电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真技术的研究

论文摘要

单一的机电暂态或者电磁暂态程序只能对电力系统中特定的现象进行仿真分析,对新出现的一些问题经常难以描绘。混合仿真技术综合了机电暂态仿真和电磁暂态仿真各自的优点,对常规电力系统进行机电暂态仿真,对其中重点关注的局部网络或者特定元件则采用电磁暂态仿真,它可以较好的协调仿真的规模、精度和速度等问题,为研究大规模电力系统的稳定性和动态特性提供了新的思路和途径。本文的工作重点是电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真的基本理论分析、模型和算法研究、程序设计实现以及试验平台的建立和应用。分析了不同等值电路形式对混合仿真接口精度的影响,对几种不同数据交互时序引起的误差进行了详细的对比,从机理上阐明了不同的接口时序方式对系统动态仿真过程的影响,并通过简单算例验证了理论分析的正确性。提出和完善了混合仿真接口算法。本文电磁侧采用诺顿等值电路,并在此基础上提出了一种基于电磁侧差分导纳实数矩阵直接求解等值复阻抗的新算法;根据机电侧和电磁侧不同的数据形式和求解方法,分别详细阐述了两侧等值电路的形成和实现过程;针对机电侧当正负序阻抗不相等时,戴维南等值阻抗矩阵线性变换后会与电磁暂态仿真基本解法相矛盾的情况,通过修正戴维南等值电路有效解决了该问题;提出了一种并行和串行相结合的接口时序交互方式,在系统稳态运行时采用并行交互方式以提高仿真速度,在系统网络结构发生变化时采用串行交互方式以保证仿真精度;对基于二次曲线拟合的电磁侧离散序列数据基波提取算法进行了部分改进,提高了计算效率。根据自主开发的机电暂态和电磁暂态仿真程序,设计并研制了混合仿真试验平台。解决了程序设计中的关键问题,并通过具体算例验证了文中所提试验方案的可行性和正确性。对试验平台的部分功能进行扩充和完善,扩大了数字混合仿真的研究领域和应用范围。本文完成了基于Myrinet高速通讯网络的多微机并行混合仿真试验,并在数字混合仿真系统的电磁侧接入实际物理装置,初步实现了机电-电磁-装置三者于一体的实时闭环交互测试试验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电力系统数字仿真概述
• 1.2 电力系统数字仿真主要方法
• 1.3 本文的选题背景和意义
• 1.4 电力系统数字混合仿真技术研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 混合仿真基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 基本分类方法
• 2.3 主要实现思路
• 2.4 基本原理
• 2.5 关键技术
• 2.6 本章小结
• 第3章 混合仿真接口误差分析
• 3.1 引言
• 3.2 混合仿真中接口变量求解
• 3.3 电磁侧采用不同等值电路形式的网络分析
• 3.4 串行和并行交互方式电磁侧接口误差分析
• 3.5 串行和并行交互方式机电侧接口误差分析
• 3.6 两侧相互迭代交互方式接口误差简单分析
• 3.7 仿真算例
• 3.8 本章小结
• 第4章 混合仿真接口算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 机电侧网络等值参数求取
• 4.3 电磁侧网络等值参数求取
• 4.4 机电侧网络等值电路形成和实现步骤
• 4.5 电磁侧网络等值电路形成和实现步骤
• 4.6 机电侧正负序阻抗可能不相等引起的矩阵不对称问题
• 4.7 并行/串行混合使用的接口时序方式新算法
• 4.8 电磁侧提取基波相量的改进算法
• 4.9 本章小结
• 第5章 混合仿真程序设计和试验平台实现
• 5.1 引言
• 5.2 自主开发的TE 和TS 程序
• 5.3 程序设计总体框架和结构图
• 5.4 程序设计初始化
• 5.5 混合仿真中的同步控制策略
• 5.6 数据时序交互方式的自由切换策略
• 5.7 仿真算例
• 5.8 本章小结
• 第6章 混合仿真试验平台应用和扩展
• 6.1 引言
• 6.2 基于MYRINET 网络的多微机混合仿真试验
• 6.3 电磁侧与实际物理装置相连的实时闭环测试
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 修改后的IEEE14 节点试验系统数据
• 附录B 多微机混合仿真现场试验硬件实物图
• 附录C 简化的辽西电网系统数据
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果