电力系统稳定研究论文

【摘要】由于市场经济的持续发展和全球贸易的逐步深入，不同区域和国家之间的贸易往来越来越多。在这种情况下，船舶运输由于其高容量装载和低成本传送的独特特性，已演变为跨境贸易的主要运输方式。为了保证海上运输的安全，在当前船舶运力不断增加的情况下，对其电力系统运行的稳定性情况开展深入研究有着非常关键的意义。下面是小编精心推荐的《电力系统稳定研究论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

电力系统稳定研究论文 篇1：

基于MATLAB/SIMULINK的电力系统稳定性研究

摘 要：本论文以MATLAB为仿真平台进行了电力系统稳定性研究的建模和动态仿真分析，介绍了MATLAB/SIMULINK的基本特点以及应用MATLAB实现电力系统仿真分析的基本方法和步骤。建立了一个单机——无穷大系统的仿真模型，从电力系统潮流、线路短路电流和电压、暂态稳定计算和分析几个方面进行了仿真研究。根据仿真结果与电力系统实际情况相比较可以看出，基于MATLAB/SIMULINK的电力系统仿真研究能较准确直观地考察暂态过程中电力系统的动态特性，为深入应用和学习电力系统相关知识，实现电力系统的运行与控制提供了大量的有用信息。

关键词：仿真软件；模型仿真；单机—无穷大系统；系统故障；暂态稳定

随着现代电力系统的飞速发展，维持系统电压稳定的难度也逐渐增加。从本世纪七十年代开始，在世界上很多国家的大电网内部相继发生了多起由于电压稳定问题而导致的电力系统崩溃的事故。这些恶性事故的严重后果不但使科学工作者认识到了电压稳定性的重要性，也使电力系统稳定性研究引起了电力界的广泛关注。电力系统稳定性分析又涉及到复杂的电磁暂态和机电暂态过程，直观地再现和仿真其内在物理过程有着重要的工程意义。

1 仿真模型的建立

本设计要模拟电力系统中的各类故障从而进行电力系统暂态仿真与分析，所以按照电力系统的要求，首先要建立一单机—无穷大供电系统模型，系统频率采用50Hz工频。单机模型与无穷大模型均使用同步电机仿真，之间使用双回路100KM模拟输电线路连接。如图1。

2 暂态稳定性分析

研究电力系统的暂态稳定性，首先要模拟系统的扰动。前面提到了暂态稳定主要是在系统受到大扰动的情况下分析系统之中状态量的变化。在实际电力系统中，扰动的形式多种多样，常见的有短路故障、断线故障或它们的组合。短路又称横向故障，断线又称纵向故障。短路故障又分为三相短路、单相短路、两相短路和两相接地短路。断线故障可分为单相断线、两相断线和三相断线，一般情况下，电力系统中一次只有一处故障，称之为简单故障，但也有可能有两处或两处以上同时发生故障。

2.1 单机机端单相短路分析

选择模型中发电机极端的三相电路短路故障发生器Three-Phase Fault1，将其故障设置为A相短路，短路故障时间为0.3S至0.5S，并选择故障相接地选项。设置完电路图和仿真参数后，下面进行电路仿真。激活仿真按钮，查看仿真波形图。

根据前面分析的，由于故障时出现了加速功率，所以发电机开始加速，经过一段时间后就出现是否能继续保持同步运行的问题。由图2可以看出来，在0.3S—0.5S的时间内，发电机的转速一直在上升，0.5S转速达到1.034（Pu）时，故障解除，转速开始回落。重新过度到另一个稳定状态，说明系统仍然能够保持同步，没有失稳。

2.2 单机机端三相短路分析

发电机是电力系统的关键设备，其状态的好坏直接影响整个电网的稳定性和运行的可靠性。发电机出口端或附近发生短路故障时，短路电流的幅值大，而且从短路开始至第一次短路电流过零经历的时间较长，大约需要20ms-150ms.这给发电机造成很大的危害，同时也对其保护设备提出更高的要求。因此，对其短路过程进行具体分析，寻找行之有效的保护措施是十分重要的。

