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1、電力體系交直流電磁暫態(tài)模擬第一章緒論在我國，不論是對(duì)直流輸電的研究，還是應(yīng)用起步都比較晚。尤其是改革開放以前，對(duì)直流輸電的研究幾乎空白，也無直流輸電工程投入運(yùn)行。但是80年代以后，由于國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力需求不斷增長，對(duì)電能質(zhì)量要求不斷提高，傳統(tǒng)的交流輸電已不再能夠滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。還有我國能源分布與負(fù)荷中心不平衡，決定了電能的遠(yuǎn)距離輸送。由于在大容量遠(yuǎn)距離輸電、電力系統(tǒng)互聯(lián)及城市供電、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面直流輸電有著明顯的優(yōu)勢(shì)，以及國家電力系統(tǒng)西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)方針政策的快速實(shí)施，
2、使直流輸電得到了快速發(fā)展。1987年，我國自行設(shè)計(jì)建設(shè)的舟山直流輸電試驗(yàn)工程投入運(yùn)行，標(biāo)志著我國近代高壓直流輸電應(yīng)用的開始。1989年，葛洲壩至上海正負(fù)500kV、1200卿直流輸電工程投入運(yùn)行。2009年，我國直流輸電的典范工程云廣特高壓、正負(fù)800Kv直流輸電工程投入運(yùn)行。近些年，還有多條高壓直流輸電工程投入運(yùn)行。2002年，西北電網(wǎng)和華中電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程獲得國家發(fā)改委通過，并首次采用背靠背聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。至今為止，交直流混合大電網(wǎng)在我國逐步形成。這對(duì)提高我國電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，緩解電能緊張，起著不可估量的作
3、用。在這樣的背景下，如何分析電力系統(tǒng)中諸如直流系統(tǒng)控制保護(hù)特性、交直流之間以及各直流之間相互影響等問題，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，日益成為廣大電力工面臨的重大課題之一。數(shù)字仿真作為一種重要方式，一直是電力系統(tǒng)分析研究的重要手段，也一直在電力系統(tǒng)的發(fā)展、實(shí)際運(yùn)行及維護(hù)中發(fā)揮著極其重要的作用。但隨著交直流系統(tǒng)的快速發(fā)展，系統(tǒng)仿真面臨著更大的挑戰(zhàn)。交直流電力系統(tǒng)混合電磁暫態(tài)仿真作為對(duì)交直流電力系統(tǒng)進(jìn)行精確分析的有效工具，在理論和實(shí)際應(yīng)用上均有很強(qiáng)的意義。1.1電力系統(tǒng)交直流電磁暫態(tài)仿真研究的現(xiàn)狀電力系統(tǒng)仿真
4、是研究電力系統(tǒng)復(fù)雜的電磁和機(jī)電暫態(tài)過程優(yōu)化規(guī)劃與運(yùn)行的重要手段，并能給電力系統(tǒng)保護(hù)元件的測(cè)試和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。從仿真手段上可以分為物理仿真和數(shù)字仿真兩大類。物理仿真基于建立的交直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)模實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在模擬系統(tǒng)上觀察到與原系統(tǒng)相似的連續(xù)動(dòng)態(tài)過程。它可用于研究電力系統(tǒng)的電磁、機(jī)電和波的過渡過程;可以檢驗(yàn)基本理論，校準(zhǔn)計(jì)算公式，檢驗(yàn)不同條件下電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性;檢驗(yàn)自動(dòng)裝置的效能和校驗(yàn)保護(hù)設(shè)備。但此方法缺點(diǎn)也很明顯。因此，在我國只有少數(shù)幾個(gè)大學(xué)和公司有能力和資金建設(shè)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室。交直流電力系統(tǒng)數(shù)字仿真與物理
5、仿真不同，它是基于發(fā)電機(jī)、換流器及輸電線路、負(fù)荷等元件的精確數(shù)學(xué)模型，定量地研究在不同運(yùn)行方式、穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)等情況下，系統(tǒng)電磁物理量的變化情況。數(shù)字仿真具有不受研究對(duì)象規(guī)模及復(fù)雜性的約束、保證被研究系統(tǒng)的安全性和系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性、以及可用于對(duì)未來系統(tǒng)發(fā)展的預(yù)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。因此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，直流輸電的數(shù)字仿真技術(shù)也得到了很快的發(fā)展和完善。直流輸電數(shù)字仿真以其精確度高、適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)靈活方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的重視和應(yīng)用。國內(nèi)外對(duì)直流輸電系統(tǒng)數(shù)字仿真的研究做了很多卓有成效的工作和研究，發(fā)展了
6、許多行之有效的算法，研發(fā)了一系列實(shí)用的仿真工具。在早期的直流電力系統(tǒng)數(shù)字仿真研究中，受到計(jì)算機(jī)性能的限制，人們研究的重點(diǎn)都是如何有效而簡(jiǎn)便的處理換流器的換流過程問題。而近十幾年來由于計(jì)算機(jī)性能的突飛猛進(jìn)，交直流電力系統(tǒng)數(shù)字仿真重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到如何快速、精確有效的模擬換流器的換流過程。以及受到擾動(dòng)時(shí)，交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化過程。許多相應(yīng)的行之有效的算法也隨之不斷提出。1、動(dòng)態(tài)相量法:動(dòng)態(tài)相量法是由SanderSSR等在文獻(xiàn)中首次提出的一種基于時(shí)變傅立葉級(jí)數(shù)的建模仿真方法。此方法依據(jù)動(dòng)態(tài)相量理論;在建模仿
7、真時(shí)，對(duì)元件變量進(jìn)行傅立葉變換以導(dǎo)出其主導(dǎo)分量對(duì)應(yīng)的時(shí)變傅立葉系數(shù)，同時(shí)通過保留系統(tǒng)狀態(tài)變量對(duì)應(yīng)的時(shí)變傅立葉級(jí)數(shù)中重要的項(xiàng)從而對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，在建模過程中，換流橋每個(gè)橋臂都有3個(gè)不同狀態(tài)，用它們的狀態(tài)分段組合可以表示整個(gè)換流橋的狀態(tài)，從而可以考慮直流換流橋的換相過程。2、多速率混合仿真法:針對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)仿真對(duì)有效性、精確性的統(tǒng)一要求，由王路、李興源等在文獻(xiàn)中提出了綜合電磁暫態(tài)仿真和機(jī)電暫態(tài)仿真優(yōu)點(diǎn)的混合仿真方法;該方法根據(jù)交直流系統(tǒng)的特征建立了相應(yīng)的雙時(shí)標(biāo)模型，將系統(tǒng)從空間上分割為幾個(gè)子系統(tǒng)并根據(jù)
8、子系統(tǒng)中的主導(dǎo)形態(tài)，利用現(xiàn)有的程序模塊采用不同步長、以多速率算法對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，并考慮了換流閥的通斷過程，采用波形松弛技術(shù)解決子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口問題。3、EMTP中應(yīng)用的CDA技術(shù)。針對(duì)交直流系統(tǒng)同步開關(guān)等引起系統(tǒng)求解的數(shù)值振蕩，MartiJ.在文獻(xiàn)提出了采用CDA技術(shù)消除數(shù)值振蕩，并成功應(yīng)用到EMTP軟件中。方法流程如下:1系統(tǒng)探測(cè)到有開關(guān)類動(dòng)作，即插值到開關(guān)的動(dòng)作時(shí)刻。EMTP采用定步長積分法仿真，而開關(guān)動(dòng)作時(shí)刻是隨機(jī)的，所以必須采用插值算
