特高压气体绝缘开关设备套管的宽频等效电路建模

气体绝缘开关设备(GIS)进出线套管处的电磁模型对特快速暂态过电压(VFTO)、暂态外壳电压(TEV)以及外部瞬态空间电磁场的建模计算有重要影响。特高压GIS系统的VFTO频率最高可达100MHz,此时套管屏蔽层导体的长度与电磁波波长可比拟,不能再用集总参数对套管建模。建立了具有双层屏蔽导体的特高压GIS复合套管宽频等效电路,分别采用传输线理论、分段传输线的级联和近似公式建立套管的三导体系统间均匀段、尺寸渐变段的双导体和导体间电磁泄漏阻抗的模型;用集总电容来等效导体尺寸不连续处激发的电磁波的高次模对主模传输的影响;分别提取套管顶部均压环、中间屏蔽层的对地电容,提取套管顶部均压环对中间屏蔽层的部分电容。综合上述传输线及各个部位的阻抗模型,计算1~100MHz频率范围内,从套管底部看进去的输入阻抗,并与全波电磁仿真的套管三维输入阻抗对比,二者一致性较好。     

基于外壳热分布的气体绝缘母线温度计算模型

气体绝缘母线在运行过程中负荷电流和外壳涡流将引起设备发热,其温升特性是表征气体绝缘母线运行状态的重要指标。文中基于传热学原理和热电类比法,将126 kV/2 kA户内型三相共箱式气体绝缘母线内部传热过程等效为一个简单的集总参数热路,考虑导体热容、接触电阻、导体和外壳换热系数以及分别与SF_6气体之间的非线性热阻等因素,提出了气体绝缘母线动态等效热路模型。并设计了三相气体绝缘母线温度测量试验,将模型计算结果与试验结果进行对比分析,验证了气体绝缘母线动态热路模型的准确性和有效性,并通过热路模型得到了外壳与导体的对应温升曲线。     

System Reduction of Power System with Penetration of Photovoltaic Generations

This paper presents a novel system reduction method which makes it possible to consider the impact of photovoltaic (PV) penetration on transient stability precisely. The object system for system reduction can be aggregated into a simple equivalent circuit by using the proposed method. The equivalent circuit consists of a lumped load model, a lumped PV model, and three equivalent impedances. Using the equivalent circuit, power flow into the object system when the system voltage changes can be analyzed without repeated power flow calculation of the original system. In order to verify the proposed method, this paper presents a numerical example of transient stability analysis with a one‐generator‐to‐infinite‐bus system model. The results of analysis indicate that transient stability considering PV penetration can be analyzed with high accuracy with the proposed method.     

输电线路分布参数测量方法的改进

输电线路参数的精确度对电力系统潮流稳定分析、保护整定、故障定位等至关重要。针对传统的单回输电线路参数测量方法的存在问题,基于线路分布参数模型和等效π电路集中参数模型,推导出输电线路分布参数、等效π电路集中参数、以及短路阻抗与开路阻抗之间的数学关系,实现了线路的分布参数和等值π电路的参数的精确求解,并以算例将所提出的方法与传统方法计算结果进行了对比。     

基于集总参数法的IGBT模块温度预测模型

从IGBT模块的内部结构和故障机理分析,得到影响IGBT模块可靠性的主要因素是温度的结论,而IGBT模块各层的温度是很难用实验的方法测取的。为了解决这一问题,在分析IGBT模块内部导热机理的基础上,利用瞬时非稳态导热的集总参数法建立热网络模型,并给出热损耗值、等效热阻、等效热容的提取方法。通过与制造商提供的IGBT模块结温实验数据、实测的底板温度和有限元模型相比较,热网络模型温度预测误差小于5%。     

特高压半封闭气体绝缘组合电器的暂态电压仿真分析

特高压系统的电压等级高、容量大,暂态电压现象严重。为了提高特高压系统暂态电压计算的准确率,结合我国某特高压开关站建立半封闭气体绝缘组合电器(HGIS)系统整体模型。根据多导体传输线理论和相模变换方法,建立了HGIS外壳传输特性模型。除此之外,采用π型等效电路表示接地体单元,并结合HGIS内部暂态模型,详细计算了隔离开关操作时产生的特快速瞬态过电压(VFTO)和暂态壳体电压(TEV),分析了HGIS内部关键设备处VFTO和相应壳体上TEV的最大值和频谱特性,进一步分析了不同壳体接地方式和接地网对VFTO和TEV的影响。研究结果表明:在考虑接地网的情况下,VFTO的最大值为1 296kV,TEV的最大值为83kV,都要比不考虑接地网时的最大值小,且良好的接地方式是降低特高压HGIS系统暂态电压的有效方法。研究结果可供HGIS设计和相关电气设备绝缘结构设计参考。     