由图可以看出来，大容量电力系统发生三相短路时，短路电流很大，可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流对供电系统的运行产生极大的危害，而且供电系统中存在着电感等储能元件，使得短路电流的分析变得复杂。因此对于大容量电力系统发生三相短路的分析是必要的。

3 远端发电机突然断开时系统暂态稳定性分析

设置无穷大电源端的三相斷路器Three-Phase Breaker1的初始状态为关断状态，在0.6S时让其打开，模拟无穷大电源突然从电力系统断开的情况，观察系统中各电气量的变化情况。设置为0.6S是为了让系统在前面的时间里充分的稳定，这样有利于更好的观察扰动时的波形。

4 结束语

在利用MATLAB/SIMULINK PSB工具箱进行电力系统故障暂态仿真的基础上，通过自己动手搭建电力系统模型、仿真并分析电力系统在各类故障下的电磁暂态与机电暂态特性，具体考察研究了能够影响电力系统的暂态稳定性的因素。根据仿真出来的各状态量的变化情况与实际电力系统中的经验结论相比较，可以看出来，基于MATLAB/SIMULINK仿真工具强大的计算能力，其确实能够将电力系统中复杂的暂态变化情况真实、准确、直观地反映出来，更加验证了MATLAB/SIMULINK在电力系统稳定性研究分析中具有极高的可操作性。

参考文献：

[1]（日）电力系统稳定性专门委员会. 蒋建民译.电力系统稳定性问题与对策[M].北京：水利电力出版社，1994.

[2]周兆庆，陈星莺.MATLAB电力系统工具箱在电力系统机电暂态仿真中的应用[J].电力自动化设备，2005（25）：64-48.

[3]张晓春，郭小进.基于MATLAB语言的电力系统暂态稳定仿真[J].湖北电力，2000（24）：9-14.

[4]雷红玲，李庆华.无穷大容量供电系统发生三相短路的分析[J].茂名学院学报，2002（12）：12-15.

[5]刘兴杰，田建设.基于Matlab的发电机并网动态仿真分析[J].电力科学与工程，2003（04）：68-70.

作者简介：李菊叶（1979-），女，硕士，实验师，研究方向：计算机应用。

作者单位：陕西理工学院 物理与电信工程学院，陕西汉中 723003

作者：李菊叶

电力系统稳定研究论文 篇2：

船舶电力系统稳定性研究

【摘 要】由于市场经济的持续发展和全球贸易的逐步深入，不同区域和国家之间的贸易往来越来越多。在这种情况下，船舶运输由于其高容量装载和低成本传送的独特特性，已演变为跨境贸易的主要运输方式。为了保证海上运输的安全，在当前船舶运力不断增加的情况下，对其电力系统运行的稳定性情况开展深入研究有着非常关键的意义。因此，本文以船舶电力系统的配置分析为起点，阐述了影响系统稳定性的原因，并就提高稳定性提出一些观点，从而为相关行业提供参考和思路。

【关键词】船舶电力;系统运行;稳定性

一、船舶电力系统配置概述

船舶动力系统主要由四个部分组成：供电、配电、电网和电力负荷[1]。这些要素是用于电力系统中电能的供应、分配、传输和消耗的整个设备。发电单元主要是发电机组或电池，而通用发动机是柴油发动机。配电设备是发电和消耗电力的重要组成部分，而电网是连接各种电源电缆的通用术语。应急电力系统在补充电力系统稳定运行中起着关键作用。

由于船舶的电容量较小，输配电距离短，因此任意部件出现损坏都会影响船舶整个电力系统的运行，并给船舶的运行造成潜在隐患。当船舶出现短路故障时，会产生很大的突击电流，即使突击电流只存在了一段时间，但也会极大地影响船舶的电气装备，从而导致一连串的问题。为了确保稳定性，在船上运行的情况下，有必要改进同步发电机的电压调节器和电机转速调节器的動态性能。过去使用的PID控制模式往往会由于电磁参数的变动而影响电力系统的稳定性，所以有必要更改控制方法，并采用相对先进的控制算法。

