电力体系交直流电磁暂态模拟

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1、电力体系交直流电磁暂态模拟第一章绪论在我国，不论是对直流输电的研究，还是应用起步都比较晚。尤其是改革开放以前，对直流输电的研究几乎空白，也无直流输电工程投入运行。但是80年代以后，由于国民经济的快速发展，对电力需求不断增长，对电能质量要求不断提高，传统的交流输电已不再能够满足国民经济发展的需要。还有我国能源分布与负荷中心不平衡，决定了电能的远距离输送。由于在大容量远距离输电、电力系统互联及城市供电、系统稳定性等方面直流输电有着明显的优势，以及国家电力系统西电东送、南北互供、全国联网方针政策的快速实施，

2、使直流输电得到了快速发展。1987年，我国自行设计建设的舟山直流输电试验工程投入运行，标志着我国近代高压直流输电应用的开始。1989年，葛洲坝至上海正负500kV、1200卿直流输电工程投入运行。2009年，我国直流输电的典范工程云广特高压、正负800Kv直流输电工程投入运行。近些年，还有多条高压直流输电工程投入运行。2002年，西北电网和华中电网联网工程获得国家发改委通过，并首次采用背靠背联网技术。至今为止，交直流混合大电网在我国逐步形成。这对提高我国电网安全稳定水平，缓解电能紧张，起着不可估量的作

3、用。在这样的背景下，如何分析电力系统中诸如直流系统控制保护特性、交直流之间以及各直流之间相互影响等问题，保证电力系统安全稳定运行，日益成为广大电力工面临的重大课题之一。数字仿真作为一种重要方式，一直是电力系统分析研究的重要手段，也一直在电力系统的发展、实际运行及维护中发挥着极其重要的作用。但随着交直流系统的快速发展，系统仿真面临着更大的挑战。交直流电力系统混合电磁暂态仿真作为对交直流电力系统进行精确分析的有效工具，在理论和实际应用上均有很强的意义。1.1电力系统交直流电磁暂态仿真研究的现状电力系统仿真

4、是研究电力系统复杂的电磁和机电暂态过程优化规划与运行的重要手段，并能给电力系统保护元件的测试和设计提供依据。从仿真手段上可以分为物理仿真和数字仿真两大类。物理仿真基于建立的交直流输电系统的动模实验系统。在模拟系统上观察到与原系统相似的连续动态过程。它可用于研究电力系统的电磁、机电和波的过渡过程;可以检验基本理论，校准计算公式，检验不同条件下电力系统的稳定性;检验自动装置的效能和校验保护设备。但此方法缺点也很明显。因此，在我国只有少数几个大学和公司有能力和资金建设动模实验室。交直流电力系统数字仿真与物理

5、仿真不同，它是基于发电机、换流器及输电线路、负荷等元件的精确数学模型，定量地研究在不同运行方式、稳态和暂态等情况下，系统电磁物理量的变化情况。数字仿真具有不受研究对象规模及复杂性的约束、保证被研究系统的安全性和系统实验的经济性、以及可用于对未来系统发展的预测等优点。因此，随着计算机技术的迅速发展，直流输电的数字仿真技术也得到了很快的发展和完善。直流输电数字仿真以其精确度高、适应性强、结构灵活方便等诸多优点，日益受到人们的重视和应用。国内外对直流输电系统数字仿真的研究做了很多卓有成效的工作和研究，发展了

6、许多行之有效的算法，研发了一系列实用的仿真工具。在早期的直流电力系统数字仿真研究中，受到计算机性能的限制，人们研究的重点都是如何有效而简便的处理换流器的换流过程问题。而近十几年来由于计算机性能的突飞猛进，交直流电力系统数字仿真重点已经转移到如何快速、精确有效的模拟换流器的换流过程。以及受到扰动时，交直流电力系统的动态变化过程。许多相应的行之有效的算法也随之不断提出。1、动态相量法:动态相量法是由SanderSSR等在文献中首次提出的一种基于时变傅立叶级数的建模仿真方法。此方法依据动态相量理论;在建模仿

7、真时，对元件变量进行傅立叶变换以导出其主导分量对应的时变傅立叶系数，同时通过保留系统状态变量对应的时变傅立叶级数中重要的项从而对原系统进行简化，在建模过程中，换流桥每个桥臂都有3个不同状态，用它们的状态分段组合可以表示整个换流桥的状态，从而可以考虑直流换流桥的换相过程。2、多速率混合仿真法:针对复杂电力系统仿真对有效性、精确性的统一要求，由王路、李兴源等在文献中提出了综合电磁暂态仿真和机电暂态仿真优点的混合仿真方法;该方法根据交直流系统的特征建立了相应的双时标模型，将系统从空间上分割为几个子系统并根据

8、子系统中的主导形态，利用现有的程序模块采用不同步长、以多速率算法对各子系统进行仿真分析，并考虑了换流阀的通断过程，采用波形松弛技术解决子系统之间的数据接口问题。3、EMTP中应用的CDA技术。针对交直流系统同步开关等引起系统求解的数值振荡，MartiJ.在文献提出了采用CDA技术消除数值振荡，并成功应用到EMTP软件中。方法流程如下:1系统探测到有开关类动作，即插值到开关的动作时刻。EMTP采用定步长积分法仿真，而开关动作时刻是随机的，所以必须采用插值算