电力系统仿真模型分割及接口算法研究

摘要

随着跨大区电网互联、分布式电源并网以及直流输电的普及，电力电子设备不断投入，现代电力系统不仅在规模上显得更加庞大，而且在复杂程度上也呈现指数形式上升，给电力系统实时仿真带来巨大挑战。为了实现电力系统电磁暂态实时仿真，以各种拓扑结构电力系统为例，从接口算法的选择和接口算法的优化两方面进行了研究。具体工作如下： 首先讨论了电磁暂态仿真模型的计算方法，包括电磁暂态网络计算方法及数值积分算法，介绍了交流元件及换流器电磁暂态数值计算模型，并介绍了电力系统分割模型串行及并行计算执行时序。 其次，介绍了长输电线路解耦法、状态空间节点（SSN）法、理想变压器模型（ITM）法在电力系统模型分割接口算法应用中的计算原理，说明了每种接口算法的计算步骤，并针对三种接口算法分析了各自优缺点。 然后，选取理想变压器模型（ITM）法作为电力系统仿真模型的模型分割接口算法，但单位步长延时会影响ITM算法的稳定性，这对ITM算法在电力系统模型分割中的应用带来巨大困难。针对此现象，本文提出了各种拓扑结构及各种接口形式ITM算法的稳定判据并通过仿真进行验证，通过对所提出ITM算法稳定判据的总结得出无法对复杂系统采用稳定判据选取合适接口类型，因此论述几种提高稳定性的改进措施，并提出一种适用于交流电网的改进措施。 最后，将ITM算法应用于直流输电系统、大型电力系统及枢纽变电站中，提出采用dq变换重构信号法解决大型电力系统分割模型串行及并行计算数值失稳问题，并提出采用混合积分法解决枢纽变电站分割模型数值失稳问题，对分割前后各种工况进行对比分析，并对比了原模型、分割后串行计算模型及并行计算模型离线仿真时间，结果表明所采用接口算法的正确性及改进措施的有效性。

目录

第1章 引言

1.1 论文研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电力系统模型分割研究现状

1.2.2 接口算法研究现状

1.3 论文主要工作

第2章 电磁暂态仿真模型计算方法及接口时序

2.1 电磁暂态仿真模型计算方法

2.1.1 电磁暂态网络计算方法

2.1.2 数值积分算法

2.1.3 交流元件计算模型

2.1.4 换流器模型

2.2 分割接口计算时序

2.2.1 串行计算时序

2.2.2 并行计算时序

2.3 本章小结

第3章 电力系统模型分割接口算法

3.1 长输电线路解耦法

3.1.1 长输电线路解耦法原理[38-39]

3.1.2 长输电线路解耦法计算步骤

3.2 状态空间节点（SSN）法

3.2.1 SSN算法原理

3.2.2 SSN算法计算步骤

3.3理想变压器模型法

3.3.1 ITM算法原理

3.3.2 ITM算法计算步骤

3.4 本章小结

第4章 ITM接口稳定判据的提出及改进

4.1 简单接口ITM串行计算稳定判据

4.1.1 纯电阻电路稳定判据

4.1.2 阻感电路稳定判据

4.1.3阻容性电路稳定判据

4.1.4 并联电感稳定判据

4.1.5 并联电容稳定判据

4.2 复杂接口ITM串行计算稳定判据

4.2.1 串联多接口ITM稳定判据

4.2.2 并联多接口ITM稳定判据

4.2.3 变压器接口ITM稳定判据

4.3 ITM并行计算稳定判据

4.4 提高ITM算法稳定性的几种措施

4.4.1 接口延时补偿法

4.4.2 阻抗匹配法[56-57]

4.4.3 混合积分法的使用

4.5 本章小结

第5章 ITM算法在电力系统仿真中的应用与分析

5.1 ITM算法在直流输电系统中的应用与分析

5.1.1 仿真案例

5.1.2 仿真结果与分析

5.2 ITM算法在大型电力系统中的应用与分析

5.2.1 延时补偿算法

5.2.2 算例分析

5.3 ITM算法在枢纽变电站中的应用与分析

5.3.1 枢纽变电站电路模型分割

5.3.2 双绕组变压器ITM法原理

5.3.3 枢纽变电站的ITM算法

5.3.4 枢纽变电站改进ITM算法

5.3.5 混合积分法消除数值失稳

5.3.6 算例分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

致 谢

参考文献

附录

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