基于变步长精细积分法的电磁暂态仿真计算方法

随着大规模新能源的并网以及新型电力电子器件的应用,电力系统数字仿真的复杂性不断提高,电磁暂态特性也变得日趋复杂。电力电子系统在进行电磁暂态仿真时,会遇到很多不连续现象和状态突变现象。在计算时,变步长精细积分多步法可以通过对步长的调节,使每一段步长达到要求的计算精度。为克服在不连续情况下由状态变量突变引起的数值波动,进一步优化电磁瞬态模拟,拟利用基于Adams线性多步法的精细积分法,并通过误差估计实现对非均匀项的自适应逼近。在MATLAB/Simulink仿真平台利用理论分析法进行数值模拟,结果表明,所提算法可以有效地提高电磁暂态计算效率和计算精度。该方法弥补了实际应用中传统的临界阻尼调整算法“忽略”不连续问题这一漏洞。

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。

基于矩阵对角化的电磁暂态时间并行计算方法

为提高电力系统电磁暂态数值计算的效率,在采用经典的临界阻尼调整算法的基础上,利用系数矩阵的实特征值分解即矩阵对角化方法,提出了一类新的电磁暂态时间并行计算方法。对线性微分系统或非线性微分系统,所提算法均可以实现精确的时间解耦并行计算。算例测试结果表明:所提出的算法具有很好的并行性,可以获得有效的加速比,因而可以显著提高电力系统电磁暂态数值仿真计算的效率及实时性。

动态相量法仿真中的数值振荡及消除

在电力系统的机网暂态数字仿真中,故障和操作引起的网络结构变化将导致数值计算中产生数值振荡。对动态相量法产生振荡的机理进行了分析,提出一种新的能有效消除数值振荡的算法——基于临界阻尼调整法的动态相量法。该方法在动态相量域内对元件进行建模,并结合临界阻尼调整法,以保持友模导纳不变,同时达到保持计算精度和消除数值振荡的目的。以RL支路为例推导了该算法的数学模型,并通过与理论计算值的比较,证明了该算法是有效的,适合于较大系统的仿真。

基于3步4阶隐式泰勒级数法的电磁暂态数值计算方法

为解决电磁暂态数值计算中的数值振荡问题,将一种具有无限稳定性的3步4阶隐式泰勒级数法运用于电磁暂态数值计算中。相对于隐式梯形积分法而言,该数值积分方法既具有A-稳定性又具有无限稳定性,且其计算精度为6阶。因而,该方法对截断误差具有较快的衰减速率,从而可有效地抑制数值振荡。算例结果表明,与临界阻尼调整法相比较,使用该方法进行电磁暂态计算,能够采用较大的时间积分步长,计算效率高,可有效地避免因突变情况导致的数值振荡。

基于L-稳定的显式积分法的电磁暂态仿真计算方法

对电力电子化电力系统的电磁暂态仿真计算,除经常面临状态变量的突变现象以外,还存在间断现象或间断问题。临界阻尼调整方法(Critical Damping Adjustment,CDA)可避免状态变量的突变所导致的数值振荡问题,但CDA方法不太适合处理间断问题。事实上,经典的CDA方法通常是“忽略”间断问题。为进一步优化电磁暂态仿真计算,采用泰勒级数的Padé逼近推导出一类显式且L-稳定的数值方法,既可彻底避免数值振荡问题,也能有效处理间断问题。因此,可以用此类显式方法来替换CDA方法中的隐式欧拉法,其中L-稳定的显式方法专门用于处理突变现象以及间断问题,而隐式梯形积分法主要用于处理其他的状态变量。理论分析以及初步的算例结果表明,相对于经典的CDA方法,这种新的组合方法在面临频繁的间断问题时具有更高的计算效率。

自安平挠度激光发射系统设计

激光图像法测量挠度时激光发射装置能否自动安平、安平时间长短、投射光斑的大小都直接影响挠度测量的准确性,为此设计了一种自安平挠度激光发射系统。该系统采用重力摆的方式实现激光装置自安平,通过对重力摆受力及运动轨迹分析,利用临界阻尼条件确定阻力系数,调节磁阻尼器磁感应强度与阻力系数匹配实现系统快速悬停;为了保持远距离投射时激光仍具有良好的能量集中度,通过费马原理设计相应的聚焦镜,并与伽利略扩束系统组成激光镜头,实现激光的远距离投射。经过分析推导得出电磁阻尼器相应参数和激光镜头参数,为具体激光发射装置实现提供了理论基础。

基于改进临界阻尼调整法的电磁暂态仿真算法

数值振荡是基于Dommel算法的电磁暂态数字仿真中存在的突出问题。文中提出了一种改进临界阻尼调整法以解决数值振荡问题。受临界阻尼调整法启发,采用一类新的低阶、L-稳定的线性多步法,并联合隐式梯形积分法形成该算法。该方法在网络突变时刻采用4步新线性多步法进行数值积分,而在正常情况下依然使用隐式梯形积分法进行计算。针对典型电磁暂态算例,对比分析了4步新线性多步法与临界阻尼调整法在不同时间尺度下的仿真特性,结果表明改进临界阻尼调整法可以完全消除数值振荡,且比传统临界阻尼调整法具有更高的计算精度。