一种基于散射参数的电压互感器二端口高频电路模型

为了计算气体绝缘变电站(GIS)内由特快速暂态过电压(VFTO)对二次设备产生的传导干扰,必须建立电压互感器和电流互感器(PT/CT)的高频模型。为此,该文提出了基于散射参数的互感器二端口高频电路模型建立的新方法。该方法首先将测量得到的互感器的散射参数转化为导纳参数并构建互感器的p形等值电路;然后,应用矢量匹配法对p形等值电路的导纳参数进行有理函数逼近获得它们部分分式和形式的频域表达式;最后采用电路综合方法构建出导纳元件的等值电路。时域仿真和实测结果的比较验证了该方法的可行性和有效性。该方法具有简单、有效和通用的特点,克服了以前建模方法的不足,所建立的模型可以使GIS内的传导干扰计算更为准确。     

Inclusion of the frequency effect in the lumped parameters transmission line model: State space formulation

The objective of this paper is to include the frequency dependence of the longitudinal parameters in the lumped parameters line model. The distributed nature of the transmission line was approximated by a cascade of π circuits and the frequency effect was approximated by a rational function which was synthesized by an equivalent circuit. Then, the equivalent circuit was inserted in each π circuit of the cascade. After that, the currents and voltages along the line were described in the form of state equations. This way, it was possible to obtain a formation rule of the state matrices lumped parameters model taking into account the frequency dependence. To confirm the validation of the state matrices obtained, the lumped parameters representation of frequency-dependent lines was used to represent a single-phase line and a three-phase line. The simulations were carried out using state space techniques and an electromagnetic transient program (EMTP) (in this case, the cascade was inserted in the EMTP). It is observed that the simulation results obtained with state space representation are in agreement with those results obtained with EMTP.     

Remark on the Lumped Parameter Modeling of Transmission Lines

Transmission lines are distributed parameter systems. Instead of distributed parameter models, lumped parameter models are also used for steady-state and transient analysis of transmission lines. Lumped parameter modeling for transmission lines is obviously an approximation. This paper aims to investigate the theoretical error in the lumped parameter modeling of transmission lines for steady-state and transient analysis. To determine the error, steady-state and transient responses of the transmission line are calculated by using both distributed and lumped parameter modeling. The effect of number of sections used for lumped parameter modeling is investigated. Obtained results can be used for the determination of the number of sections.     

输电线路故障定位距离修正的等效折算法

针对线路分布电容影响集中参数模型定位精度的问题,提出了一种能有效减小分布电容影响、提高集中参数模型定位精度的修正算法。以集中参数阻抗等效一定长度的线路分布电容,然后依据集中参数线路模型,利用对称双端口网络传输方程进行折算处理,将等效阻抗折算成线路阻抗,得到了分布电容处理的修正计算公式。基于修正计算公式结合集中参数线路模型,形成的修正定位算法,在一定程度上消除线路分布电容带来的定位误差。按此修正算法进行的EMTP仿真分析验证了该算法在改善线路故障定位精度上的有效性。     

高频下变压器绕组的仿真建模

为了研究气体绝缘变电站(GIS)中陡波前过电压(VFTO)对变压器的影响,提出了对绕组分段建模的思想:靠近绕组进线端部分线匝采用多导体传输线建模,远离进线端部分线匝采用单导建模,并考虑到两部分模型之间的耦合,建立了变压器绕组的简化模型;为进一步减少计算量,以等效阻抗代替绕组末端部分线匝,建立了变压器绕组的综合模型。分析表明,提出的模型不仅可以准确计算变压器等带绕组电力设备内绕组进线端部分线匝的暂态响应,而且能有效地减小计算量。     

L型GIS管道对电磁波传播的影响及等效电路建模

在GIS管道中传播的电磁波,在诸如拐弯、盆式绝缘子及套管等结构改变的位置,其电磁场分布会产生局部的畸变。这种畸变通常以集总电路元件的形式补偿到描述电磁波的传输线模型中。本文针对管道L型拐弯讨论了由电感和电容组成的π型和T型两种等效补偿电路。基于电磁场仿真得到的L型管道的二端口网络参数,运用传输线理论导出了补偿电感和补偿电容的计算公式。结合某特高压GIS管道尺寸参数,计算得出π型补偿时补偿电容大约在15~40p F,补偿电感大约在0.08~0.23μH,且随频率变化;T型补偿时,电容值大约在15~32p F,电感值大约在0.1~0.2μH。比较了考虑和不考虑补偿电路两种情况下传输特性的差异,结果表明,两种情况下终端负载上的时域电压波形的差异与负载阻抗大小有关,总体来说终端开路和短路时差别大,匹配时差异小。     

