电磁暂态计算非线性模型研究

论文摘要

电力系统中含有大量的非线性元件,非线性元件的运行情况非常复杂,因此非常有必要迅速、准确、全面地掌握电力系统的实时运行状态,分析和预测系统的运行趋势,对运行中发生的各种问题提出对策,并提供下一步的控制策略。本文详细讨论分析了电力系统电磁暂态计算中对非线性元件的分析处理方法,并在此基础上引入了处理任意拓扑连接的非线性元件的新算法,并对新算法进行了证明和仿真分析。本文主要的研究工作有以下几点:1本文从研究非线性元件的基本方法出发,详细讨论了分段线性化和补偿法,并将EMTP和Microtran技术的分段线性化处理的方法进行比较。Microtran分段线性化方法是本文引入新算法的基础,该技术的好处是,有效的克服了段到段过渡时的过冲问题,但是段与段过度时的数值振荡问题却要用到CDA（CriticalDamping Adjustment）技术。本文在推导补偿法的过程中,得出当补偿法应用求多个非线性元件时,要求每一个非线性元件有一个端口,即补偿法要求把非线性元件看作电流源,从端口一个节点流入的电流等于从端口另一个节点流出的电流。这就是说补偿法对非线性元件的拓扑结构是有限制的。2本文引入了电磁暂态计算中求解任意拓扑连接非线性元件的新算法。三角形连接的三个单相真一非线性元件在EMTP中不能运行,因为戴维南等效阻抗矩阵是奇异矩阵,没有逆矩阵。本文建立了三角形连接的非线性元件的等效模型,形成了非线性元件的伴随电路,然后和线性电路部分一块求解。并详细推导论证了该方法,利用MATLAB程序验证了新方法的正确性。并且,利用该新算法程序验证了几个算例,程序运行出的波形和实际分析得出的波形极为相似,再次证明了该算法的正确性。3本论文推导出新模型中假非线性元件（Type-96—99）不需要迭代,这是一种普遍适用的计算方法,可以用于EMTP程序中,使之运行任意连接和任意数量的非线性元件,如避雷器、变压器、电抗器和发电机等非线性元件。4本论文给出电磁暂态模拟中非线性模型的算法,非线性模型的数值解一般需要求解变系数差分方程。可以证明,非线性元件方程式在每一个时间点线性化后,节点导纳矩阵将变成牛顿法的雅可比矩阵。这种方法提供了能求解所有非线性元件的方法,并消除了假非线性元件低精度的问题和补偿法中拓扑结构限制的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 目的
• 1.3 论文结构
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 非线性元件算法和存在的问题
• 2.1 引言
• 2.2 分段线性化方法
• 2.2.1 非线性电阻的分段线性化
• 2.2.2 非线性电感的分段线性化
• 2.2.3 分段线性化的优缺点
• 2.2.4 电磁暂态传统算法存在的问题及解决方法
• 2.3 补偿法
• 2.3.1 非线性电阻
• 2.3.2 非线性电感
• 2.3.3 补偿法求解含一个非线性支路的网络
• 2.3.4 求解含有多个非线性支路的网络
• 2.3.5 补偿法的优缺点
• 2.4 小结
• 第3章 非线性元件新算法
• 3.1 引言
• 3.2 非线性元件
• 3.2.1 非线性电阻
• 3.2.2 非线性电感
• 3.2.3 非线性电容
• 3.3 非线性电路分析
• 3.4 非线性元件分析
• 3.4.1 非线性电阻
• 3.4.2 非线性电感
• 3.4.3 非线性电容
• 3.5 新模型算法求解非线性RL串联模型
• 3.6 非线性电压控制型电阻和磁通控制型电感（证明1）
• 3.6.1 解析解
• 3.6.2 利用梯形法则求数值解
• 3.6.3 利用新模型求数值解
• 3.6.4 仿真结果
• 3.7 电流控制型非线性电阻和电感（证明2）
• 3.7.1 解析解
• 3.7.2 利用新模型求数值解
• 3.7.3 仿真结果
• 3.8 备注
• 3.9 新旧算法比较
• 3.10 小结
• 第4章 算例
• 4.1 引言
• 4.2 算例1—三个非线性元件（二极管）三角形连接
• 4.2.1 二极管的V-I特性
• 4.2.2 二极管分段线性化后特性曲线
• 4.3 算例2—三个非线性元件（Type-93非线性电感）三角形连接
• 4.4 算例3—三个非线性元件（Type-96非线性电感）三角形连接
• 4.5 总结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表