交直流混合运行电力系统动态稳定分析中直流准稳态线性化模型的研究

建立了小干扰动态稳定分析的直流系统准稳态模型线性化方程,并比较分析了直流系统分别采用准稳态线性化模型与直流恒定功率模型对交直流混合运行电网动态稳定的影响。计算结果表明,直流系统准稳态线性化模型可以用于交直流系统低频振荡分析中,而且,在不考虑直流附加控制的情况下,直流系统分别采用准稳态线性化模型和恒定功率模型计算得到的低频振荡特征值差别较小,为简化计算,工程应用时可以采用恒定功率模型来简化直流系统。     

馈线的等效负荷密度模型

提出了6种基本负荷分布形式。通过求解馈线两端的电压方程和馈线沿线损耗方程，分别获得6种负荷分布的特征值和相似系数，并计算出6种负荷分布的加权系数，从而不需要量测馈线沿线的各个负荷，也能得出馈线电压降落和沿线线损，在此基础上建立了配电馈线的等效负荷密度模型，并进一步发展了离散负荷密度模型。文中给出了若干实例，并与不简化的计算法、负荷均匀分布法和集总参数等效负荷模型的计算结果进行了比较，结果表明了所提方法的可行性。     

一种舰船高精度感应磁场快速正演建模方法

为了解决矢量积分方程法计算舰船感应磁场时效率较低和计算量较大的问题,提出一种基于简化标量磁位的积分方程正演模型,并引入多层自适应交叉近似（MLACA）算法,不仅能够保证磁场计算精度,还能大幅减少计算机的内存需求和计算时间。数值仿真表明,使用基于MLACA的标量积分方程法能够快速获取高精度的铁磁物体感应磁场。针对舰船铁磁材料的磁性参数不易获取的问题,基于磁场实测值和正演耦合模型,以磁场拟合度、磁化率先验分布和光滑约束条件为目标函数建立磁化率反演模型,并采用模拟退火（SA）算法优化得到等效磁化率的空间分布。球壳数值仿真和船模试验结果表明,磁化率反演优化模型有效可行,其中球壳磁场的预测误差为2.2%,船模磁场的预测误差约为4.8%。     

VSC-HVDC系统的动态相量法建模仿真分析

运用一种新的建模方法——基于时变傅里叶级数的动态相量法对基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）系统进行建模分析。在系统开关函数模型的基础上,该方法通过忽略系统动态方程中状态变量所对应的时变傅里叶级数中那些不重要的高次项而对原系统进行简化,从而得到系统的动态相量模型及其方程。结果表明,动态相量法模型仿真相当于详细时域模型仿真结果的包络线,而且可以极大地减少系统的仿真时间,可以作为电磁暂态和机电暂态模型的接口,应用于电力系统的混合仿真。     

基于Helmholtz模型的流注放电过程光电离快速计算

流注放电过程通常用流体模型来描述,它由粒子连续性方程耦合泊松方程组成,光电离作为源项加在电子和正离子连续性方程上。目前光电离一般用精度较低的空间均匀背景预电离代替或者用计算效率低的Zheleznyak积分模型进行求解。针对上述两种方法的不足,有学者用多组Helmholtz方程代替积分方程计算光电离,但并没有揭示此方法的物理意义和得到有效的边界条件。结合Penney和Hummert用离子室测量光电离的实验,若把吸收函数表示成指数和形式,即可得到Helmholtz模型的控制方程;根据辐射物理特性,给出了Helmholtz方程Sommerfeld远场辐射边界条件。将该方法应用于高斯辐射源和大气压下双向流注传播过程计算,并与采用其它边界条件的Helmholtz方法和Zheleznyak积分方法进行对比实验。仿真结果表明:采用Sommerfeld远场辐射边界的Helmholtz模型和采用Zheleznyak积分方法计算结果接近,但计算效率更高。     

适用于继电保护的含变流器电力元件故障暂态快速仿真方法

针对含变流器电力元件详细模型仿真计算量大、仿真规模和仿真速度难以提高的问题,给出一种适用于继电保护的故障暂态快速仿真的方法。基于对变流器的功能和控制策略的分析,忽略变流器复杂的内部结构,仅保留其功能与控制特性,根据有功功率守恒得出其简化数学模型,最后对简化模型方程进行离散化,得到含变流器电力元件的输出工频分量的迭代方程。该方法避免了在仿真模型中大量使用分立的电力电子器件及其触发环节,从而简化了仿真模型的复杂程度,大幅降低了变流器环节的仿真计算量,提高了仿真速度。PSCAD仿真结果验证了该方法的有效性和快速性。     

