低压配电网感应雷过电压特性研究

论文摘要

雷击低压配电架空线附近产生的感应雷过电压是引起供电中断的重要原因之一,虽然感应雷过电压小于直击雷过电压,但其发生频率高,更应给予重视。研究感应雷过电压的计算方法及其特性是制定合理过电压防护方案的基础。本文首先对理想大地情况下雷电电磁场的计算方法进行了综述分析,并择其一为后续使用的方法。对常用的5种回击模型进行比较,并计算出各种模型下的雷电电磁场。研究了常用的几种场路耦合方程,比较了不同电磁场分量对过电压的贡献,并解释其中差异。应用动态电容研究电晕对过电压的影响,计算结果表明电晕的存在使过电压峰值明显增大。完成了在EMTDC/PSCAD中感应雷过电压的计算,并解决了时延带来的数值不稳定问题,最后给出了不同负载,不同雷击点时的感应雷过电压波形。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 研究本课题的意义
• 1.2 研究方法与课题内容
• 第二章 雷电电磁场的计算
• 2.1 雷电静态电磁场
• 2.1.1 偶极子产生的静态场
• 2.1.2 线电流产生的静磁场
• 2.2 理想大地时上半空间雷电电磁的计算
• 2.2.1 概论
• 2.2.2 延迟效应的处理
• 2.2.3 基于偶极子与Lorentz规范求解雷电电磁场的方法
• 2.2.4 基于单极子与电流连续方程求解雷电电磁场的方法
• 2.2.5 基于视在电荷密度计算雷电电磁场的方法
• 2.3 非理想大地时雷电电磁场的工程计算方法
• 2.3.1 计算水平电场的Cooray-Rubinstein方法
• 2.3.2 地下雷电电磁场的工程计算方法
• 2.4 雷电电磁场的工程计算方法
• 2.4.1 雷电流的数学表达式
• 2.4.2 雷电回击模型
• 2.4.2.1 TL 模型及其改进模型
• 2.4.2.2 TCS 模型
• 2.4.2.3 BG 模型
• 2.4.3 雷电电磁场计算实例
• 2.4.3.1 TL 模型的计算结果
• 2.4.3.2 MTLL 模型计算结果
• 2.4.3.3 MTLE 模型计算结果
• 2.4.3.4 TCS 模型的计算结果
• 2.4.3.5 BG 模型的计算结果
• 2.4.3.6 五种工程模型计算结果的比较
• 第二章 雷电电磁场与架空输电线的耦合计算
• 3.1 场路耦合模型
• 3.1.1 关于传输线理论的讨论
• 3.1.2 位于理想大地上无损单导线的情况
• 3.1.3 场路耦合的Taylor模型
• 3.1.4 Agrawal 模型
• 3.1.5 Rachidi 模型
• 3.1.6 关于理想导体平面上单根导体传输线的讨论
• 3.1.7 单导体传输线的计算结果及分析
• 3.2 考虑大地和导线损耗时的耦合模型
• 3.2.1 有损情况的频域分析
• 3.2.2 含损耗的时域耦合模型
• 3.3 多导体传输线模型
• 3.3.1 理论推导
• 3.3.2 算例分析
• 3.4 电晕存在对感应雷过电压的影响
• 第四章 感应雷过电压的EMTDC嵌入计算
• 4.1 PSCAD/EMTDC软件简介
• 4.1.1 EMTDC 主程序结构
• 4.1.2 系统动态部分
• 4.2 用户自定义模块的实现
• 4.2.1 EMTDC中重要头文件及全局变量介绍
• 4.2.1.1 emstor.h
• 4.2.1.2 s1.h
• 4.2.1.3 branches.h 及 s0.h
• 4.2.2 自定义物理元件的实现
• 4.2.2.1 基于节点的电路接口
• 4.2.2.2 基于支路的电路接口
• 4.2.2.3 与主电路接口的技巧
• 4.3 EMTDC感应雷过电压嵌入计算的实现方法
• 4.3.1 雷电电磁场的计算
• 4.3.2 耦合传输线的设计
• 4.3.3 仿真结果
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读工程硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况