基于实测网络函数确定大型变压器频变衰减特性的方法

为提高大型电力变压器内部快速暂态仿真计算的准确性,需要准确描述电力变压器的宽频衰减特性.提出了一种基于实测变压器策动点函数或转移函数确定频变衰减因子的方法.首先通过理论分析,建立频变衰减因子的拟合公式;然后通过实测电力变压器策动点导纳函数,采用矢量匹配的方法,获得实测导纳函数的极点分布;最后利用所获得的极点的虚部和实部的关系,对频变衰减因子拟合公式的系数进行优化选取.通过750 kV和1 000kV两台电力变压器的实例,验证了上述方法的可行性,并获得了这两台变压器的频变衰减因子拟合公式.矢量匹配法可以有效地从实测大型电力变压器端口策动点导纳离散数据中提取极点,拟合得到的曲线与实测曲线比较一致.两台电力变压器衰减因子的频变曲线非常相近,所获得的曲线可以用于大型电力变压器特快速暂态仿真.     

适用于频变输电线的动态相量谐波分析建模与仿真

通常采用窗口快速傅里叶变换(WFFT)对电力电子化配电网中快速变化时域波形进行谐波分析,但WFFT易出现误差从而无法准确获得谐波暂态特性.为此,该文提出一种可用于配电网谐波暂态分析的频变输电线动态相量(DP)模型.采用矢量匹配法对模域频变输电线模型中特征导纳和传播系数进行有理函数拟合,在频变输电线状态空间方程表示基础上建立其DP模型,同时对输电线末端晶闸管控制电抗器(TCR)建立DP模型,将TCR与电网间谐波动态耦合描述为以各阶相量为状态量的解析式.基于Matlab对简单测试系统的DP模型进行计算,能够直接分析系统中各节点电压和支路电流的谐波暂态特性,还可获取瞬时电能质量参数.基于EMTP搭建的仿真系统暂稳态结果验证了DP模型的有效性和准确性.     

矢量匹配法在频变传输线暂态模拟中的应用

随着电力系统、高速与微波电路中工作频率的不断提高和传输速度的逐渐增大,电磁暂态的仿真计算要求考虑传输线的频变特性。描述了矢量匹配法的基本特性及其应用的具体步骤,并立足于已有的频变传输线模型,在复频域应用矢量匹配法对特性导纳和传播系数进行了拟合,建立了一个通用的频变传输线等效模型。通过具体算例,与电磁暂态计算程序EMTP(Electro Magnetic Transients Program)计算结果相比较,验证了其有效性。     

燃料电池客车驱动系统传导性骚扰的仿真

燃料电池混合动力汽车中的驱动系统是此类车辆上主要传导性骚扰源之一,其产生高频骚扰的主要原因是逆变器内部IGBT开断过程引起很大的电压电流变化。为了研究IGBT引起的电磁骚扰机理,建立了同时包括逆变器开关管动作引起的时变参数模型和集肤效应引起的电缆电机系统的频变参数模型的驱动系统高频参数模型。针对实际的燃料电池客车,应用矢量匹配法使有理式近似拟合电缆电机系统的复杂频变参数,再折算到时域,从而在时域电路求解中同时考虑这两类复杂参数的作用,计算效率大为提高,并为实测结果所验证。     

基于模糊神经网络计算VFTO作用下的过电压分布

为了研究特快速暂态过电压(VFTO)对大型变压器绕组绝缘的影响,笔者提出了基于模糊神经网络的暂态建模算法。首先假设传输线中不存在频变效应,利用模糊神经网络计算大型变压器绕组的分布参数;然后对容易损坏的前几匝线圈每匝为一单元,其余以两匝为一单元建立多导体传输线模型,提出了基于时域有限差分法的暂态建模算法;对于频变效应明显时,运用矢量匹配法实现频变阻抗的有理逼近,提出了含频变参数的暂态建模算法;最后通过仿真实例验证算法的有效性和可行性。     

频变输电线路模型中的低阶拟合方法

对特征阻抗和传播系数的有理函数拟合是考虑参数频变的输电线路建模中的关键步骤。传统的模域输电线路模型采用的Bode渐近线拟合法会产生大量零极点,其中一部分对提高模型精度没有作用并会导致电磁暂态仿真中产生不必要的计算。为避免冗余零极点的产生,提出了一种应用于频变输电线路模型中的低阶有理函数拟合方法。首先对线路特征阻抗和传播系数进行低阶零极点定位,然后用非线性最小二乘法提高拟合精度,从而实现对特征阻抗和传播系数的低阶有理函数拟合。对比Bode渐近线法的拟合结果,低阶拟合方法能够在保证拟合精度的同时降低拟合函数的阶数,从而提高电磁暂态计算效率。     

基于Lax-Wendroff算法的变压器绕组高频模型的时域分析

特快速暂态过电压(VFTO)作用下变压器绕组的过电压分布计算对于其绝缘设计是非常重要的。为研究VFTO对大型电力变压器绕组绝缘的影响,笔者首先不考虑频变阻抗的影响,针对容易损坏的前几匝线圈,每匝线圈为一单元构造模型,其余线圈以两饼线匝为一单元,建立变压器绕组的多导体传输线模型,利用三阶精度的Lax-Wendroff差分法计算暂态电压分布;然后采用矢量匹配法处理频变参数,推导基于Lax-Wendroff差分法的暂态计算公式。计算结果与电磁暂态程序EMTP仿真结果一致,验证了该方法的可行性和有效性。     