忽略电磁暂态对低频振荡分析的影响

在分别计及和忽略电阻影响的两种情况下,推导了单机系统低频振荡原模型SM1+LM1与简化模型SM2+LM2(忽略电磁暂态模型)及SM3+LM3(忽略电磁暂态及转速变化模型)的复转矩系数。通过对比原模型SM1+LM1与简化模型SM2+LM2及SM3+LM3的复转矩系数,分析了忽略电磁暂态对低频振荡分析的影响。复转矩分析结果显示:电阻为零时,SM1+LM1和SM3+LM3有相同的低频振荡模式阻尼,而SM2+LM2的低频振荡模式具有较低的阻尼;电阻增加时,全阶模型SM1+LM1的低频振荡模式阻尼减小,而简化模型SM2+LM2及SM3+LM3的低频振荡模式阻尼增加。因此,实际工程应用简化低频振荡模型可能获得过于乐观的结果。最后,应用特征值分析方法验证了上述分析结果的正确性。     

适用于配电网潮流计算的改进回路电流法

为使回路电流法适于配电网潮流分析,在π型等值电气元件的基础上,以阻抗支路为链支、接地支路为树支,忽略了线路对地导纳和变压器对地支路,建立了配电网回路电流分析模型。采用恒阻抗负荷模型替代恒功率负荷模型,将回路电流方程简化为线性方程组进行求解,给出了对退化节点的处理方法,分析了回路电流法和回路阻抗法的异同。算例结果验证了该方法的有效性。     

基于简化预测—校正内点法的拟直流最优潮流

在大规模电力系统最优潮流的在线计算应用中,传统直流最优潮流算法虽然有着很高的计算效率,但是由于其完全忽略了电压和无功功率的影响,计算结果精度偏低。文中通过引入无功功率来修正有功功率平衡方程,提出了基于拟直流模型的最优潮流算法。为进一步提高计算效率,提出了一种简化预测—校正内点算法,该算法通过对最优潮流模型中不等式约束进行简化处理,形成只含上限约束的广义不等式约束,大大简化了程序的编写。通过对IEEE 30,118,300节点系统以及Polish 2 736,3 120节点系统的仿真测试,验证了算法的可行性和有效性。     

同步发电机阻尼绕组和磁路饱和对低频振荡阻尼的影响

采用特征值分析法研究同步发电机阻尼绕组以及磁路饱和对低频振荡阻尼的影响。建立了同步发电机三阶以及考虑阻尼绕组的六阶小扰动线性化模型,并在模型中考虑了磁路饱和效应。为详细分析同步发电机阻尼绕组和磁路饱和对低频振荡阻尼的影响,采用了简化的单机无穷大系统。计算表明,在分析低频振荡问题时:同步发电机三阶模型不宜用于分析进相或轻载运行的机组,这一结论和是否安装电力系统稳定器(PSS)以及是否忽略磁路饱和无关;忽略磁路饱和的同步发电机三阶模型在额定工况附近具有比较高的准确性;磁路饱和对六阶模型的影响较小,但是对于含PSS的进相运行机组,不宜忽略磁路饱和;为得到准确的结论,建议在同步发电机模型中考虑阻尼绕组和磁路饱和的影响。     

电压源励磁下非线性电磁机构瞬态过程的研究

本文通过推导连续域下的磁通链的积分表达式,建立了电压源励磁下非线性瞬态场的数学模型——微分—积分方程。通过有限元法与积分方程法耦合,得出了求解电压源励磁下非线性瞬态磁场的直接求解方法。该方法进一步同磁场中媒质的机械运动问题相耦合,从而求解电压源励磁下,考虑导电媒质中的涡流,铁磁材料非线性及媒质机械运动等条件下的瞬态过程问题,并编制了二维及轴对称场的计算程序。文中以螺管电磁铁为实例,实验结果与计算结果比较吻合。     

大型铝电解槽三维电磁场的数值模拟

对实际铝电解槽在合理假设的基础上 ,建立了计算槽内熔体电流分布的三维有限元模型 ,计算了槽内电流密度分布。据此建立了计算槽内熔体电流产生的三维磁场的有限元模型 ,得到了槽内的磁场分布图。采用标量位法建立了本槽槽周母线和邻槽电流在本槽产生的磁场的三维有限元模型 ,计算了它们在本槽产生的磁场的分布情况 ,最后得到了本槽实际磁场分布结果。通过一实例计算并和实测结果比较可知 ,本文的计算方法获得了比较好的计算结果     

