独立电力系统大信号建模与仿真研究

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1、独立电力系统大信号建模与仿真研究ResearchonLargeSignalModelingandSimulationofIsolatedPowerSystem学科专业：电气工程研究生：杨月新指导教师：车延博副教授企业导师：刘仲武高级工程师天津大学电气自动化与信息工程学院2017年11月摘要能源形式多样、网架结构灵活的独立电力系统，为独立型微网、空间站、多电飞机以及舰船全电推进系统等技术的发展提供了一种有效解决途径。大信号稳定性是指系统在受到大扰动后，能不失去同步地过渡到新的稳定运行状态。独立电力系统中大容量用电设备突加、突卸或故障带来的大信号稳定性问题突出，严重影响系统动态

2、安全性。本文以B767飞机电力系统为例，研究独立电力系统关键电力电子装置和各类负荷的大信号建模方法，具体工作如下：（1）介绍独立型微网、飞机电力系统等几类典型独立电力系统的结构及其特点。对比分析平均值电路模型、广义状态空间平均法和dq变换法三种大信号建模方法的特点及研究现状。（2）介绍飞机电力系统发展历程和B767电气系统结构图。在此基础上，建立B767独立电力系统物理模型仿真平台，以验证系统大信号模型的有效性。针对飞机运行工况切换时机械转速的变化，仿真发电单元输出特性。（3）介绍广义状态空间平均值和dq变换建模方法。针对交、直流系统特点，提出广义状态空间平均值和dq变换相

3、结合的系统大信号建模方法。其中，对同步发电机等典型交流器件，采用dq变换法建立大信号模型。而对DC/AC逆变器、AC/DC整流器等典型电力电子器件，采用广义状态空间变换法建立大信号模型，并进行仿真验证。（4）对比分析恒压/恒流/恒功率直流电气负载运行特性。在此基础上，采用广义状态空间平均值法建立负载大信号模型。针对独立电力系统交、直流间存在复杂的相互影响，提出采用广义状态空间平均值法，建立交直流系统间相互影响的大信号模型，并进行仿真验证。独立电力系统大信号建模与仿真研究有利于深入理解和改善系统在大扰动时的动态特性，提高系统安全性和稳定性。关键词：独立电力系统，大信号模型，广

4、义状态空间平均值法，dq变换IABSTRACTIsolatedpowersystemprovidesaneffectivesolutionforthedevelopmentoftechnologies,whichofindependentmicrogrid,spacestation,moreelectricaircraftandmarineelectricpowerpropulsionsystem,becauseithasvariousformsofenergyandflexiblegridstructure.Largesignalstabilityisthatthesys

5、temcanreachanewstablestatewithoutlosingsynchronizationafterseriousdisturbance.Theproblemoflargesignalstabilityinisolatedpowersystemsisprominent,whichcausedbysuddenloadingandunloadingortroubleoflargecapacityelectricalequipmentandseriouslyaffectsthedynamicsafetyofthesystem.TakingB767aircraft

6、powersystemasanexample,thispaperstudiesthelargesignalmodelingmethodofstrategicpowerelectronicdevicesandvariousloadsoftheisolatedpowersystem.Thedetailedworksareasfollows:(1)Thestructureandcharacteristicsofseveraltypicalisolatedpowersystemsareintroduced,suchasindependentmicrogridandaircraftp

7、owersystem.Thecharactersandresearchstatusofthreekindsoflargesignalmodelingmethodsarecomparativelyanalyzed,whichincludingAveraged-Valuemodel,GeneralizedStateSpaceAveraging(GSSA)methodanddqTransformmethod.(2)Thedevelopmenthistoryoftheaircraftpowersystemandthestr