新型电力系统电磁暂态加速仿真技术

为解决新型电力系统电磁暂态仿真时由于系统拓扑结构复杂、电力电子开关器件较多以及仿真机单核计算能力不足导致的仿真效率低下、仿真难度大等问题,文中采用理想变压器模型分割算法将大规模新型电力系统模型分割成若干子系统,实现了大系统的解耦和降阶,有效减少了仿真时整个系统作为一个状态空间系统矩阵的运算量。为进一步减轻单个处理器的计算负担,利用CPU(Central Processing Unit)多核并行技术设计一款在裸机环境下高效并行运算的加速仿真平台UREP300。将分割后的模型载入UREP300进行加速仿真实验,同时与基于MATLAB/Simulink的原模型离线仿真进行对比。实验结果表明,融合理想变压器模型分割与多核并行运行的加速仿真技术能够在保障仿真精度的同时将仿真速度提升至原来的586倍,可显著提高仿真效率,适用于大规模新型电力系统的仿真工作。

电抗器类低电感负载雷电冲击耐压试验研究

为确保电抗器类低电感负载的雷电冲击耐压试验的有效进行,需要建立精确等值电路模型,从而产生标准的雷电冲击电压波形。分析了负载电感对雷电冲击的电压波形的影响。利用矢量匹配法结合小脑神经网络对电抗器等值电路参数进行了拟合预测,从而建立了考虑不同频段阻抗特性的电抗器模型。利用电磁瞬态计算程序(EMTP)仿真软件产生雷电冲击电压仿真波形,并讨论了仿真波形特征参数的有效性。传统的Marx冲击回路接入电抗器类低电感负载时会导致冲击电压波形波尾时间严重缩短。采用Glaninger冲击发生回路可以减轻受低电感负载影响的程度。利用矢量匹配法结合小脑模型连接控制器(CMAC)网络预测出电抗器电路参数值。由该值仿真得到的冲击阻抗特性曲线与实测曲线较为一致。仿真得到的冲击电压波形特征参数均符合标准规定要求。

彬长矿业口木线35 kV线路雷电过电压仿真分析

35 kV口木线是保障彬长矿区安全有序生产的重要供电线路,虽全线架设有避雷线,但由于地处山区,杆塔所处地势较高且线路绝缘水平较低,雷击事故频发。由于现有的防雷措施已不能满足需求,在ATP-EMTP中搭建35 kV口木线的仿真模型,计算该线路不同雷击情况下的雷电过电压;分析在线路易击杆塔装设线路避雷器对雷电过电压的抑制效果。结果表明,加装线路避雷器可以有效提高线路耐雷水平,减小线路及两端变压器的雷电过电压,计算结果为口木线防雷改造提供了依据。

基于GPU的电磁暂态仿真可行性研究

由于CPU体系结构的制约,基于CPU的电磁暂态仿真正面临性能提升的瓶颈。近年来,GPU因其巨大的计算潜力在通用计算领域正受到越来越多的关注。从硬件结构和软件编程两个方面分析了GPU计算的特点,设计了基于CPU-GPU混合编程模型的电磁暂态仿真程序并构建了原型仿真系统。测试结果表明,当系统规模不断扩大时,GPU在电磁暂态仿真中的效率优势将越来越明显。在此基础上,结合仿真中关键环节的耗时情况,分析了影响仿真性能的关键因素,提出了改进GPU仿真效率的若干对策。

带并联电抗器输电线路单相自动重合闸永久故障的识别原理研究

提出了一种基于超高压输电线路并联电抗器故障相电流特性的单相自动重合闸永久故障识别方法。输电线路发生单相故障两端跳闸后,并联电抗器故障相电流流经的回路在瞬时性故障和永久性故障下明显不同,因此利用流过并联电抗器故障相的电流与中性点小电抗器的电流的幅值比就能判别瞬时性和永久性故障,有效地解决了现有自适应重合闸判据在带并联电抗器超高压输电线路上应用难的问题。EMTP 仿真结果和试验系统录波数据都证明该识别方法能准确地区分永久和瞬时故障,有很高的可靠性,可直接应用于目前微机保护装置。

回线源瞬变电磁成像的理论分析及数值计算

为进一步提高瞬变电磁法对地探测的解释精度 ,提出了回线源瞬变电磁成像原理及数值计算方法 .讨论了频率域中水平层状介质中瞬变电磁响应 ,得到一个以波阻抗为积分核的双重积分式 ;然后对水平层介质下电磁场的解进行上、下行波分离 ,得到含有以反射系数序列为未知的线性方程组 ,并给出了求取波阻抗和反射系数的数值解法 :对实测磁场值进行域的变换 ,以均匀半空间下的等效波阻抗代替积分核函数 ,经过线性数字滤波后 ,在频率域求出等效波阻抗 ;把频率域中的波阻抗转换到时间域 ,以此为参数 ,构建方程组 ,在时间域用线性规划法求出反射系数序列 .最终以反射系数为参数进行成像 .对理论模型的数值计算结果表明 ,用本文提出的成像方法可以增强瞬变电磁法识别地下电性分界面的能力 .