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。     

变频牵引电机定子绕组暂态电压分布的计算

用多传输线理论分析了定子绕组内的电压波传播过程,提出了计算变频牵引电机定子绕组暂态电压分布的等效电路。用有限元软件ANSYS计算等效电路分布参数值的结果表明末端线圈首匝对地电压、匝间电压最大。     

适用于混合仿真的戴维南等值阻抗改进求取算法

由于基于机电暂态数据获得的机电侧系统戴维南等值阻抗参数难以体现接口发生故障后机电侧系统的电磁暂态特性,文中提出了一种基于电磁暂态短路仿真的机电-电磁暂态混合仿真机电侧戴维南等值阻抗改进求取算法。该算法是基于一种不受各次谐波影响的系统时间常数求取方法,通过全电磁暂态模型的接口位置设置2次不同接地电阻的三相短路故障,联立时间常数方程计算得到机电侧系统的等值阻抗信息。与传统的基于机电暂态模型通过单位电流注入法计算出的等值阻抗相比,文中方法计算出的等值阻抗能够更准确地体现接口发生接地故障后机电侧系统的电磁暂态特性,从而提升了机电-电磁暂态混合仿真故障期间和故障后的仿真精度。     

变压器绕组的特快速暂态建模

为了研究陡波前过电压对变压器的影响,从短路导纳参数出发,提出了一种建立变压器绕组高频集中电路模型的方法.该方法首先由短路导纳参数计算绕组各匝的电压传递函数,并利用矢量匹配法对得到的电压传递函数进行有理函数逼近;其次,对得到的有理函数形式的传递函数利用多点Pade逼近进行阶数缩减,得到变压器绕组电压传递函数的降阶模型;最后,运用网络综合技术建立变压器绕组的高频电路模型.该电路模型仅由R、L、C和理想变压器构成,其模型参数可以根据电压传递函数的极点和留数非常方便地得出.通过对电路模型的仿真结果与实际测量结果进行比较,验证了本文方法的正确性.     

适用于机电暂态仿真的大型光伏电站在线动态等值方法

为了提高光伏电站并网安全稳定在线计算的准确性和时效性,提出了一种适用于机电暂态仿真的大型光伏电站在线动态等值方法。在线计算逆变器聚类指标并分群等值,根据聚类指标门槛值形成等值方案,对比等值前后的暂态响应特征判断等值的有效性并迭代修正。基于实际工况对光伏电站进行在线等值提高了模型的准确性。为提高计算效率,详细模型下的响应曲线和用于聚类指标计算的参数灵敏度通过离线计算并建立数据库、在线根据实测信息匹配获取。基于实际电网的仿真计算验证了该方法的有效性。     

基于磁热耦合法的电机模型参数计算

基于有限元法与集总热网络法建立电机温升模型,仿真计算电机瞬态温升。针对电机温升模型参数繁多且计算复杂的问题,从损耗分布和热量传递的角度,系统研究了电机的电磁参数和热参数。根据电机的结构参数建立物理模型,通过电磁仿真结合解析计算修正漏感参数,计算配置端部及外壳换热系数,等效处理定转子气隙对流系数,采用磁热耦合法计算温升。通过试验与仿真对比电机主要部位温升,验证了电机参数计算的准确性。     

电力电缆故障冲闪测试放电回路建模

对电力电缆故障冲击高压闪络测试(简称冲闪测试)系统的放电响应进行了研究.在只考虑暂态低频分量信号的条件下,利用电缆的均匀传输线T型等效网络,建立了冲闪测试放电回路的集中参数电路模型.根据电缆的结构和材料参数.以及电缆集中参数与其分布参数之间的关系,推导了模型的电流、电压响应近似表达式.以及电流响应的衰减系数和振荡频率表...     

基于等效热路的GIS母线动态热模型研究

建立了126kVE相共箱式GIS母线等效热路模型,由于母线等效热阻与热容等集总参数未知,直接求解微分方程较为困难。采用有限元模型计算母线导体、SF6气体以及外壳的温升时间常数,通过数值拟合方法得出母线负荷电流与稳态温升的对应关系,尝试利用单个指数函数模拟母线各组件的温升过程。与不同负荷条件下有限元温升过程计算结果的对比表明．所提出的模型能够有效计算GIS母线正常运行条件下的温升过程。