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基于PSCAD的电力系统机电暂态与电磁暂态混合仿真

作　者: 李维
导　师: 房大中
学　校: 天津大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 暂态仿真混合仿真 HVDC PSCAD
分类号: TM743
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 721次
引　用: 4次
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内容摘要

随着现代电力系统的迅速发展,大量高压直流输电系统(High Voltage Direct Current, HVDC)和柔性交流输电装置(Flexible AC Transmission Systems, FACTS)等电力电子设备广泛应用于其中。这些设备的投入使得电力系统的运行和控制更为复杂,同时也对电力系统仿真分析技术提出了更高的要求。HVDC系统和FACTS装置对系统故障具有快速响应能力,目前主要运用电磁暂态仿真程序来研究其在系统暂态过程中电压和电流的快速变化现象。但由于计算机存储和计算能力有限,即使用并行计算方法也难以对大型电力系统进行全网电磁仿真。而机电暂态仿真程序(Transient Simulation Program,TSP)基于元件的准稳态模型,不能反应元件内部的电气量瞬时变化过程。为了弥补以上两点不足,电力系统机电暂态与电磁暂态混合仿真算法对电力电子装置部分进行详细的电磁仿真,以便精确模拟其动态特性;对外部交流系统则进行机电仿真,以加快仿真效率。本文研究的混合仿真算法将TSP程序嵌入到商业电磁暂态仿真软件PSCAD (Power Systems CAD)主程序中,利用PSCAD自带的元件库搭建HVDC系统及其控制模型,并对其进行电磁仿真,同时用TSP程序对外部交流网络进行机电仿真;数据交换通过连接二者的接口母线进行,从而实现全网的数字仿真。该算法考虑了系统故障后频率偏移对电磁暂态仿真精度的影响,动态更新接口母线电压的瞬时频率。混合仿真算法采用戴维南等效电路来代替外部网络对HVDC电磁仿真部分的影响,而将HVDC系统等效为时变恒功率负荷来代替其对外部网络的影响。用基于Kundur 2区域系统的交直流系统对该算法进行了仿真测试,并将其结果与PSCAD的仿真结果比较,验证了本文提出的算法能准确地反应HVDC系统经受扰动后的动态特性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 高压直流输电的历史与国内外现状  8-9
  1.2 电力系统数字仿真综述  9-11
    1.2.1 电力系统实时仿真  9-10
    1.2.2 电力系统离线仿真  10-11
  1.3 机电暂态与电磁暂态混合仿真研究  11-12
  1.4 本文的主要工作  12-14
第二章机电暂态仿真与电磁暂态仿真  14-25
  2.1 电力系统机电仿真  14-19
    2.1.1 暂态稳定计算数学模型  14-15
    2.1.2 暂态稳定求解方法  15-17
    2.1.3 电力网络元件数学模型  17-19
  2.2 电力系统电磁仿真  19-23
    2.2.1 电磁暂态仿真方法  20-21
    2.2.2 电磁暂态网络元件模型  21-23
  2.3 机电暂态、电磁暂态仿真方法比较  23-25
第三章直流输电及其控制的基本原理  25-32
  3.1 直流输电系统的结构  25-27
  3.2 直流输电系统的基本控制方式  27-30
    3.2.1 直流输电系统基本控制原理  27-28
    3.2.2 换流器控制方式  28-29
    3.2.3 直流输电系统基本控制特性  29-30
  3.3 直流输电系统的谐波及其抑制  30-32
第四章电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC  32-40
  4.1 前言  32-33
  4.2 PSCAD介绍  33-36
    4.2.1 PSCAD主界面  33-35
    4.2.2 PSCAD用户自定义模块  35-36
  4.3 EMTDC介绍  36-38
    4.3.1 EMTDC的程序结构  36-37
    4.3.2 EMTDC计算流程  37-38
  4.4 PSCAD/EMTDC仿真初始化  38-39
  4.5 PSCAD/EMTDC与Matlab的接口  39-40
第五章基于PSCAD的混合仿真算法研究  40-50
  5.1 TSP/PSCAD混合仿真基本原理  40-41
  5.2 接口母线的选择  41-42
  5.3 机电暂态子系统等效电路  42-44
    5.3.1 多端口诺顿等效电路  42-44
    5.3.2 频率偏移对混合仿真的影响及其改进措施  44
  5.4 电磁暂态子系统等效电路  44-47
  5.5 接口时序  47-48
  5.6 混合仿真程序流程  48-50
第六章仿真实例与分析  50-62
  6.1 混合仿真系统模型搭建  50-54
    6.1.1 仿真系统参数  50-51
    6.1.2 机电暂态子系统模型  51-52
    6.1.3 电磁暂态子系统模型  52-53
    6.1.4 接口模型  53-54
  6.2 混合仿真算法验证  54-62
    6.2.5 电磁暂态仿真结果比较  54-56
    6.2.6 机电暂态仿真结果比较  56-58
    6.2.7 与传统混合仿真方法比较  58-62
第七章全文总结  62-64
参考文献  64-67
致谢  67

基于PSCAD的电力系统机电暂态与电磁暂态混合仿真

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