電磁暫態(tài)算法比較及非線性模型研究.pdf

1、當(dāng)今國內(nèi)外在電力系統(tǒng)電磁仿真方面具有代表性的軟件包括EMTP電磁暫態(tài)仿真計算程序、EMTPE電磁暫態(tài)仿真軟件包、NETOMAC仿真計算程序、PSCAD/EMTDC仿真軟件等，其中EMTP和EMTDC較為常用。EMTP結(jié)合了貝瑞隆方法和梯形法，可以對電力系統(tǒng)中從數(shù)微秒到數(shù)秒之間的電磁暫態(tài)過程進(jìn)行仿真模擬。本課題在分析傳統(tǒng)電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計算方法的基礎(chǔ)上，主要針對非線性元件進(jìn)行研究，分析電力系統(tǒng)非線性元件特性。本文提出了求解任意拓?fù)溥B接的非

2、線性元件的新算法，并對新算法進(jìn)行了理論推導(dǎo)、證明和仿真分析。仿真結(jié)果表明，新算法理論正確，并能夠在不連續(xù)點(diǎn)處消除數(shù)值振蕩。本文具體的研究內(nèi)容包括： 1、分析了常用電磁暫態(tài)時域離散化方法的精度和穩(wěn)定性。離散方法包括梯形法、向后歐拉法、向前歐拉法、Simpson法和Gear Second Order法。梯形法在低頻時精度高，但是穩(wěn)定性不好；向后歐拉法穩(wěn)定性好，但是精度不夠高；向前歐拉法是顯式積分，穩(wěn)定性較差；Simpson法精度較高

3、，穩(wěn)定性也較差；Gear 2法的精度和穩(wěn)定性一般。 2、分析比較非線性元件算法，即分段線性化和補(bǔ)償法的優(yōu)缺點(diǎn)。討論EMTP和Microtran分段線性化方法的不同。Microtran分段線性化方法的優(yōu)點(diǎn)是，有效克服了段到段過渡時的“過沖”問題。補(bǔ)償法用戴維南等效電路替代線性網(wǎng)絡(luò)部分，用電流源等效非線性元件，根據(jù)疊加原理求解電路。補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)是可以減少運(yùn)算時間，缺點(diǎn)是只適用于求解含少量非線性元件的電路。 3、引入電磁暫態(tài)計

4、算新模型算法，詳細(xì)推導(dǎo)非線性元件的離散伴隨電路模型。非線性微分方程一般沒有解析解，為了驗(yàn)證新方法的正確性，巧妙地構(gòu)建電路中非線性元件的伏安特性，使得電路有解析解。然后利用MATLAB對新算法離散伴隨電路編程，得到電路的數(shù)值解，數(shù)值解與解析解完全吻合，從而驗(yàn)證了新算法的正確性。 4、三角形連接的三個單相真非線性元件在ATP和EMTDC中不能運(yùn)行，因?yàn)榇骶S南等效阻抗矩陣是奇異矩陣，沒有逆矩陣。本文利用新算法建立了非線性元件三角形連接

5、的等效網(wǎng)絡(luò)，并將其離散化得到伴隨電路，利用MATLAB求解，得到了電路的計算結(jié)果，這表明新算法可以求解任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的非線性網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)了新算法的優(yōu)越性。 5、在非線性元件伏安特性或磁通-電流特性中，梯形法在不連續(xù)點(diǎn)處難以避免的會出現(xiàn)數(shù)值振蕩問題，現(xiàn)有的ATP和EMTDC仿真軟件都是通過CDA技術(shù)解決的，但是在仿真計算中，突變點(diǎn)處會出現(xiàn)錯誤的“毛刺”。本算法有效地消除了數(shù)值振蕩，并且不會在突變點(diǎn)產(chǎn)生“毛刺”，這是新算法的又一突出優(yōu)點(diǎn)