学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

时变动态相量理论在电力系统分析中的应用

作　者: 黄胜利
导　师: 周孝信
学　校: 中国电力科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 时变傅立叶系数时变动态相量动态相量模型电磁暂态过程机电暂态过程仿真不对称故障正弦负序零序 FACTS SSR PSASP MATLAB EMTP “Generalized Averaging Theory”
分类号: TM769
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
下　载: 625次
引　用: 5次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来，随着“Generalized Averaging Theory”理论在电力电子系统中的应用，该理论已广泛地受到关注。在电力系统领域，以该理论为主的方法分析FACTS设备在电力系统引起的动态已获得成功。与传统的分析方法相比，应用该理论分析电力系统的动态过程所具有的更突出的优点已经得到普遍的认可。本论文首先总结国外在这方面的研究成果，结合现代通信系统的“信号与系统”理论，对传统信号与动态相量信号的区别作了详细的阐述。同时根据它们在电力系统中的应用范围，对动态相量信号作了一些条件限制，以保证经典电路理论的功率平衡等式、KCL和KVL定理成立。并且，结合电力系统的动态方程，详细阐述了传统“准稳态”相量的局限性，以及它们所产生的误差。通过对比，详细阐明了动态相量信号所具有的突出特性，这些特性是传统“准稳态”相量所不具备的，也正是动态相量比“准稳态”相量具有优越性的体现。本文针对典型的电力系统元件，开发了可实用于计算机仿真的电力系统元件模型。利用这些模型，可以仿真分析大规模电力系统的大扰动的动态行为。本文详细介绍了这些模型的推导和仿真计算方法，对每个模型进行了示例的仿真计算，并将结果与EMTP、MATLAB或PSASP的结果进行比较。利用这些模型进行仿真的优点是：(1)不但能仿真一定频率范围的电磁暂态过程，也能仿真机电暂态过程，仿真过程能很快地跨越电磁暂态和机电暂态，这就为电力系统故障暂态全过程数字仿真提供了一种极为有效的模型和方法；(2)仿真速度比标准的时域仿真软件(如EMTP)快：(3)可以进行快速的SSR仿真分析。针对电力系统不对称故障，本文提出以A、B、C三相坐标为基础的电力系统时变动态相量模型。对网络元件模型，通过严密的推导、仿真，以及与EMTP结果对比，证明了这些模型是相当精确的。对于发电机，分别建立了正序、负序和零序模型。其中，对于正序，采用的是经典PARK模型。对于发电机的负序和零序，采用了等值的电路模型并考虑了其中电压和电流的相量动态。分析不对称故障时，虽然其精度较EMTP为低，但比机电暂态分析所用的模型精度高；当对称故障发生时，这种模型是精确的PARK模型。采用A、B、C三相坐标建模的突出优点是：在计算复杂的不对称故障时，不必如传统的机电暂态故障分析那样，把网络化为正序、负序和零序序网，再利用节点收缩法计算；另外，该模型也具有快速计算电磁暂态过程和机电暂态过程的功能。针对直流输电系统的控制参数对发电机SSO现象的分析，推导了“准稳态”直流输电系统的时变动态相量模型，结合常规电力系统元件的动态相量模型，采用小扰动分析方法分析了控制系统参数对SSO的影响，获得了随控制系统参数变化的特征值关系曲线。通过采用复转矩频率扫描法的分析，获得了电气阻尼与机械阻尼相互作用的关系。由于时变动态相量模型的仿真具有快速仿真电磁暂态和机电暂态的能力，因此在一些需要进行长过程分析计算的场合（如 SSR现象的仿真分析），可利用时变动态相量模型代替标准的时域模型进行仿真，以提高仿真速度。对于一个大规模的电力系统，根据计算的需要以及仿真速度的要求，通常只须考虑局部网络的电磁暂态过程，而另一部分网络只进行机电暂态计算。因而可把网络划分为电磁暂态的网络和机电暂态的网络两部分进行混合仿真计算。对此，我们采用时变动态相量模型代替标准时域的电磁暂态模型进行电磁暂态计算，以提高仿真速度和电磁暂态仿真的规模。对于这种混合仿真，关键是如何解决具有不同步长、性质不同的模型的接口问题，即动态相量模型与机电暂态模型的接口。本论文提出的基于“诺顿定理”的接口方法，既能够方便地用于串行程序的仿真，也能适用于并行程序的计算。具有良好的精度，并且其仿真速度比采用EMTP模型进行的混合仿真快得多。通过仿真结果的比较，验证了该接口方法是切实可行的。