二、影响船舶电动机运行稳定性的因素

在研究船舶的电力体系时，有必要在小干扰后根据电力体系的运行情况对电力体系开展归类。假如电力系统在受到干预后可以立即返回其正常运行状态，则说明这是静态稳定性，这表明电力系统在持久使用阶段中具有控制自身的能力。发生故障后，电力系统会在短时间以全新的运行状态工作，该状态不能维持太久而且与原始运行状态存在差异性，在这种状况下，表现为电力系统的动态稳定性。静态稳定性是指电力系统可以确保系统能够回归到类似于故障后的干扰之前的运行情况，所以它对船舶电力系统的稳定性影响很小，而动态稳定性对船舶动力系统的影响越来越大。

影响电力系统运行状况的主要原因是系统里负载的变更。在船舶操作阶段，常常会出现诸如转向器接入和起锚机接入的情况。这样的负载装备通常不存在于电力系统中。但如果开始使用并连接到电网，载流量便会立即增加。此时，电网的正常运行会受到严重影响，并将迅速增加电网的运行压力，损坏电网的稳定运行。另外，在船舶的电力体系中，因为自身故障和错误使用引起的短路也会影响动力系统的稳定性，而且在这种状况下，对电力系统稳定性的影响相比于负载设备的突发访问产生的影响要大的多。

三、电力系统建模分析

在对电力系统展开建模研究时，必须提前考虑系统的关键组件。电力体系中最要紧的组件是电网、负载、发电机和励磁体系[2]。所以，建模整个阶段应一直以发电机为中心来执行，然后在此基础上研究船舶动力系统的稳定性。

上式是同步发电机的建模方式。除此之外，在分析船舶电力系统稳定性时，还应该进行励磁系统分析。在这里，我们将设备的输出电压设定为Ur，将d轴端电压设定为Ud，将q轴端电压设定为Uq，并将移动电抗设定为x。那么建模公式为：

有关研究表示，分析电力系统的稳定性可以有效提高船舶运行的安全性。我们有必要控制电源系统的运行，以使其不会由于运行期间突然的负载连接而引起剧烈的波动。首先，应按照负载设备的重要性对其进行分类，并在电路上连接必须的设备。如果某些设备连接缓慢或容易连接失败，则需要交错电路的连接时间。这样可以尽可能地减轻电路系统的压力，避免了许多负载设备同时进入电路，以此导致很大的电流波动，从而影响了电源系统的平稳运行。其次，当由于自身损坏或错误操作而在电力系统中发生短路时，一般使用空调和强制励磁来完全释放发电机的势能，从而保证电力系统可以在故障时期保持在相对稳定的状态连续运行，防止出现安全事故。

四、提高船舶电力系统稳定性的措施

1.进行励磁装置的自动调整

采用励磁调节系统的优点主要是可以迅速将发电机端的电压保持在工作所需的等级，并且可以防止产生因电抗补偿不足而影响电力装备消耗的情景。事实证明，使用自动励磁调节器能够缩减发电机的制造成本，因为它可以减少发电机电抗的方式，因此具有很大的优势。自动励磁调节器的功能可以大大缩小发电机与母线之间的电气间隔，并且提升了电力系统的稳定性。除此之外，为了来避免当放大系数较大时励磁装置的自动调节成为负衰减，应在励磁系统中添加稳定器以防止补偿功率的持续扩大。另外，发电机动力学和电网电压水平也需要进一步改善。随着造船技术的进步以及节能减排的需求的日益增加，大量的船舶开始采用电力推进，所以有必要提高电网电压水平从而提高船舶稳定性。

