复杂交、直流互联系统的电磁-机电暂态混合仿真和相关问题的研究

摘要

当今，越来越多的直流输电装置投入到国内电网中。在远距离输电和大型互联电网中起着很重要的作用。这些大功率电力电子元件装置大大增加系统动态性能的可控性，但其元件非线性特性也增加了精确分析和建模的困难。研究交直流系统的各种性态，也需要建立准确的仿真模型，电力系统交直流复杂系统为大型非线性瞬态系统，包含有大量物理意义相差很大的变量。传统的直流准稳态模型和机电暂态的模型已经不能满足精确分析系统的需要。因此需要建立准确电磁暂态和机电暂态混合模型，兼顾机电暂态便于进行大系统分析和电磁暂态分析中对直流非线性元件的精确描述的优点，用来精确地揭示非线性元件在大系统中的影响作用，如换相失败，自激振荡，和谐波不稳定等现象，为大型系统的精确分析和采取的一些相关措施提供有力的手段和工具。因此，交、直流互联电力系统的电磁暂态和机电暂态的混和仿真研究具有重要的理论意义和实用价值。 本文总结了国内外关于复杂电力系统建模、仿真计算，尤其是直流装置非线性元件仿真计算的相应研究成果，在现在常用的机电暂态和电磁暂态过程的分析手段的基础上，进行了以下研究工作： (1)基于多速率方法(Multi-rateMethod)提出交直流系统双速率相量-瞬时数据互馈的电磁暂态和机电暂态混合仿真计算方法。并且采用TSP初值确定和窗技术结合WRM方法设计具体的算法流程以及数据接口。在空间上对系统作出合理分割，子系统之间采用数据双向反馈，虚拟支路等技术。 (2)以实际大系统作为研究对象，针对大系统的机电暂态仿真软件与可以分析晶闸管详细模型的电磁暂态仿真平台相结合运用于复杂交直流系统。，在通用软件上建立了电磁暂态和机电暂态的双时标混和仿真分析平台以及直流系统的精确模型。 (3)运用所建立的电磁暂态和机电暂态的双时标混和仿真分析平台以实际的南方电网工程为背景，对多种动态现象进行了分析和研究，尤其是对多条直流线路互相影响的换相失败现象进行了分析，并用多层元件-系统方法提出了相应的控制措施。对谐波在系统中的传递计算以及直流装置的谐波不稳定现象进行了探讨和分析；加入了FACTS装置的混合仿真模型，对其进行了详细分析。还对大系统仿真的跨平台，多机群互联进行了研究和探讨。 总之，本文依托中国南方电网网络规划实际工程项目，提出了适用于交直流系统的双时标混合仿真协调计算方法，建立了相应混合仿真平台对多种动态现象进行了分析和研究。研究结果表明：混合仿真是有效地揭示电力系统动态现象的工具与方法，对揭示大电网复杂的动态现象，改善南方电网的稳定性、提高西电东送的能力和保证系统安全可靠运行有重要的参考意义和实用价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究动态

1.2.1复杂电力系统的仿真

1.2.2大型系统交直流模型的建立及换相失败的分析

1.2.3HVDC谐波的分析计算

1.3面临的相关问题

1.4本文的主要工作

第二章混合仿真的理论基础

2.1引言

2.2机电暂态和电磁暂态计算的理论基础

2.3多速率计算以及子系统的划分

2.4数据接口方法

2.5小结

第三章交/直流互联电力系统的多速率混合仿真计算技术

3.1引言

3.2直流装置的机电暂态模型和精确模型

3.2.1直流装置的机电暂态模型

3.2.2直流装置的详细模型

3.3交直流系统动态现象的混合仿真

3.4交直流系统混合仿真数据接口算法流程介绍

3.5小结

第四章交直流系统双时标并行计算平台的建立与应用

4.1引言

4.2大型交直流系统双时标并行计算平台的建立

4.2.1大规模交直流系统混合仿真的基本介绍

4.2.2南方电网现状

4.2.3南方电网模型的建立

4.2.4基本故障模拟

4.3混合仿真模型与RTDS计算仿真的比较

4.4南方电网详细模型各类故障模拟

4.4.1三相对称故障(非永久性故障)

4.4.2三相对称故障(永久性故障，故障后切除一条线路)

4.4.3三相不对称故障

4.4.4直流系统故障

4.5小结

第五章对换相失败的混合仿真研究以及相应控制措施

5.1引言

5.2换相失败的晶闸管物理特性仿真

5.3复杂系统换相失败的交互影响

5.4抑制复杂系统换相失败交互作用的多层协调控制

5.5小结

第六章交直流系统的谐波计算及谐波不稳定的研究

6.1引言

6.2谐波域中换流器模型以及谐波平衡算法

6.3谐波不稳定的机理及其辨识

6.3.1谐波不稳定的辨识

6.3.2算例

6.4小结

第七章双时标混合仿真的拓展研究

7.1引言

7.2 FACTS元件的双时标混合仿真

7.2.1 SVC

7.2.2 STATCOM

7.3双时标混合仿真跨平台实现的基本方案

7.4双时标混合仿真多机群实现的基本方案

7.5小结

第八章结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文和科研成果

一、攻读博士学位期间发表的论文

二、攻读博士期间参与的科研项目

声明

致谢