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电力系统电磁暂态建模仿真及应用

作　者: 方毅
导　师: 束洪春
学　校: 昆明理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电磁暂态数值计算 电力电子开关元件 高阻接地故障 饱和铁芯型超导限流器 暂态仿真模型
分类号: TM743
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


电磁暂态数字计算是电力网络暂态分析中的重要组成部分。伴随着系统越来越高的安全性要求,电磁暂态领域的研究日益凸显其重要性。电磁暂态领域的研究,最主要是分析和计算开关动作或系统扰动后产生的过电压、过电流,藉此进行绝缘配合。但是,行波保护和行波测距研究的日益深入、实用化程度的增强,大大扩宽了电磁暂态领域的研究范围,也益发凸显出它的重要性。无论进行哪一类型的研究,元件准确的数学模型是必不可少的。本文在对输电线路电磁暂态建模的研究思想及成果进行详细分析的基础上,重点研究非线性特征突出的电力电子开关模型及高阻接地故障模型、超导限流器模型。特别考虑了以下几个方面：1、开关元件在现有定步长电磁暂态仿真程序中会出现的数值振荡问题,并总结分析现有的消除办法及其不足；2、改进现有单一电弧支路的高阻接地故障模型,提出利用六分支的电弧支路来表征随机性强的高阻故障；3、通过详细分析限流器工作原理和铁芯饱和特性,研究现有简单分段线性化的模型的不足之处,提出带缓冲区域的饱和型铁芯超导限流器用非线性函数拟合铁芯的非线性段。在详尽的建模支撑下进行了相关元件的仿真应用,其中包括：1、将电力电子开关通用模型应用到较为热门的双馈感应式风机和轻型直流输电中,建立其整体仿真模型,详细分析了双馈感应式风机和轻型直流输电短路故障下的行波特征,并且分析了轻型直流输电系统应用于风机并网时对暂态行波的影响,仿真结果表明,轻型直流输电系统对暂态行波涌流有一定的抑制作用；2、在现有高阻接地模型的基础上,分析讨论高阻接地故障的五个基本特征,改进了现有的高阻接地故障模型,建立了基于多支Emanuel电弧模型的高阻抗接地故障模型,仿真结果表明该模型很好的符合高阻接地故障特征,与实测结果吻合程度很好；3、重点对SICSFCL进行仿真建模分析。利用220kV饱和铁芯型超导限流器实测资料,将B-H曲线转化为ψ-i曲线,并用非线性函数与线性函数结合的办法拟合ψ-i曲线,进而得到饱和铁芯型超导限流器仿真模型参数。将该模型参数应用于220kV电网中后,仿真SICSFCL的外特性。结果表明,考虑了非线性的缓冲区域后,所建的SICSFCL模型不仅有很好的限流效果,并且出现的暂态过压处于合理范围,证明所建立的SICSFCL模型可以准确仿真SICSFCL的外特性。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 选题背景  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 研究现状  11-13
    1.2.2 存在的问题  13-14
  1.3 本文主要研究工作  14-15
第二章 输电线路电磁暂态模型  15-43
  2.1 引言  15
  2.2 集中参数模型和分布参数模型的选择  15-16
  2.3 分布参数输电线路数学模型  16-26
    2.3.1 单相线路的时域数学模型  17-19
    2.3.2 单相线路的频域数学模型  19-21
    2.3.3 多相线路数学模型  21-26
  2.4 分布参数线路数值解模型  26-36
    2.4.1 贝杰龙模型及其行波特征  26-31
    2.4.2 频变参数模型及其行波特征  31-36
  2.5 EMTP类程序算法基础  36-38
    2.5.1 节点分析法  36-37
    2.5.2 参数频变特性的拟合方法  37-38
  2.6 截断误差产生的数值振荡问题  38-41
  2.7 本章小结  41-43
第三章 非线性元件电磁暂态模型  43-63
  3.1 引言  43-45
  3.2 电力电子开关元件  45-50
    3.2.1 电力电子开关元件的通用建模  45-46
    3.2.2 尖峰电压和数值振荡  46-47
    3.2.3 插值和振荡消除  47-50
  3.3 高阻接地故障  50-54
    3.3.1 电弧特征及其相应模型  50-52
    3.3.2 高阻接地故障特征  52-54
  3.4 饱和铁芯型超导限流器  54-61
    3.4.1 限流原理  54-56
    3.4.2 铁芯的磁化曲线  56-58
    3.4.3 SICSFCL建模  58-61
  3.5 本章小结  61-63
第四章 电磁暂态模型仿真与应用  63-79
  4.1 引言  63
  4.2 电力电子开关元件建模实例  63-70
    4.2.1 双馈感应式风机  63-66
    4.2.2 轻型直流输电  66-70
  4.3 高阻接地故障建模与仿真分析  70-73
  4.4 饱和铁芯型超导限流器仿真分析  73-76
  4.5 本章小结  76-79
第五章 总结  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
攻读硕士期间发表相关论文与申请专利  87

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的模拟与计算 > 模拟与仿真
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