基于H桥的电力电子装置高效电磁暂态仿真建模

摘要

因为我国电力系统长期存在着有功、无功平衡、电压损耗、电力传输容量及系统稳定性等问题，所以智能电网的概念也就应运而生。随着智能电网技术的发展，其中最热门的领域柔性交流输电系统也广泛应用至电力系统中。柔性交流输电系统的代表技术大多为高电压、大容量的电力电子装置，在对这些装置进行分析和设计时通常采用的是离线电磁暂态仿真技术。然而这些高电压、大功率装置包含了较多的H桥、电力电子器件，对其进行电磁暂态仿真时通常存在效率低下、时间漫长的现象，给研究人员和学者带来了极大的不便。因此有必要对造成这一现象的原因以及解决办法进行研究。
　　本文分析了造成电磁暂态仿真效率低下的原因以及大部分柔性交流输电系统装置的特点，开展了基于H桥的电力电子装置的电磁暂态高效建模工作。本文基于电磁暂态仿真的基本原理以及戴维南等效定理，建立了H桥的戴维南等效模型，并且在PSCAD中进行了仿真，结果表明了H桥的戴维南模型具有较高的精度。基于H桥的戴维南模型，本文分别建立了具有级联结构的链式静止同步补偿器以及具有级、并联结构的电子电力变压器的戴维南模型。理论分析表明戴维南模型能够显著降低网络节点数量、分割大型网络为小型子网络来达到降低仿真计算量的目的。在PSCAD中将戴维南模型和详细模型在不同工况以及和步长之下进行了仿真，同时还引入了链式静止同步补偿器的节点拆分模型进行对比。仿真结果表明本文所提出的戴维南模型的各波形同详细模型基本重合，具有较高的仿真精度。此外戴维南模型还能够显著降低仿真时间，加速效果要优于节点拆分模型，并且随着级联数目的增加效果越明显。
　　本文的研究结果表明所提出的戴维南模型具有很强的现实意义和广泛的应用前景，可以应用至大多数高电压、大功率的柔性交流输电系统装置电磁暂态仿真之中，提高仿真效率，降低仿真时间。

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1 绪论

1.1 选题背景及其意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容及章节安排

2 H桥的等效建模与仿真验证

2.1 H桥的数学模型

2.2 电磁暂态仿真的基本理论

2.3 H桥的等效模型

2.4 H桥等效模型的仿真验证

2.5 本章小结

3 链式STATCOM的高效建模与仿真验证

3.1 STATCOM的工作原理

3.2 链式STATCOM的基本原理

3.3 链式STATCOM的高效电磁暂态仿真模型

3.4 链式STATCOM高效模型的仿真验证

3.5 本章小结

4 EPT的高效建模与仿真验证

4.1 EPT的基本原理

4.2 EPT的高效电磁暂态仿真模型

4.3 EPT高效模型的仿真验证

4.4 本章小结

5 总结及展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录一 攻读硕士学位期间已发表论文

附录二 攻读硕士学位期间参与的科研项目