用矢量磁位计算三维磁场问题的有限元程序自动生成的研究

本文运用最新发展起来的有限元语言和有限元程序自动生成技术生成了解三维磁场问题所需要的ＦＯＲＴＲＡＮ有限元程序系统,在此矢量磁位被用来作为磁场的描述函数。     

感应电机运行时的定子温度场分析与计算

根据中小型电机的结构特点,给出了定子绕组等效导热系数的计算方法,计算了气隙和散热翅的对流换热系数,并以一台小型感应电机为例,建立了定子二维温度场的泛函方程,采用有限元法计算了空载和额定负载运行时电机的温度场.通过把数值计算的结果与实测值进行比较,验证了所采用计算模型及方法的合理性,为准确计算中小型感应电机定子温度场提供了帮助,得出一些有益的结论.     

基于ANSYS和SYSNOISE的电机噪声仿真分析方法

针对电机噪声分析时有限元软件ANSYS不能直接得到声响特性与实验数据比对的问题,研究与振动声学分析软件SYSNOISE进行联合仿真的方法.以一台永磁直流电机为例,建立基于AN-SYS的结构动力模型,计算振动频响特性并作为输入边界激励条件加入SYSNOISE,用SYSNOISE计算出声压频响特性.仿真与实验结果表明,最大...     

直流电晕笼中的合成场强和离子电流的计算

为了更好地解决高压直流输电线路中电磁环境问题,需要研究高压直流线路的电晕特性,而电晕笼是研究导线电晕特性的重要实验设备。因此,采用有限元法和通量管法分别求解了电晕笼内单极导线结构的电场和空间电荷密度,提出了电晕笼中导线表面空间电荷密度初值计算公式。计算中考虑了导线周围电离层的影响,并根据最小临界电离电场计算出一个电势作为新的边界条件。通过对比电晕笼内部的电晕电流、电场和离子电流密度分布的计算和测量数据,验证了算法的有效性。     

HVDC输电线路离子流场数值计算方法研究

为了解高压直流输电线路的电磁环境影响及电晕损耗,讨论了高压直流线路周围离子流场计算的数值方法。描述高压直流离子流场控制方程的三阶非线性偏微分方程分解为两个等效的泊松方程后可用有限元迭代方法求解即在每次求解后根据两场的计算结果更新空间电荷密度,反复迭代求解直至计算结果收敛。该算法舍弃了Kaptzov和Deutsch假设,并提出了一种有效的电荷密度更新公式,同时考虑两场电位差别、电场与边界条件的差别,使迭代较快收敛。通过与实验模型的测试结果对比,验证了算法的有效性。     

基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算方法

针对传统的载荷标定方程计算机翼蒙皮载荷精度低的问题,提出了一种基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算新方法。考虑真实机翼蒙皮受力复杂,首先建立了机翼蒙皮试验件模型,使用Ansys仿真软件对试验件进行有限元分析,获得应变与载荷仿真数据,并对仿真数据进行数据清洗与预处理;其次,构建深度神经网络模型,将应变与载荷作为神经网络模型的输入与输出值,采用Adam算法优化提出的载荷计算模型;最后,在测试集上对载荷值进行预测,使用平均相对误差与绝对值差作为评价指标。实验结果显示,基于深度学习的载荷计算方法在小载荷数据上平均绝对误差为0.081 N,在正常载荷数据上的平均相对误差为0.063 8%;与传统载荷计算方法比较,本文提出的新方法计算的载荷精度明显优于传统方法。     

变频电机恒转矩运行时的电磁计算与分析

以一台4kW、8p笼型感应电动机为例,建立其有限元模型,给出了求解域和假定条件下的有限元方程,采用内部与外部双重收敛的方法,在不同频段恒转矩条件下对模型进行有限元求解,选定一对定转子轭部及齿部不同位置进行磁密分析,同时又对气隙磁密进行计算与分析,通过计算结果和实验数据的对比,说明了该方法的准确性。     

有限元—边界元耦合法在3维开域涡流场中的应用

基于A、φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元—边界元耦合法。分别使用单纯有限元和有限元—边界元耦合法对TEAM 7问题进行了计算,通过对比3种有限元模型的计算结果指出了截断边界和远场单元在处理开域问题上的缺陷。为了探讨有限元—边界元耦合法的建模方式,根据包裹空气层的不同建立了3种模型并进行了对比分析。通过对数值仿真结果和实测数据进行对比,证明了有限元—边界元耦合法在处理3维开域涡流场问题上的有效性。