2.及时消除故障

出于电网故障对船舶动力系统的稳定性容易产生很大影响的原因，所以有必要迅速发觉故障，然后消除故障，以减少错误期间发电机转子动能的增加。正确使用自动空气断路器是解决船舶电力系统故障的主要途径[3]。空气断路器首先分析整个配电体系的协调活动，然后再开始第二次，从而确保整个体系的过电流庇护，并据此调整断路器的操作。

（3）次要负载自动分阶段卸载

当电网负荷超过限定负荷时，次级负荷会自动分阶段卸载，以保证所连接的发电机不会连续过载，这是增强船舶电力系统暂态稳定性的合理方式。在船舶的电力体系中，当电网上工作的负载的总功率大于工作中的发电机的限定功率时，在线负载的次级负载应自动从电网撤回一次或多次（即分级卸载）。除此之外，船舶的自动发电厂还必须配备关键的额定负载分阶段开启功能，以避免电网中的电压降过太大或复原时间较长，从而影响船舶的电源系统的稳定性。

结束语

本文简要分析了船舶电力系统的结构和运行模式，列出了影响船舶动力系统稳定性的相关要素，在这些影响因素的基础上，采取数学模型对船舶动力系统的稳定性进行了探讨，最后对提高电力系统的稳定性提出了一些见解和看法。

参考文献：

[1]陈武.船舶电力系统的稳定性分析[J].电子技术与软件工程，2014（16）.

[2]张琦兵，邰能灵，王鹏，倪明杰，卫卫，傅晓红.大型船舶电力系统的静态电压稳定分析[J].船电技术，2010（10）.

[3]许丽霞;施伟锋;张威，电力系统稳定器在船舶电力系统中的应用[J].船电技术2014（12）.

作者简介：

辛小辰（1986-），男，副教授，硕士研究生，主要研究方向船舶电力系统。

（作者单位：山东交通职业学院）

作者：辛小辰

电力系统稳定研究论文 篇3：

电力系统稳定性分析方法研究

摘 要：电力的应用，成了我们现代日常生活以及经济发展所必不可少的一项重要的能源。因此保障好电力系统的稳定，是非常重要的，本文将提出电力稳定分析的方法，来确定电力系统稳定的一般方法。

关键词：电力系统；暂态稳定；分析方法

一、引言

电力系统的稳定，对于我们如今的社会来说是非常重要的。电力系统的稳定性出现了问题，意思是指在电力系统正常运行的时候，受到外界的干扰，会出现运行数值的变化。

在电力系统的稳定性出现的问题当中，我们主要可以分为两大类，分别是静态稳定与暂态稳定。静态稳定是指电力系统由于受到外界的干扰之后，不会出现周期性的变化，而自动恢复到原来的电力系统状态。而另一种暂态稳定就是在电力系统在受到外界的干扰之后，不会恢复到原来的状态，而以一种新的运行状态来继续运行。所以我们要从不同的分析方法来分析电力系统的稳定性。

二、电力系统静态稳定分析

上面我们也说过，静态系统稳定是指在电力系统受到外界的干扰之后，本身的运行周期不会发生变化，而在干扰之后会自行的恢复的原来的运行状态，这样的电力系统就是静态稳定。静态稳定是基本上不需要我们来进行研究的，因为这样的电力系统，它会自动调节回来，不会对我们的生活造成太大的影响。而暂态稳定在受到外界的干扰之后，不但会出现本身运行周期的变化，在震荡之后，并不会回到原来的运行状态，而是以一种新的状态来运行。接下来我们将分别分析两中电力系统的稳定。

首先我们要讲述的是静态稳定的电力系统，这种静态的电力系统可以由以下这样的方法来分析，比如说全特征值分析法以及部分特征值分析法等。

首先我们可以用全特征值分析法来分析，在整个电力系统形成了雅可比矩阵A后，我们可以应用QR算法来完成整个矩阵的全部特征值，通过这样的方法来判断整个电力系统是不是静态稳定，这种方法具有的特点是占用的内存太大，同时整个预算的过程又太慢了，同时要是在计算大规模的电力系统的时候，就有可能出现误差，所以这种计算分析方法只能够应用于一些中小规模的电力系统，对于大规模的电力系统的实用性并不大[1]。