全文目录

第一章绪论  9-18
  1．1 引言  9-10
  1．2 传统相量及时变动态相量理论的提出，国内外研究及应用状况  10-14
  1．3 目前国内外研究存在的问题，今后的研究方向  14-15
  1．4 本论文的主要工作  15-18
第二章时变动态相量的理论基础  18-46
  2．1 时变动态相量的概念、应用范围与传统相量的区别  18-33
    2．1．1 传统信号的傅里叶变换、调制理论和采样定理  18-23
    2．1．2 时变动态相量的基本理论、应用范围和条件  23-33
  2．2 传统准稳态假定相量的局限性和错误，引入时变动态相量优越性  33-42
    2．2．1 电力系统元件的模型、准稳态域内的代数等式和动态微分等式  33-36
    2．2．2 准稳态域中的代数等式的构成、引起的两种误差和误差估计  36-41
    2．2．3 准稳态的域及其边界和突破准稳态的域的动态相量域介绍  41-42
  2．3 单相时域信号以及三相对称的时域信号与时变动态相量的关系  42-44
  2．4 小结  44-46
第三章电力系统中常规元件的时变动态相量模型  46-87
  3．1 带阻尼系数的梯形积分方法  46-48
    3．1．1 “梯形积分方法”和“后退欧拉法”的简介、误差比较  46-47
    3．1．2 “带阻尼系数的梯形积分方法”的原理  47-48
  3．2 关于动态相量模型分析电磁暂态问题的讨论  48-54
  3．3 电力系统常规元件的时变动态相量模型  54-67
    3．3．1 电感元件的时变动态相量模型  55-60
    3．3．2 电容元件的时变动态相量模型  60-63
    3．3．3 集中输电线路的时变动态相量模型  63-66
    3．3．4 负荷的时变动态相量模型  66-67
  3．4 分布参数输电线路的时变动态相量模型  67-74
  3．5 发电机电气模型和机械模型  74-80
    3．5．1 发电机电气部分方程  75-77
    3．5．2 发电机机械部分方程  77-78
    3．5．3 发电机模型与时变动态相量网络接口的仿真步骤和接口原理  78-80
  3．6 用时变动态相量实现电磁暂态和机电暂态统一的、快速的仿真以及SSR分析  80-85
  3．7 小结  85-87
第四章用时变动态相量理论分析不对称故障  87-110
  4．1 “空间矢量—动态对称分量”分析方法和存在的问题  88-93
  4．2 “三相动态相量—对称分量”分析方法原理、建模  93-103
    4．2．1 三相动态相量的概念  93-94
    4．2．2 “三相动态相量”的特性以及与对称分量的关系  94-95
    4．2．3 具有耦合的常规元件的动态相量模型及其仿真  95-103
  4．3 发电机的不对称故障的动态相量模型  103-109
    4．3．1 发电机正序的PARK方程模型、负序和零序模型  103-105
    4．3．2 发电机模型与网络的接口方法  105-106
    4．3．3 仿真试验  106-109
  4．4 小结  109-110
第五章用时变动态相量方法分析HVDC引起的SSO现象  110-122
  5．1 目前分析SSR和SSO的方法  110-111
  5．2 用动态相量方法分析HVDC引起的SSO  111-116
    5．2．1 发电机和轴系及其控制系统模型  111-113
    5．2．2 交流网络模型  113-115
    5．2．3 直流系统及其控制系统方程  115-116
  5．3 实例分析  116-121
    5．3．1 特征值分析  117-119
    5．3．2 复数转矩频率扫描分析  119-121
  5．4 小结  121-122
第六章动态相量模型与机电哲态模型的混合仿真  122-131
  6．1 电力系统元件的机电暂态模型  122-125
  6．2 动态相量模型与机电暂态模型接口的基本方法  125-127
  6．3 仿真实验  127-130
  6．4 小结  130-131
第七章结论  131-133
致谢  133-134
博士期间发表的文章  134-135
参考文献  135-138

时变动态相量理论在电力系统分析中的应用

内容摘要

全文目录

相似论文