计算输电线路绕击跳闸率的新模型

为了能够更精确地计算输电线路的绕击跳闸率,将电磁暂态程序EMTP与蒙特卡罗法相结合,提出了一种新的计算输电线路绕击跳闸率的模型.该模型既能充分计及影响输电线路绕击跳闸的各种随机因素,又具有电磁暂态程序对过电压计算准确的优点,从而提高了计算绕击跳闸率的准确性.仿真计算结果表明,利用该模型所得到的绕击跳闸率与实际值的相对误差在10%以内.因此,该模型较规程法能更好地反映输电线路绕击跳闸的实际情况.

EMTP在变压器励磁电流仿真计算中的应用

利用电磁暂态程序 ( EMTP)对变压器在稳态和暂态情况下的励磁电流进行了仿真计算与分析。结果表明 ,使用EMTP对变压器的励磁电流进行仿真 。

高压换流变压器附加损耗计算程序

高压输变电的发展要求换流变压器的性能不断提高,而附加损耗作为重要的设计依据,目前的商用软件无法提供相关数据,为此该课题组设计了基于Magnet面向高压换流变压器计算瞬态电磁场及附加损耗的二维专用程序。为提高不同设计人员的接受程度,该程序的前处理技术提供添加材料属性功能,二维电磁铁的瞬态电磁场计算实例,采用Delaunay和直线内插法相结合的网格剖分方法,Visual Basic 6.0脚本和Magnet混合编程,后处理技术采用VBscript脚本、Txt文本及MATLAB实现结果显示分析。对一台500 kV换流变压器模型的附加损耗及短路阻抗进行计算,计算值和实测值的最大偏差是4.1%,验证了该软件计算的准确性和有效性。

广东500kV同塔四回线路相序排列的选择

文章对采用水平型杆塔、各回路导线呈垂直排列的500kV同塔四回线路参数的不平衡度进行了分析,比较了不同相序排列下的潜供电流和恢复电压、感应电压和感应电流。对于杆塔内侧的五邑—南沙和江门—顺德线路,采用相序3时的感应电压和感应电流仅为采用相序1时的50%左右,其潜供电流和恢复电压也有所降低;而对于杆塔外侧的台山—上稔和糯扎渡—顺德线路,采用相序3时的电磁耦合感应电压和感应电压也低于采用相序1时的情况,其静电耦合感应电压和感应电流、潜供电流和恢复电压则差别不大。为此,推荐广东500kV同塔四回线路采用相序3排列方式。

基于ATP的超高压变电站二次设备防雷保护的仿真

雷区某500 kV变电站发生的2次雷击事故分析出:第1次是雷电流入侵远动控制屏的二次回路,造成线路开关屏跳闸事故;第2次雷击事故造成后台监控系统异常。判断是该变电站二次系统等电位接地方式有问题,二次装置两端存在电位差,使二次装置损坏。变电站二次设备有浮点接地、一点接地和多点接地3种方式。分析了串联一点接地和并联一点接地,并联一点接地目前在变电站二次设备中广泛采用。在ATP图形预处理程序中建立并联一点接地仿真模型,采用Slope-Ramp模拟通过避雷器泄漏到变电站地网中的雷电流进行了仿真。研究得出,在变电站二次设备中采用高、低频混合信号接地系统,真正做到二次设备之间等电位连接是避免事故的关键。

500kV交流同塔四回线路的绕击耐雷性能

为解决架设500kV同塔四回输电线路高杆塔时的雷害问题,运用改进的电气几何模型法及电磁暂态仿真程序计算了杆塔的绕击耐雷性能,得出了不同杆塔呼称高度、地面倾角、杆塔保护角和击距系数等参数时的绕击跳闸率并且详细分析了地面倾角、杆塔高度等参数对绕击跳闸率的影响。最后提出了改善500kV同塔四回绕击耐雷性能的措施,即在实际工程中,从减小杆塔高度、避雷线采用负保护角、增加绝缘子片数以及尽量避免在地面倾角较大的地点架设输电线路等几个方面综合考虑。