变压器绕组内VFTO波过程的建模与计算

为了研究变压器绕组在快速瞬态过电压(VFTO)下的波过程,减少频域内求解时频谱混叠和泄漏带来的结果误差,建立了变压器绕组多导体传输线(MTLs)模型;推导了基于时域有限差分法(FDTD)在时域内求解变压器绕组多导体传输线模型的迭代公式。应用矢量匹配法采用一阶有理函数逼近传输线频变阻抗,用拉普拉斯反变换处理传输线阻抗的频变问题来解决FDTD处理频变难的问题。实测和仿真计算一个180匝连续式变压器绕组模型的结果表明,二者波形较吻合,计算模型和计算方法正确和可行。     

基于改进矢量匹配法的变压器铁芯频变涡流模型

针对变压器建模中铁芯涡流的频变问题,基于改进的矢量匹配法建立了变压器铁芯的频变涡流模型。从铁芯叠片涡流阻抗表达式出发,用改进的矢量匹配法对其进行拟合,拟合带宽为10 Hz~10 MHz,并给出了拟合误差分布。在此基础上用电路综合的方法建立了其6阶电路模型;最后通过与现有实现方式进行误差对比,最大误差从10.48%降低到0.17%,提高了模型的准确性。结果表明,该方法简便、准确,使用该方法可提高变压器宽频建模的准确性,同时为变压器铁磁谐振等相关建模问题提供参考。     

特快速暂态过电压下变压器绕组高频电路模型的研究

变压器绕组的高频模型对于分析特快速暂态过电压对变压器的影响是非常重要的。从易于高频测量的散射参数出发，提出了一种建立变压器绕组高频电路模型的方法。该方法首先由散射参数计算绕组各匝的电压传输函数，并利用矢量匹配法对得到的电压传输函数进行有理函数逼近；其次，对得到的有理函数形式的传输函数进行阶数缩减，得到变压器绕组电压传输函数的降阶模型；最后，运用网络综合技术建立变压器绕组的高频电路模型。该电路模型简单、通用，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输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，验证了文中方法的正确性。     

特快速暂态过电压作用下变压器绕组内置MOV动态保护特性

特快速暂态过电压(VFTO)是由气体绝缘变电站开关操作产生的一种陡波前过电压,它的直接入侵会对变压器绕组的纵绝缘造成极大危害.本文通过理论分析、数值计算和实际测量研究了VFTO作用下变压器绕组并联MOV的保护特性.本文首先建立了变压器绕组的多导体传输线模型(MTLs),推导了基于时域有限差分法(FDTD)的求解迭代公式,通过应用矢量匹配法逼近传输线频变阻抗,解决了时域有限差分法难以处理参数频变效应的问题.然后,建立了变压器绕组并联MOV的多导体传输线模型,并推导了基于FDTD求解该模型的迭代公式.最后,研究了一个连续式变压器绕组模型,测量并计算了该模型在VFTO作用下并联MOV前后的电位分布.对测量结果与计算结果的分析和比较不仅验证了所采用的计算模型和计算方法的正确性,同时也证明了在VFTO作用下用MOV保护变压器绕组的可行性.     

暂态电压安全预防控制优化的轨迹灵敏度法

建立电力系统暂态电压安全分析的微分代数方程组模型,并提出求解其预防控制优化问题的暂态电压安全约束最优潮流模型。在该模型中,暂态电压安全约束包括防止系统发生暂态电压失稳和暂态电压延时恢复2个方面;目标函数为系统运行费用最小;控制变量为发电机的有功输出、无功输出、有载调压变压器变比和并联电容器组投入电纳。基于轨迹灵敏度法,得到暂态电压安全约束函数与控制变量之间的近似线性增量关系,从而将优化控制模型转化为非线性规划模型。引入二次罚函数处理变压器变比和并联电容器组电纳等离散控制变量,并采用非线性原对偶内点法求得优化模型的解。对IEEE39节点系统的分析计算验证了所提出的优化模型和算法的正确性和有效性。     

用数字滤波器仿真方法计算三峡—苏南HVDC输电线的暂态过电压

用输电线数字滤波器仿真法,结合直流控制系统暂态计算模型,对拟建的三峡——苏南 HVDC 输电线的暂态过电压进行了计算。文章详细分析了线路参数依频特性以及直流控制系统对线路暂态过电压的影响,并且给出了与采用贝杰龙模型的比较结果。本文系“七五”国家重点科技攻关项目《三峡直流输电系统换流器数字仿真及控制方案研究》中的独立子题的研究报告,并于1991年一并通过国家级科技成果鉴定。     

