不是极限）。为满足电压偏移在10%内，配电变压器比例也要随PL
的增加而增加。
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图8 区域渗透系统连接图
输出功率约束
电压约束
稳态约束

（2.5MW凸极机，A型连接） （2.5MW凸极机，A型连接）

- 10望海潮ppt -
图9 恒功率因数下5-13DGS电源的DSI 图10 恒功率因数下5-13DGS电源的操作范围
1

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在这就不证明MW电源的DSI了（PL=85%）。其他研究也证实了在恒功率因
136
数下其他类型的电机的可连接性。
虚
轴
虚
轴
实轴
实轴

图11 DGS振荡模式下，2.5MW电源的特征值谱


图12 DGS振荡模式下13个电源的特征值谱
图13 振荡模式下13个6MW电源的特征值谱

暂态稳定性分析
以下给出的是22kV节点处的相关数据。和局部渗透系统一样，对需要用200ms切
除故障的节点4进行暂态稳定分析。
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参考节点22kV处的电压
节点2故障节点3故障节点8故障节点31故障
参考节点22kV处的电压
节点2故障节点3故障节点8故障节点31故障
5号机不稳定解
5号机不稳定解

图14 节点故障电压（2.5MW无 图15 节点故障电压（2.5MW无
调节凸极机，A型连接） 调节凸极机，A型连接）

图14和图15表明系统从稳态到暂态并没有遵循恒功率原则。除5号机之外都是稳
定的（注，这种情况在动态稳定分析中不予考虑）。
22kV节点电压荼蘼花的花语
节点2故障
节点3故障节点8故障
节点31故障
22kV节点电压
节点2故障
节点3故障节点8故障
节点31故障
12和13号电
机不稳定解

图16 节点故障电压（5-13,2.5 图17 节点故障电压（5-13,2.5
MW无调节凸极机，A型连接） MW无调节凸极机，A型连接）

图16和图17表明了在恒功率因数稳态下5-13电机的瞬变过程，这种情况下，高渗
透率的系统就会变得不稳定（图16）。
图18显示了13台随机选择的调节剂在相同情况下的状态。很明显，在相同的渗透
水平下，比相同电机的振荡时间要短。图12和图13从特征值很好的解释了这个现象，
即电机的均匀性决定了谐振形式。
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22kV节点电压
节点
节点
节点
节点
节点

图18 节点故障电压（13台随机 图19 PL=85%时的损耗
可调电机）
系统损耗分析
系统损耗会随PL的增加而减少，而整个系统的损耗取决于电源的位置咏柳的诗意解释 。在DGS理
想化的条件下，若电源的位置和输出功率能反应负载和其位置，那么就能达到最低（零）
损耗。区域渗透系统PL=85%时的136MW电源的实际情况如图19所示。在这种情况
下损减少至原来的三分之一。
结 论
本文讨论了分布式网络中以渗透式同步电机为电源的DGS的各项原则。为了研究在
稳态条件下稳定运行的电源的运行范围和排除故障后的稳定运行。要注意的是，本文并
没有讨论其他重点问题（比如短路电流的增加，保护问题，峰值和额外电力输送问题，
可靠性问题和其他一些像进入孤岛运行状态这样暂态的特殊情况）。本研究对DGS稳定
性问题进行了复杂的分析，能解释连接的可能性。这这点来看，能得到以下结论。
我们假设在局部渗透系统（一条馈线）机间接头光滑，电压相同，那么这样的系统
能云顶运行，也不要求集中调节。结果表明，局部渗形容秋天的词语2个字 透可能是降低成本的方式，如何在
DGS的优势被限制的情况下提高分布系统的渗透率。区域渗透系统只需少量集控的DGS
来维持稳定运行。除了利用基于稳态值的新的控制策略，次同步谐振等现象也可能出现，
也要解决。
最后，必须指出的是，DGS在相同渗透率下的稳定运行很大程度上取决于所选择的
技术（例如电机类型）。所以，必须先解决技术问题。
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风扇的英文译语怎么说-诚宜开张圣听


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