110kV高压输电线路杆塔分流系数的研究

高压输电线路是电力系统的薄弱环节,为解决如何防止输电线路雷击闪络、避免雷击跳闸的难题,研究了关键参数雷电流分流系数及影响它的两个重要方面雷电流幅值和最大陡度。用EMTP软件和不同的雷电流模型仿真模拟,分析不同幅值和不同波头的雷电流对杆塔分流系数影响的结果表明,相同波形雷电流,幅值改变对杆塔分流系数影响较小,而雷电流陡度改变的影响较大。最后用金属磁带测量实验验证了仿真结果的正确性。

雷击建筑物时的雷电流分布研究

建立了雷电流、雷电防护系统、配电变压器等配电网络的模型,利用国际通用的电磁暂态分析程序EMTP研究了TT系统(一种典型的低压配电系统)在遭受雷击时,雷电流在TT系统中的分布。并研究了单相和三相供电、不同波形的雷电流、传输线的线路阻抗对雷电流分布的影响。

配电系统电磁暂态仿真算法分析

随着分布式发电技术的兴起,配电系统的建模与仿真越来越引起人们的重视。文中首先总结了应用于输电系统电磁暂态的主流仿真软件的发展,然后基于几种常用的电磁暂态仿真软件以IEEE4节点配电系统算例比较了在正常和故障情况下各软件算法的特点。通过对算例结果的比较分析表明,稳态时得到的各仿真结果是完全一致的,而在暂态情况下,各程序对开关过程产生的间断点的处理方法有所不同。最后,说明了造成结果差异的主要原因,为配电系统暂态过程的准确仿真奠定了基础。

减小避雷线中电能损耗方法的研究

为减小系统正常运行时避雷线中出现的感应电流及其电能损耗,提出了利用复合阻抗隔离避雷线与杆塔(地)的方法,EMTP程序对该方法数字仿真的结果证明了它的可行性和有效性,但系统序阻抗也会随之改变,故有必要调整系统保护的整定,以满足系统对保护的要求。

分布参数输电线路的时变动态相量模型及其仿真

目前,随着大量的电力电子设备应用于电力系统,由这些设备而产生的更快的暂态现象已超出传统的基于“准稳态”假定的暂态稳定研究范围。所以,基于“准稳态”假定的暂态稳定研究已受到局限。时变动态相量突破了这种局限性,能够被用于分析那些更快的现象。该文把时变动态相量引入电力系统,对分布参数输电线路进行建模,以分析分布参数输电线路的电磁暂态过程,并对分布参数输电线路的模型进行了仿真。通过与EMTP的结果比较得出:作为一种介于电 磁 暂 态 模 型 和“准 稳 态”模 型 之 间 的 中间模型,时变动态相量模型能够定性地分析元件的电磁暂态过程,并能推广到一些既不能完全忽略电磁暂态过程,又不能完全用“准稳态”模型去分析的对象。

750kV同塔同窗同相序双回紧凑型线路的潜供电流和感应电压

使用电磁暂态程序(electromagnetic transient program,EMTP),建立了750 kV同塔同窗同相序双回紧凑型线路模型。研究了全线或部分采用同塔同窗双回紧凑型线路时的潜供电流和恢复电压、感应电压和感应电流问题。结果表明,从限制潜供电流和恢复电压、感应电压和感应电流考虑,若线路装设高抗,则不宜在全线采用同塔同窗同相序线路。对此,可以考虑在线路主体采用常规型线路、仅在线路走廊紧张的路段采用同塔同窗同相序布置线路的方案。若同塔同窗同相序线路较短,则潜供电流和感应电压可限制在合理的水平内。对于无须装设高抗的短线路,若能解决开断感应电流问题,也可以考虑在全线采用同塔同窗同相序线路。

用线性规划法求解瞬变电磁场反射系数

讨论了在水平层状介质中的反射系数的物理意义 ,推出时间域含有以反射系数序列为未知项的欠定方程组 ,提出用线性规划法求解瞬变电磁场反射系数序列 ,并给出求解思路和程序框图。对两个理论模型进行了处理 ,计算出了其反射系数。算例分析结果表明 ,算法可靠 ,程序可行。这一方法可用于瞬变电磁成像数值计算中。

瞬变电磁反演中的非线性规划遗传算法

经典非线性规划算法的局部搜索能力较强,遗传算法采用选择、交叉和变异算子进行搜索,全局搜索能力较强,而局部搜索能力较弱。结合两种算法的优点,文中提出了一种非线性规划遗传算法(NPGA)。经过函数测试证明,该算法提高了遗传算法的搜索性能。设计了多个不同的地电模型,将该算法应用于瞬变电磁地电模型数据反演计算中,结果表明该算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度,反演效果较好。