基于Matlab的电力系统静态稳定的仿真及分析_娜仁同戈拉

　2012年第24期　　　　　　　　　　　　内蒙古石油化工

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基于M atlab 的电力系统静态稳定的仿真及分析

娜仁同戈拉, 霍振华

(中国华能北方联合电力呼和浩特热电厂, 内蒙古呼和浩特　010030)

　　摘　要:运用M ATLAB 电力系统仿真程序Sim Pow erSy stems 构建了一个单机—无穷大系统模型, 并在此基础上对电力系统稳定器、快速切除故障等提高电力静态稳定性措施的运行效果进行了仿真分析, 可供读者在电力系统静态分析课程教学过程中参考。

关键词:单机—无穷大系统; 静态稳定; M A TLAB PSB ; 仿真　　中图分类号:TM 74　　文献标识码:A 　　文章编号:1006—7981(2012) 24—0089—04　　随着我国经济的发展和社会对能源需求的增长, 现代电力系统发展很快, 不断扩大和网络化, 网络拓扑结构越来越复杂。因此, 电力工业对计算机仿真软件的要求也越来越高。M atlab 是一个集矩阵计算和图形显示于一体的科学和工程计算软件。它为满足不同领域的需求, 提供许多功能强大的工具箱, 其中Pow er System Blockset (PSB ) , 即电力系统模块集, 凭借其强大的计算能力, 可视化的仿真环以及50天的洗井周期对初期结垢井比较适合。但是中后期结垢井洗井效果仍旧不理想, 洗后产量仅上升0. 6t, 电流下降0. 5A 。

表6　

时间初期

境, 应用于电力系统仿真是非常方便的。本文从电力

系统静态稳定性原理及稳定判据等相关知识出发, 详细地介绍影响静态稳定的因素及其原理, 利用M ATLAB 软件在电力系统应用中的优越性, 构建单机-无穷大系统, 模拟电力系统静态稳定性的影响因素, 并对其进行仿真实验, 观察单机-无穷大系统参数随时间的变化曲线。总结本文所设计的调节措施, 对电力系统静态稳定性有何影响。

4　结论

热洗时温度的升高使碳酸盐垢和硅垢更易析出, 加快了结垢速度, 三元复合驱的结垢井已不适合原来的热洗标准。

初期结垢井采出液pH 值上升到8. 7左右时, 钙

-镁离子浓度先上升后下降, HCO 3离子浓度下降,

2-CO 3离子浓度上升, 当产液量下降10%、电流上升5-8A 时采取洗井措施。

中后期结垢井采出液p H 值上升到9. 3以上时, 钙离子浓度下降后低于20mg /L 直至0mg /L , 硅离子浓度大于50mg /L,硅垢比例增加到50%以上, 应减少热洗次数, 尽量延长热洗周期。

[参考文献]

[1]　巨全义. 油田注水地层结垢机理及分布特征

[J].试采技术, 1995, 16(9):32～35.

[2]　路遥. 油田水结垢问题[J].油田化学, 1995,

12(3):281～286.

[3]　王玉普等. 三元复合驱过程中的结垢特点和机

采方式适应性[J].大庆石油学院学报, 2003, 27(2):20～22.

2009年二季度结垢井洗井情况

泵效(%) 洗前40. 5

洗后44. 7

电流(A) 洗前40-4洗前34. 2

洗后33. 7洗后36

井次平均日产液(t) 平均日产油(t) 含水(%) 13

洗前76. 2

洗后84. 3

洗前11. 5

洗后12. 6

洗前83. 4

洗后83

差值中后期

28

洗前70

差值

8. 1洗后70. 60. 6

洗前6. 7

1. 1洗后70. 3

-0. 4洗前89. 4

洗后89. 1

洗前

4. 2洗后40. 5

40. 1

-0. 30. 4-0. 5

　　为进一步摸索中后期结垢井合理热洗周期, 以

适应三元复合驱的需要, 我们选取4口井采取不洗井措施, 4口井平稳运行97天, 因措施和停电卡泵检泵作业, 但在措施过程中没有发现结蜡现象。所以中后期结垢井应减少热洗次数, 尽量延长热洗周期。

表7　

E F D H

后期中期后期中期

四口结垢井生产情况

作业情况

2009. 9压裂, 无结蜡现象2009. 8大修+压裂, 无结蜡现象2009. 10压裂终止, 无结蜡现象2009. 7因停电卡泵作业, 无结蜡现象

2009. 5. 122009. 4. 32009. 6. 232009. 6. 20

井号见垢阶段最后热洗时间

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1　系统模型的建立

内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2012年第24期　

大系统中。PSS 作为励磁系统的子模块, 它的输出

是励磁输入信号的一种, 通过on-off 开关控制投退。

由上述系统元件模型和子系统模型的建立, 在M ATLAB 软件中的Sim ulink 运行环境下, 用鼠标将所建立起来的电气元件的模型及子系统添加到模型编辑窗口(其它模块这里就不一一列举了) , 用连线将它们连接起来, 就组建成本次设计的单机-无穷大系统的仿真模型图如图3。

