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电力系统连续体机电波模型与机电扰动传播研究

作　者: 王德林
导　师: 王晓茹
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电力系统连续体模型机电波机电动态扰动传播链式离散系统 Laplace和Z联合变换
分类号: TM711
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 333次
引　用: 2次
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内容摘要

正常运行的电力系统时刻都要遭受到各种各样的随机扰动，呈现机电动态过程。机电动态涉及到系统中有功功率的运动，它在电力系统中的传播与系统的安全稳定运行紧密相关。因此，研究机电扰动的传播对于深刻认识电力系统的机电动态机理、进行稳定性分析以及建立安全稳定控制系统有着重要意义。电力系统的连续体机电波模型是研究大规模电力系统机电动态特性的一个新思路。连续体建模时，发电机用经典二阶模型描述，电网采用准稳态模型，电力系统在空间上连续分布发电机、负荷和输电线路。连续体模型中，机电扰动在电力系统中以波的形式传播，因此能够用波动理论研究电力系统中机电扰动的传播。本学位论文研究了电力系统连续体建模理论，并通过连续体模型研究了电力系统中机电扰动传播的一些基本特性：(1)根据经典力学中耦合质点的横向受迫振动到机械波的思想，建立了多质量圆盘扭转振动的连续体模型，作为电力系统连续体机电波模型的力学基础；(2)基于发电机的经典二阶模型，推导出链式电力系统连续体模型的非线性波动方程，并与力学中机械轴扭转波方程的相似性进行了对比，分析了机电波幅度传播的变化规律，用临界速度揭示了机电波在均匀连续体电力系统中传播时幅度增长或衰减的内在机理；(3)基于线性化的机电波方程，研究了机电波的传播特性，根据Peterson法则，研究连续体电力系统中的集中参数元件——发电机在机电波传播过程中对反射和透射的影响，说明了连续体电力系统中的机电动态能够表达为机电波在连续体参数不均匀处反射和透射过程的叠加；(4)建立了描述一般无损耗的不均匀连续体电力系统中机电波传播的微分方程组，研究了连续体单位长度电纳和发电机惯性分别按照幂函数变化和空间坐标的缓变函数时，机电波传播所遵循的基本规律；(5)基于理论推导，通过Laplace和Z变换，用Bessel函数表达出机电扰动在均匀离散电力系统中传播时的解析解、以及幅度增长或衰减的内在规律，分析了离散和连续体模型中机电波的传播速度、传播时间的等价性；(6)通过用连续体模型和传统模型(机电动态PSS／E仿真)对改进的New England 10机39节点标准测试系统的仿真实验，研究了机电扰动在电力系统中的传播，两种方法在扰动传播速度和传播时间上获得了基本一致的结果，表明连续体模型可以用来描述电力系统中机电扰动的传播。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-13
第1章绪论  13-29
  1.1 课题的研究意义  13-14
  1.2 连续体模型及其相关概念  14-16
  1.3 连续体模型发展和研究现状  16-18
  1.4 电力系统机电波方程推导过程回顾  18-25
    1.4.1 基于经典场论的二维机电波方程  18-22
    1.4.2 基于微分元模型的一维机电波方程  22-25
  1.5 与连续体模型相关的一些科学问题  25-26
  1.6 本文主要工作  26-29
    1.6.1 主要内容安排  26-27
    1.6.2 主要创新点  27-29
第2章力学中的扭转振动和扭转波  29-41
  2.1 引言  29-30
  2.2 均匀弹性轴的扭转变形  30-31
  2.3 阻尼的性质及分类  31-33
  2.4 多质量圆盘扭转振动  33-35
  2.5 机械轴上的扭转波  35-36
  2.6 一维线性波动方程的定解问题  36-40
    2.6.1 无界区间上的d’Alembert行波解  36-37
    2.6.2 有限区间上的Fourier级数解  37-38
    2.6.3 不均匀介质中的WKBJ法近似解  38-40
  2.7 本章小结  40-41
第3章电力系统连续体机电波模型  41-61
  3.1 引言  41
  3.2 电力系统的数学模型  41-46
    3.2.1 基本假定  41-42
    3.2.2 同步发电机数学模型  42-43
    3.2.3 输电线路数学模型  43-44
    3.2.4 链式系统的机电动态  44-46
  3.3 连续体机电波方程  46-49
  3.4 电力系统机电动态与力学中扭转振动的相似性  49-50
  3.5 机电波方程在平衡点附近的解析解及物理意义  50-55
  3.6 环形电力系统中机电波传播过程仿真  55-59
  3.7 本章小结  59-61
第4章均匀连续体电力系统中机电波传播暂态特性分析  61-72
  4.1 引言  61
  4.2 机电波的边界效应  61-63
  4.3 机电波传播暂态过程  63-68
    4.3.1 均匀连续体中集中参数发电机的动态过程  63-66
    4.3.2 机电波的多次反射和透射  66-68
  4.4 放射状均匀连续体系统中机电波的传播过程仿真  68-71
  4.5 本章小结  71-72
第5章不均匀连续体电力系统中机电波的传播特性研究  72-84
  5.1 引言  72-73
  5.2 不均匀连续体中的机电波方程  73-74
  5.3 参数按照幂函数变化时机电波传播的精确解  74-79
  5.4 参数为空间缓变函数时机电波传播的WKBJ法近似解  79-82
  5.5 本章小结  82-84
第6章离散电力系统中机电扰动传播特性分析  84-106
  6.1 引言  84
  6.2 机电扰动传播的Laplace和Z联合变换法  84-94
    6.2.1 差分—微分方程  84-87
    6.2.2 差分—微分方程的一般解及意义  87-94
  6.3 机电扰动传播的微分方程组法  94-99
    6.3.1 微分方程组  95
    6.3.2 微分方程组的解  95-99
  6.4 连续体和离散电力系统中机电扰动传播的一致性研究  99-102
    6.4.1 传播速度  99-101
    6.4.2 传播时间  101-102
  6.5 环形离散系统中扰动传播速度和时间的仿真  102-105
  6.6 本章小结  105-106
第7章电力系统连续体模型仿真研究  106-120
  7.1 引言  106
  7.2 电力系统的连续体模型  106-109
  7.3 连续体模型的仿真步骤  109-111
  7.4 改进的New England 39节点标准测试系统  111-118
    7.4.1 连续体模型仿真  111-114
    7.4.2 PSS/E动态仿真  114
    7.4.3 仿真结果对比  114-118
  7.5 本章小结  118-120
结论与展望  120-123
  主要研究成果  120-121
  需要进一步研究的问题  121-123
致谢  123-124
参考文献  124-129
附录I 式(5-12)是方程(5-4)的解的证明  129-131
附录II NEW ENGLAND 10机39节点标准系统数据  131-137
作者在攻读博士学位期间发表的学术论文  137-138
攻读博士学位期间参与的科研工作  138

电力系统连续体机电波模型与机电扰动传播研究

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