还有一种是部分特征值计算法，对于这种分析方法来说，主要就是为了关注整个矩阵中与需要分析目标相关的那一部分特征值，对于出现了震荡的不稳现象时，也是主要关注其中较大的特征值。采用这样的分析方法主要是针对在整个电力系统的低频震荡的分析，在整个矩阵中采取其中的主导特征值，这种从矩阵的部分特征值来分析的方法中，有点是将矩阵进行降阶后在进行分析，而有的分析方法却是直接在用矩阵来进行的分析计算的。以上的都是利用矩阵的特征值来进行的分析，其实在除了利用特征值来分析电力系统的稳定外，还可以用到的另一种就是频域分析法。

三、电力系统暂态稳定分析

这中电力系统是在受到外界的干扰之后，不会恢复的到原来状态的一种电力稳定系统。这是在电力系统受到外界大的扰动而引发的一种电磁的暂态过程，这种过程还会牵扯出机械运动的暂态过程一种相对要复杂的一种过程。在整个过程中，由于这种过程太过复杂，所以在分析这中电力系统的稳定的时候，我们需要注意一些问题。第一是不要考虑发动机对暂态过程的影响，应该电力系统中交流系统的变化。不考虑在频率变化时对整个电力系统中对系统的参数的影响。在这样的情况下，对于暂态稳定我们可以用以下这两中方法来进行分析，分别是数值解法以及直接解法这两种。

（一）数值解法

这种方法是在了解完暂态系统的微分方程以及它的代数方程之后，来计算求解的。主要应用的是各种的数值积分法来进行的求解来进行的计算分析。在这种利用各种方程来进行的计算的基础上，我们可以拓展出交替求解法以及联力求解法来。

首先我们要先分析的是交替求解法，这种方法可以在积分方程与代数方程两种方程中来选择。数值解法还应该要考虑的是对各种方程特性的适应性。在这中数值解法中主要应用到的方程可以有以下的一些方程，比如说稳定欧拉法、高斯-塞德尔迭代法、抗矩阵迭代法等。在这么多的计算方法中[2]，有一种梯形隐试积分法在计算电力暂态稳定当中具有很好的适应性。在如今的计算暂态稳定的方法中，都认为梯形积分法是最理想的一种方法了。

（二）直接解法

这种解法的中心思想是，在整个电力系统遭受到外界的干扰之后，不管是什么情况下，都会恢复到稳定的状态。所以直接法就是在整个状态的空间中找到一个稳定的平衡点，在以这个点为中心，将周边的范围作为一个稳定的区域，再使用李雅普诺夫函数来计算分析。要是出现的扰动不在稳定域内，也不可以说整个系统就是不稳定的，这也是在直接解法所占有的保守性特性。在直接的解法当中，还有一些实用的方法主要有不稳定平衡点法，势能界面法，单机能量函数法等。这些方法都可以应用到各种复杂的电力系统中去。

在整个暂态稳定的分析方法中，除了上述的几种方法之外，还有一种是概率分析方法，这种应用各个方面的因素来得出某些概率的方法也可以用来检测电力系统的稳定性

四、结束语

电力系统的稳定在整个中国电网中，是占据着非常重要的作用的，它直接会影响到一个国家的发展与进步。所以本文通过分析电力系统的各种稳定性的方法，来提取出对于电力系统有帮助的稳定性分析方法，希望对于我国的电力系统有帮助。

参考文献：

[1]薛禹胜.运动稳定性量化理论[M].南京：江苏科学技术出版社，2009.

[2]夏道止.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2009.

[作者简介]栗树森（1985-），男，黑龙江绥化市人，国网黑龙江省电力有限公司绥化供电公司，研究方向：电力系统及其自动化。

作者：栗树森