基于根匹配的移频电磁暂态建模与仿真

现有的大步长移频电磁仿真方法在仿真电网故障等非稳态情况时存在准确性问题。首先分析传统移频电磁暂态仿真方法在仿真非稳态工况时精度较差的原因。进一步,提出一种基于根匹配技术的改进移频电磁暂态仿真方法,并理论分析所提方法的精度优势。基于该方法,构建交流电网部分元件的根匹配–移频电磁暂态模型。最后,通过IEEE 39节点系统算例测试,验证所提根匹配–移频电磁暂态仿真方法的准确性。     

含VSC-HVDC交直流系统多尺度暂态建模与仿真研究

为满足对交直流系统电磁–机电暂态特性准确、快速和灵活仿真的需要,提出基于移频分析等方法的含柔性高压直流(voltage source converter-based high voltage directcurrent,VSC-HVDC)输电交直流电力系统多尺度暂态模型。移频分析法采用希尔伯特变换,通过移除或保留交流信号基频载波实现慢–快变化暂态的模拟。该文建立了VSC移频相量模型,推导出VSC移频域与其控制系统dq域的转换关系,选择性插入?模型获得直流输电线多尺度暂态模型,进而构建了全系统多尺度暂态模型。该模型通过设置仿真参数(如时间步长)能够满足不同时间、不同电网位置电磁或机电暂态仿真的需求。仿真结果表明,所提模型不仅准确描述了VSC-HVDC多尺度暂态过程,节省了计算时间,而且增强了交直流系统电磁–机电暂态混合仿真的灵活性。     

频变传输线的相域模型

对传输线方程在相域内直接求解.为了便于时域递归卷积,频变传输线路模型需要用有理函数拟合特征导纳Yc(ω)与传输函数A(ω)的频率特性.采用矢量匹配法对特征导纳Yc(ω)与传输函数A(ω)进行拟合.因为避免了求解频率相关的模变换矩阵,从而在每个时步减少了卷积次数.模型与EMIP中的J.marti模型对单相接地故障进行了仿真比较,验证了本文算法的正确性与有效性.     

输电线路杆塔雷电冲击阻抗及等效二端口电路模型分析

在输电线路反击耐雷性能仿真中需要建立合理有效的杆塔等效模型。为此,基于电磁场数值计算方法和矢量匹配法研究了输电线路杆塔冲击阻抗和等效电路的建立方法。首先采取电磁场数值软件分析了杆塔的阻抗频域特性函数,再将计算得到杆塔频率响应利用矢量匹配法进行了有理函数拟合,然后用网络综合的方法建立了杆塔二端口等效电路模型,并用PSCAD电磁暂态程序进行了仿真验证。研究表明:该方法可以应用在杆塔的任意2点上,建立对大地的二端口等效电路模型,从而求得杆塔上任意点遭受雷击时杆塔上任意部位的电位变化情况,进而能够模拟可能的放电通道过电压情况,以可用于分析输电线路杆塔雷电反击过程。     

暂态电压安全紧急切负荷控制优化研究

建立电力系统暂态电压安全分析的微分代数方程组模型,并推导出负荷采用三阶感应电动机并联恒阻抗模型时切负荷控制的表示方法。提出暂态电压安全紧急控制优化的数学模型：暂态电压安全约束包括防止系统发生暂态电压失稳和暂态电压延时恢复两个方面,目标函数为控制费用最小,控制变量为切负荷比例。采用轨迹灵敏度描述暂态电压安全约束函数与控制变量之间的近似线性增量关系,从而将优化控制模型转化为线性整数规划模型。并采用一种启发式优化算法求得模型的近似最优解。对IEEE 39节点系统的仿真计算验证了所提出模型和算法的正确有效性。     

暂态电压安全紧急切负荷控制优化研究

建立电力系统暂态电压安全分析的微分代数方程组模型,并推导出负荷采用三阶感应电动机并联恒阻抗模型时切负荷控制的表示方法.提出暂态电压安全紧急控制优化的数学模型:暂态电压安全约束包括防止系统发生暂态电压失稳和暂态电压延时恢复两个方面,目标函数为控制费用最小,控制变量为切负荷比例.采用轨迹灵敏度描述暂态电压安全约束函数与控制变量之间的近似线性增量关系,从而将优化控制模型转化为线性整数规划模型.并采用一种启发式优化算法求得模型的近似最优解.对IEEE 39节点系统的仿真计算验证了所提出模型和算法的正确有效性.     

电力系统暂态稳定域近似边界可信域及其扩展

电力系统稳定域边界的逼近一直是应用直接法进行电力系统暂态稳定分析的难点。该文给出一种基于可信域和暂态能量函数的边界近似方法,该方法利用特征不变流形(characteristic invariant manifolds,CIMs)确定的可信域和其边界上故障轨迹相关方向处暂态能量函数常值能量面的并集确定近似边界。采用该方法对WSCC4机11节点标准测试系统稳定域边界进行逼近,并依据近似稳定域边界估计临界清除时间。通过对采用纯多项式近似的边界及与采用纯能量函数近似边界的比较,表明该方法即排除了多项式近似边界收敛域外的不确定性,又在很大程度上克服了传统能量函数近似边界的保守性,提高了直接法分析电力系统暂态稳定的精度。