为了保证问题研究具有普遍性, 我们选择了典

型的电力系统——单机-无穷大系统(如图1) , 同时依据问题研究的侧重点, 忽略原动机的出力变化, 供给同步发电机带有正阶跃响应的机械功率

。

图1　单机-无穷大系统电气接线图

模仿图1所示, 直接利用SPS 中的以下模块来组成我们要研究的单机-无穷大系统。例如由同步发电机(Synchro nous Machine pu Sta nda rd) 和励磁调节系统(Excita tion sy stem ) 模拟发电机系统、变压器(Th ree -Phase Transfo rm er ) 、输电线路(Distributed Parameters Line ) 、小负荷(Th ree -Phase Pa rallel RLC Load ) 、三相电压源(Three -Phase Source) 以及测量元件等模拟无穷大电力系统, 如此就构成了M ATLAB 环境下的单机-无穷大系统仿真模型。1. 1　基于M ATLAB 建立励磁系统和PSS 模型

单机-无穷大系统对励磁系统用子系统进行了包装。将发电机测量(Machines M easurem ent) 中的输出作为PSS 的输入端(In) , 而PSS 的输出端(Vstab) 作为Ex citatio n System (AV R) 中的输入端(Vstab ) , 这样就使原来的励磁调节系统附加上了电力系统稳定器如图2所示

。

图3　单机-无穷大系统仿真模型

1. 2　系统模型仿真设置

发电机测量单元输出的功角在外部补偿, 因为SPS 规定发电机正方向定子电流产生正向90°磁链。

为避免失步后无谓的数值积分, 图中设置了仿真的提前终止判据＄如果发电机相角幅值超过180°, 则认为系统已经失步从而停止仿真, 这对于单机-无穷大系统显然是合适的。

发电机节点的类型为PU 节点, 机端电压20KV , 输出功率900M V A, 数值积分ode23s 是TR-BDF2的一种实现, 其具有两个阶段的隐式龙格-库塔方法, 仿真时间长度设置为50s 。2　单机-无穷大系统静态稳定调节措施的分析2. 1　自动励磁调节(AV R ) 的仿真分析

现代电力系统的发电机, 无例外地都要装设自动励磁调节系统。但系统是随时在变化的, 在受到小扰动的情况下, 系统有可能失稳, 励磁调节系统有可能不起作用。我们通过仿真实验来验证是否可以提高电力系统静态稳定性。

设计小扰动为在P =0. 4(P . U . ) 下发电机有功功率输出为10%的正阶跃响(Initial v alue =0. 4, Final value =0. 5) , 不考虑PSS 的情况, 观察发电机与无穷大系统间的功角、转速、电磁功率及机端电压随时间变化的曲线(如图4) 。

图2　励磁系统仿真模型

图中:m ——发电机信号总线; M m ——发电机测量模块; V ref ——机端参考电压; V d ——机端电压直轴分量; V q ——机端电压交轴分量; V f ——励磁电压输出; Demux ——信号分解器。

励磁系统模块包含了自动电压调节器AV R 和

电力系统稳定器PSS 。其中, AV R 从发电机中引入机端电压交、直轴两分量信号, 经过AV R 内部传递函数公式, 与模块中的机端参考电压信号进行比较,

-

　2012年第24期　　　　　　娜仁同戈拉等　基于M atla b 的电力系统静态稳定的仿真及分析

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图4　10%正阶跃响应的仿真波形图

　　设计小扰动为在P =0. 4(P. U. ) 下发电机有功

功率输出为20%的正阶跃响应(Initial v alue=0. 4, Final v alue =0. 6) , 不考虑PSS 的情况, 观察发电机

与无穷大系统间的功角、转速、电磁功率及机端电压随时间变化的曲线(如图5)

。

　%

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在单机-无穷大系统中串联一个电容器, 观察系统补偿前后的变化曲线, 通过实验分析, 证明串联电容器能够提高电力系统静态稳定。我们通过下面的仿真实验来验证。

设置串联电容X c =0. 003, R 、U 参数均采用SPS 中的默认值。

观察发电机与无穷大系统间的功角、转速、电磁功率与机端电压随时间变化的曲线(如图6)

。

　　通过观察系统测量的参数变化曲线, 可以看出:单机-无穷大系统受到不同的小扰动, 系统的最终结果是不同的。当系统受到10%小扰动, 通过励磁系统的调节, 可以使系统恢复稳定; 当小扰动为20%时, 励磁系统的调节能力下降, 致使系统失稳。

通过改变系统中小扰动的大小, 逐级进行仿真。我们得出结论:励磁系统的调节能力随小扰动的增大而减小。2. 2　串联电容器的仿真分析

图6　5%正阶跃响应串联电容的仿真波形图

　　通过观察系统测量的参数变化曲线, 可以看出:单机-无穷大系统受到相同的5%小扰动时, 系统中串联电容的变化曲线与图2-1相比较。我们得出结论:系统受到小扰动时, 串联电容器能够提高电力系统静态稳定, 可以说是成本最低的调节方法。3　系统仿真小结

通过设计励磁调节系统、改变发电机励磁电压和励磁系统附加PSS 装置的仿真, 结果表明:①现代电力系统无例外的都含有励磁调节系统, 虽然提高了稳定性, 但不足之处就是受小扰动的范围制约, 作用能力比较小; ②附加PSS 装置、提高发电机励磁电压提高系统稳定性是必然的, 也受小扰动范围的影响; ③附加PSS 装置的系统稳定时间比提高励磁电压的系统稳定时间短; ④增加发电机励磁电压倍数, 对一些由于小扰动造成失稳的系统, 使之稳定; ⑤励作用于电力系统, 快速而有效地提高了电力系统静态稳定性。

[参考文献]

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