基于动态相量理论的电力系统建模与仿真研究

论文摘要

随着大规模区域互联电网的逐步形成以及大量电力电子装置在电力系统中的应用,电力系统的运行与控制变得越来越复杂。在电力系统动态安全分析中采用精确仿真模型和快速仿真技术的需求越来越迫切。针对我国电力系统的发展要求,本论文重点研究了基于动态相量技术的电力系统元件建模和仿真以及电力系统混合仿真算法,其主要内容如下:推导了电力系统基本元件电感、电容和发电机的动态相量模型,结合三相分布参数线路的动态相量模型对实际系统进行了仿真。分析了基于梯形法的动态相量仿真的数值振荡问题,结合现有的算法和动态相量法的特点,讨论了基于临界阻尼调整法（CDA）的动态相量法。在现有模型的基础上,对三相分布参数线路的动态相量模型进行了改进,提出了考虑线路损耗的精确模型和大步长模型。通过与电磁暂态模型仿真结果的比较,验证了动态相量法能突破仿真步长的限制,用于仿真三相分布参数线路上的电磁暂态过程。使用动态相量建模原理,提出了一种晶闸管控制电抗器TCR的动态相量模型。该模型只考虑了对TCR动态特性影响较大的谐波分量,忽略了其余高阶分量,能快速准确地模拟器件的动态特性。使用开关函数模拟TCR的开关动作,能够反映TCR的非线性特性。并通过静止无功补偿器（SVC）和可控串补（TCSC）动态相量模型仿真验证了TCR模型的有效性。利用SVC动态相量模型,提出传统相量和动态相量模型的（TSP-DP）混合仿真算法,基于网络分割的思想,SVC使用动态相量进行电磁暂态仿真,并嵌入到外部网络的机电暂态仿真中来实现整体网络的机电暂态与动态相量混合仿真。通过实际系统上的仿真验证了算法的有效性。对动态相量模型和电磁暂态模型（DP-EMTP）混合仿真进行了初步研究,分析了混合仿真中的网络等效、曲线拟合和相位偏移等关键问题。在实际系统上进行了仿真,验证了DP-EMTP混合仿真能够准确地反映实际电力系统的快速暂态过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景介绍
• 1.2.1 电力系统离线仿真技术
• 1.2.2 电力系统实时仿真技术
• 1.2.3 电力系统数字仿真发展趋势
• 1.2.4 HVDC 和FACTS 技术
• 1.2.5 电力系统装置建模概述
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.3.1 电力电子设备建模的研究现状与发展
• 1.3.2 含非线性元件的电力系统仿真
• 1.3.3 大规模电力系统快速仿真
• 1.3.4 动态相量介绍
• 1.4 论文的主要工作
• 1.4.1 本文的创新点
• 1.4.2 论文的组织结构
• 第二章 动态相量的理论基础及应用
• 2.1 动态相量理论概述
• 2.1.1 传统相量
• 2.1.2 动态相量的概念
• 2.1.3 动态相量的特性
• 2.2 动态相量理论在电力系统中的应用
• 2.2.1 动态相量和传统相量的比较
• 2.2.2 三相系统中的动态相量
• 2.2.3 动态相量与Park 变换
• 2.2.4 动态相量与Clarke 变换
• 2.2.5 动态相量应用于电力电子装置建模
• 2.3 数值积分方法简介
• 2.3.1 “欧拉法”和“隐式梯形法”简介
• 2.3.2 动态相量法和时域积分方法的比较
• 2.4 数值振荡
• 2.4.1 动态相量法中数值振荡的机理
• 2.4.2 基于CDA 法的动态相量法
• 2.5 本章总结
• 第三章 电力系统常规元件的动态相量建模与仿真
• 3.1 基本元件的动态相量模型
• 3.1.1 电感元件的动态相量模型
• 3.1.2 电容元件的动态相量模型
• 3.2 分布参数线路的动态相量模型
• 3.2.1 不计损耗分布参数线路动态相量模型
• 3.2.2 计及损耗分布参数线路动态相量模型
• 3.2.3 大步长线路模型
• 3.2.4 算例分析
• 3.3 发电机的动态相量模型
• 3.3.1 发电机电气部分模型
• 3.3.2 发电机机械部分模型
• 3.3.3 预测和校正方法
• 3.4 算例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于晶闸管控制电抗器的FACTS 器件动态相量模型
• 4.1 前言
• 4.2 TCR 的动态相量模型
• 4.2.1 单相TCR 动态相量模型
• 4.2.2 开关函数动态相量模型
• 4.2.3 控制系统动态相量模型
• 4.2.4 滤波器动态相量模型
• 4.3 算例分析
• 4.3.1 SVC 模型分析
• 4.3.2 TCSC 模型分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于SVC 动态相量模型的混合仿真
• 5.1 混合仿真算法概述
• 5.2 机电暂态模型与动态相量模型的混合仿真
• 5.2.1 基本原理
• 5.2.2 接口母线位置选择
• 5.2.3 TSP 子系统对DP 子系统的等效
• 5.2.4 DP 子系统对TSP 子系统的等效
• 5.2.5 混合仿真接口规则
• 5.2.6 混合仿真流程
• 5.3 仿真验证与分析
• 5.3.1 3 机9 节点系统
• 5.3.2 10 机39 节点系统
• 5.4 本章小结
• 第六章 动态相量与电磁暂态模型的混合仿真
• 6.1 混合仿真研究现状
• 6.1.1 TSP-EMTP 混合仿真
• 6.1.2 TSP-DP 混合仿真
• 6.2 DP-EMTP 混合仿真
• 6.2.1 网络分割
• 6.2.2 网络等效
• 6.2.3 混合仿真接口规则
• 6.2.4 相位偏移
• 6.3 算例分析
• 6.3.1 不对称故障
• 6.3.2 对称故障
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 7.2.1 TSP-DP-EMTP 混合仿真算法
• 7.2.2 基于动态相量技术并行仿真算法
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录 A 3 机9 节点系统参数
• 附录 B 10 机 39 节点系统参数
• 致谢