电力系统建模与分析软件:Python二次开发_16. 电力系统大干扰稳定性分析.docx

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16.电力系统大干扰稳定性分析

16.1大干扰稳定性概述

大干扰稳定性(LargeDisturbanceStability)是指电力系统在遭受大的扰动后,能否在一定的时间内恢复到稳定运行状态的能力。这种扰动可能包括发电机跳闸、输电线路故障、负荷突变等。大干扰稳定性分析是电力系统安全运行的重要组成部分,通过分析系统在这些扰动下的动态行为,可以评估系统稳定性和采取相应的控制措施。

16.1.1大干扰稳定性的分类

大干扰稳定性通常分为以下几类:

暂态稳定性(TransientStability):评估系统在大扰动后的短时间内能否保持同步运行。

中长期稳定性(Mid-termtoLong-termStability):评估系统在大扰动后中长期的动态行为,包括频率稳定性和电压稳定性。

16.1.2大干扰稳定性的分析方法

大干扰稳定性分析的方法主要包括:

时域仿真(Time-DomainSimulation):通过数值积分方法,模拟系统在大扰动下的动态过程。

特征值分析(EigenvalueAnalysis):通过线性化方法,分析系统的特征值以评估其稳定性。

直接法(DirectMethods):基于李亚普诺夫稳定性理论,直接评估系统在扰动后的稳定性。

16.2时域仿真方法

时域仿真方法是最常用的大干扰稳定性分析方法。通过数值积分,可以模拟电力系统在各种扰动下的动态过程,从而评估系统的稳定性。

16.2.1时域仿真的基本原理

时域仿真方法的基本原理是:

系统模型:建立电力系统的详细模型,包括发电机、负荷、输电线路等。

初始条件:设定系统的初始运行状态。

扰动模型:定义扰动的类型和发生时间。

数值积分:使用数值积分方法(如欧拉法、龙格-库塔法)求解系统的微分方程。

结果分析:评估系统在扰动后的动态行为,包括频率、电压、功率等参数的变化。

16.2.2Python中的时域仿真工具

在Python中,常用的时域仿真工具包括:

Matplotlib:用于绘制仿真结果的图形。

NumPy:用于数值计算。

SciPy:提供数值积分方法。

Pandas:用于数据处理。

PyPSA:一个开源的电力系统分析工具,支持时域仿真。

16.2.3时域仿真的代码示例

以下是一个使用Python进行电力系统时域仿真的示例。假设我们有一个简单的单机无穷大系统模型,发电机采用二阶模型,负荷采用恒阻抗模型。

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

fromscipy.integrateimportsolve_ivp

#系统参数

P_m=1.0#机械功率

D=0.05#阻尼系数

M=1.0#发电机惯性时间常数

T_d0=8.0#发电机暂态电势时间常数

E_f=1.0#发电机励磁电势

V_0=1.0#无穷大系统的电压

X_d=1.0#发电机暂态电抗

#初始条件

delta_0=0.0#初始功角

omega_0=1.0#初始转速

#扰动时间

t_disturbance=0.1#扰动发生时间

#系统微分方程

defsystem_dynamics(t,y):

delta,omega,E_q=y#解变量

P_e=E_q*V_0/X_d*np.sin(delta)#电磁功率

iftt_disturbance:

P_m_disturb=P_m

else:

P_m_disturb=0.5#扰动后的机械功率

d_delta=omega-1

d_omega=(P_m_disturb-P_e-D*(omega-1))/M

d_E_q=(E_f-E_q)/T_d0

return[d_delta,d_omega,d_E_q]

#初始条件

y0=[delta_0,omega_0,E_f]

#时间范围

t_span=(0,5)#仿真时间范围

t_eval=np.linspace(0,5,1000)#仿真时间点

#求解微分方程

sol=solve_ivp(system_dynamics,t_span,y0,t_eval=t_eval,method=RK45)

#提取结果

delta=sol.y

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