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毕业论文-电力系统电磁暂态仿真算法研究，共87页，47036字
中文摘要
特殊独立电力系统与大陆电力系统相比，拓扑结构相对简单，而元件模型十
分复杂，并包含大量交直流混合网络和 FACTS 装置。对此类电力系统的电磁暂态
过程进行实时仿真，必须采用并行计算技术。为了研究并行仿真算法，首先应构
建一套正确高效的串行仿真软件作为基础和参照。同时，该仿真软件应具有较高
的可扩展性，可用于验证独立电力系统中特殊元件建模和仿真方法的正确性。因
此，通过调研和分析电磁暂态仿真算法、电力系统常见元件建模方法，本文构建
了一套基于 Matlab 面向对象编程方法的电磁暂态仿真平台，具体研究工作包括：
1）比较各种电磁暂态仿真算法，总结了元件的离散化方法，网络方程的列写
和求解，以及 EMTP 的主流程，分析了 EMTP 算法的数值误差和不稳定性。
2）调研并总结了电阻、电感、电容、交流电压源、变压器以及各类开关的数
值模型，并通过算例验证了模型的正确性。
3）分析了开关动作仿真中出现的数值振荡和错误的原因，总结了消除数值振
荡和准确地确定开关动作时刻的方法，尤其详细地对比了 4 种插值方法的精度和
效率，选择了 DSDI 方法来确定开关动作时刻和消除数值振荡。
4）开发了一套基于 Matlab 面向对象编程方法的电磁暂态仿真平台，实现了
EMTP 算法，并对基础元件进行了封装。
仿真实验表明，论文所构建的仿真平台具有较高正确性和可扩展性，为进一
步开展并行仿真算法研究奠定了良好的基础。
关键词：电力系统 电磁暂态仿真

目录
第 1 章
绪 论 .1
1.1 电力系统电磁暂态仿真概述 .....1
1.1.1 研究电力系统电磁暂态的意义 ....1
1.1.2 研究电力系统电磁暂态仿真技术的意义 ...2
1.2 本文的研究背景与意义 ......2
1.3 电力系统电磁暂态仿真技术的研究现状 .4
1.3.1 现有离线仿真程序 ..4
1.3.2 现有实时仿真装置 ..4
1.4 本文的研究框架和主要工作 .....5
1.4.1 论文的研究框架 .....5
1.4.2 论文主要工作 ..6
第 2 章 电磁暂态仿真主流程算法研究 ....7
2.1 引言 .7
2.2 电磁暂态仿真算法的选取 ..7
2.2.1 数值积分方法 ..7
2.2.2 差分方程方法 ..8
2.2.3 仿真算法的比较与选择 .9
2.3 元件离散化与数值解法的选取 10
2.3.1 数值解法的选取 ...10
2.3.2 元件离散化方法 ...11
2.4 网络求解 .....12
2.4.1 网络方程的建立 ...12
2.4.2 网络方程的求解 ...14
2.4.3 EMTP算法主流程 ..16
2.5 数值误差与不稳定性 .18
2.6 本章小结 .....18
第 3 章 基本元件的数值模型 ...20
3.1 引言 ......20
3.2 电阻 ......20
3.2.1 电阻可模拟的元件 20
3.2.2 电阻的数值模型 ...20
3.2.3 误差分析 .21
3.3 电感 ......21
3.3.1 电感可模拟的元件 21
3.3.2 电感的数值模型 ...22
3.3.3 误差分析 .23
3.4 电容 ......23
3.4.1 电容可模拟的元件 23
3.4.2 电容的数值模型 ...23
3.4.3 误差分析 .24
3.5 交流电压源 ..25
3.6 组合元件 .....25
3.7 仿真算例 .....26
3.7.1 单相仿真算例 26
3.7.2 三相仿真算例 27
3.8 本章小结 .....29
第 4 章 变压器的数值模型 ......30
4.1 引言 ......30
4.2 变压器数值建模的两种方法 ...30
4.3 UMEC方法的基本原理 ......31
4.4 参数的归一化处理 ....33
4.4.1 铁心尺寸参数的归一化处理 ......34
4.4.2 线圈匝数的归一化处理 ......35
4.5 磁导矩阵的获得 .35
4.5.1 由漏阻抗求漏磁路磁导 ......35
4.5.2 由励磁电流求铁心磁路磁导 ......36
4.6 单相到三相的推广 ....37
4.6.1 三相三铁心柱变压器的等效磁路 .....37
4.6.2 三相变压器的铁心尺寸 ......38
4.6.3 三相变压器的铁心磁导率 ...39
4.7 仿真算例 .....40
4.7.1 一端供电系统算例 40
4.7.2 环网系统算例 41
4.8 本章小结 .....42
第 5 章 开关元件的数值模型与开关动作过程的处理 43
5.1 引言 ......43
5.2 开关元件仿真研究的关键问题 43
5.2.1 开关元件的数值模型 ...43
5.2.2 开关元件动作过程的处理 ...44
5.3 开关元件的建模方法 .46
5.3.1 开关的 Ron/Roff模型 ......46
5.3.2 开关的 L/C模型 .....50
5.3.3 开关建模方法的选择 ...58
5.4 各类开关元件的数值模型 58
5.4.1 开关的类型 ....58
5.4.2 开关元件的数值模型 ...59
5.5 数值振荡的处理方法 .61
5.6 开关动作时刻的确定与插值方法 ...62
5.6.1 三次插值法 ....62
5.6.2 CSSC方法 63
5.6.3 DSDI方法 .64
5.6.4 FIRST方法 ......64
5.6.5 插值方法的选择 ...66
5.7 仿真算例 .....68
5.7.1 双开关算例 ....68
5.7.2 不控整流桥算例 ...70
5.8 本章小结 .....73
第 6 章 非线性的处理方法 ......75
6.1 引言 ......75
6.2 时间滞后 Δt的电流源模型 .75
6.3 补偿法 ..76
6.4 分段线性模型 .....76
6.5 变压器饱和特性的处理 ....77
6.5.1 变压器经典模型中饱和的处理方法 ..77
6.5.2 变压器 UMEC模型中饱和的处理方法 ......79
6.6 仿真算例 .....79
6.7 本章小结 .....81
第 7 章 基于 Matlab的通用仿真平台及综合算例 .82
7.1 引言 ......82
7.2 基于 Matlab面向对象编程方法的通用仿真平台 ..82
7.2.1 EMTP主程序的设计 .....82
7.2.2 元件库的设计 83
7.3 综合算例：简化的“三机九节点”系统 ......84
7.4 本章小结 .....86
第 8 章 结论与展望 ....87
插图索引 .89
表格索引 .93
参考文献 .94
致 谢 96
声 明 97
附录 A 常微分方程的数值解法 ..98
附录 B EMTP主程序方法列表 ... 103
附录 C 外文资料的书面翻译 .... 104