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中国电机工程学报 2020年第18期40卷 5932-5941页

作者：姚蜀军屈秋梦蔡焱蒙黄闻而达华北电力大学北京市昌平区102206 江苏省送变电有限公司江苏省南京市211100 国网杭州供电公司浙江省杭州市310000

大规模交直流电网中,为了提高仿真速度,换流器通常采用外特性建模。动态相量法和频率偏移法是两种常用的外特性建模方法。传统的动态相量法能够增大仿真步长,但由于存在较大的谐波截断误差导致精度较差。频率偏移法仅用于以工频为主导... 详细信息

大规模交直流电网中,为了提高仿真速度,换流器通常采用外特性建模。动态相量法和频率偏移法是两种常用的外特性建模方法。传统的动态相量法能够增大仿真步长,但由于存在较大的谐波截断误差导致精度较差。频率偏移法仅用于以工频为主导频率的窄带信号,当信号含有较高频率成份时,无法适用。该文应用提出的多频段动态相量法,进行模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的外特性建模,实现仿真精度和速度的兼顾。该文首先建立MMC的开关函数模型,给出开关函数的高阶解析式,以此为基础,建立MMC换流器多频段动态相量频段耦合模型。然后,面向CPU的多核芯特点,分析MMC的运行特性,建立MMC多频段动态相量频段解耦模型,实现频段间的并行大步长仿真。最后通过仿真算例,与MMC详细模型进行对比,验证模型的有效性。

关键词：电磁暂态仿真动态相量频率偏移多频段动态相量模块化多电平换流器

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输电线路和变压器多频段动态相量建模研究

输电线路和变压器多频段动态相量建模研究

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作者：蔡焱蒙华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着我国近年来大力发展高压直流输电,以及大量风电、光伏的并网,我国电网已经成为世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网。大规模交直流混联电网中非线性强,各元件动态时间常数差异大。对于如何对其电网进行精准的控制和保护,... 详细信息

随着我国近年来大力发展高压直流输电,以及大量风电、光伏的并网,我国电网已经成为世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网。大规模交直流混联电网中非线性强,各元件动态时间常数差异大。对于如何对其电网进行精准的控制和保护,使其能够安全可靠运行,成为一大难题。因此,我们需要尽可能地了解大规模交直流混联电网在运行时会遇到的影响其安全稳定运行的情况,以及某一点甚至某一区域发生故障时会对整个系统产生的影响。相比于机电暂态仿真,电磁暂态仿真技术更适用于研究交直流混联电网中快速的暂态过程,能够更精准的反应系统中的真实情况。然而电磁暂态仿真技术由于详细的元件模型与较小的仿真步长,在规模较大的电网仿真时,会造成很大的仿真负担,导致仿真的时间过长。因此,需要研究更快速的且能够保证较高的精度的仿真方法应用于大规模交直流混联电网仿真中。本文采用的多频段动态相量法,建立精度更高的快速仿真数学模型。通过多频段动态相量法,截取更多次的谐波并将其重组为N个频段,分别进行移频,然后使用CPU并行仿真。与动态相量法相比,在相同仿真规模下,能考虑更多谐波次数,提高仿真精度。此外N个频段相互独立,采用并行仿真时可进一步提高仿真速度。根据多频段动态相量法的原理和特性,本文着重研究了基于多频段动态相量的输电线路和变压器模型。输电线路作为电力系统中最常见的元件,无论在交流系统还是在直流系统中都承担着重要的角色。针对输电线路的电磁暂态建模有很多,主要分为集中参数线路和分布参数线路。本文在分析集中参数线路和分布参数线路的基础上,针对单根无损线路、单根有损线路和三相无损对称线路,建立了多频段动态相量的输电线路差分数学模型。然后采用经典的单相空载线路算例,对所建立的模型的有效性进行了验证。变压器根据不同的仿真需求,可以建立不同的数学模型。本文建立的模型用于大规模交直流混联电网的仿真,更多的是要考虑变压器的外特性。因此本文在综合比较变压器统一等效磁路模型、阻抗矩阵模型和受控源模型这三种电磁暂态模型的优缺点后,选择阻抗矩阵模型建立基于多频段动态相量的单相双绕组变压器和单相三绕组变压器模型,并且单独考虑了变压器的饱和问题。最后使用一个空载单相双绕组变压器的算例,验证了变压器多频段动态相量模型的有效性。综上所述,根据多频段动态相量的输电线路和变压器的仿真分析可知:相比于传统的快速仿真方法,多频段动态相量法给大规模交直流混联电网仿真提供了一种快速且精度较高的仿真方法。

关键词：电磁暂态仿真多频段动态相量输电线路变压器交直流混联电网

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一种基于多频段动态相量的LCC换流器电磁暂态建模方法研究

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中国电机工程学报 2020年第17期40卷 5644-5652页

作者：汪燕姚蜀军林芝茂刘博宁华北电力大学北京市昌平区102206 国网扬州供电公司江苏省扬州市225000 特变电工沈阳变压器集团有限公司辽宁省沈阳市110000

为了提高仿真速度,在大规模交直流电网仿真中通常忽略换流器内部电力电子开关动作细节,重点关注换流器外部特性,动态相量法和频率偏移法常用来对换流器外特性进行建模。动态相量法通对信号进行时变傅里叶频率分解和移频变换,降低信号频... 详细信息

为了提高仿真速度,在大规模交直流电网仿真中通常忽略换流器内部电力电子开关动作细节,重点关注换流器外部特性,动态相量法和频率偏移法常用来对换流器外特性进行建模。动态相量法通对信号进行时变傅里叶频率分解和移频变换,降低信号频率,能够增大仿真步长,但由于存在谐波截断误差,导致模型精度较低。频率偏移法一般适用于窄带信号,用于宽频域仿真时,无法采用大步长提高仿真速度。为了解决仿真精度和速度的矛盾。基于此该文建立换相换流器(line-commuted converter,LCC)的多频段动态相量模型,实现提高精度和增大仿真步长的目的。首先引入能够反映交流系统不对称的换流器改进开关函数模型,在此基础上,以六脉动为例推导LCC多频段动态相量耦合模型。然后,根据LCC的运行特性对上述模型进行频段解耦,得到多频段解耦模型,使其可应用于多核CPU的并行仿真。最后通过算例,验证该文多频段LCC动态相量模型的有效性。

关键词：电网换相换流器动态相量多频段动态相量改进开关函数

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