电源外析原理与拟功率平衡原理及双端口网络等效原理

戴维宁定理和诺顿定理合称戴诺定理,是电路原理中最重要的定理之一,也是求解电路最重要的方法之一,但戴诺定理仅适用于单端口网络。分析总结了实电路和复电路的基本原理,对端口网络进行了完整分类、对双端口网络参数表达进行了分析研究,提出了含激端口网络的反激去激原理和电源外析原理,梳理了平稳电路的拟功率平衡原理和互易性原理,并提出了平稳电路无激双端口网络与含激双端口网络的紧致等效原理,有助于完善实电路和复电路的知识体系。

戴维南定理教学中强化定理思维培养的探索

在戴维南定理讲授过程中引入了叠加定理、替代定理之外的第三个定理——“等效电阻定理”,该定理既能在问题引入环节启发思考,又可以补齐戴维南定理证明过程中的全逻辑链条,还有助于从逻辑推演的方式得出新定理的适用条件。基于逻辑推演的严密性,抽象出一种同时适用于白箱电路和黑箱电路的等效电阻参数通用求取方法——内部电源法,据此可拓展开路电压/短路电流法的内涵,其与“外加电源法”在名称上的对照也有助于掌握等效电阻求取的操作要领。

GIS母线结构及参数对VFTO波形的影响

在绝缘结构设计阶段,对变压器线圈内特快速暂态过电压(VFTO)分布进行仿真需要了解侵入线圈内的VFTO的波形特性。为此从理论上分析了SF6气体绝缘变电站(GIS)中的VFTO从开关到变压器线端的传输特性。分别针对连接变压器的无分岔母线和有分岔支路母线结构,采用传输线等效电路模型和戴维南等效定理,推导出到达变压器线端的VFTO波形的解析公式;分析了VFTO波形基本特征及其主要频率分布;讨论了母线长度、波阻抗、变压器入口电容等电路参数对VFTO波形的影响。PSCAD电磁暂态仿真软件计算结果验证了理论分析和解析公式的正确性,表明了该方法不仅物理意义明确,而且使用方便,计算效率高,对工程设计具有实际意义。

电压源型换流器稳态等值电路模型

为了计算分析含电压源型换流器(VSC)的电网,基于VSC序分量动态相量谐波分析模型和Thevenin定理,采用电流控制电压源对VSC进行等效,得出了VSC的稳态等值电路。首先,在序分量动态相量谐波分析模型下解析分析VSC稳态运行特性和交直流侧相互作用关系,列写交直流电压电流的代数方程;其次,在代数方程化简的基础上,建立了VSC交流侧基波正序稳态等值电路模型和基波负序与3次谐波正序的联立等值电路模型;最后,利用Thevenin定理,分别建立了不对称下基波负序稳态等值电路模型与3次谐波正序稳态等值电路模型。与仿真计算比较表明,通过电流控制电压源形式构建的Thevenin等效电路能够在稳态条件下等效基波正序分量、基波负序分量和3次谐波正序分量在VSC交直流侧的相互作用,可有效简化VSC的非线性特性与复杂的运行特性,为含VSC电网的稳态潮流计算和谐波潮流计算奠定基础。

负荷失稳的有界性分析及其与电压稳定的关系

准确界定负荷稳定与电压稳定的关系对于完善电力系统电压稳定理论基础有重要意义。利用非线性动力系统稳定理论,定义了负荷稳定,发现负荷失稳的有限性,即在负荷失稳后,负荷等值导纳模值只能在有限的范围内变化。研究了电压稳定问题的本质属性,认为电压稳定性应属于输出变量有界性问题。用戴维南等值定理分析了负荷稳定与电压稳定的关系。结果表明:负荷失稳的有界性决定了电力系统负荷稳定性不能等同于电压稳定性,负荷失稳不是电压失稳的充分条件;电力系统电压稳定性的本质属性决定了电压稳定性不仅与负荷稳定有关,而且与系统各元件和控制装置对电压的支持力度有关。对典型测试系统的仿真,证实了研究结果的正确性。

模块化多电平换流器实时仿真的快速实现方法

采用FPGA可实现模块化多电平换流器的纳秒级仿真,但存在解算器开发难度大和通用性不足问题。为此,提出了一种等效模型快速成型法。该方法采用后向欧拉法对桥臂电感与子模块电容进行离散化处理,并结合戴维南定理对桥臂电路进行等效化,快速建立系统仿真模型,在保证仿真精度的同时极大降低了模型解算器的设计难度,提升模型的仿真速率,实现了在FPGA上以100 ns的仿真步长进行仿真测试。将等效模型的初级仿真、混合仿真的实验结果从效果、误差方面进行对比分析,其波形重合度极高,且范式误差保持在0.5%以内,同时FPGA在回路仿真可完整仿真桥臂MMC开关的运作状态,验证了该方法的有效性。

基于问题情境意识的电路实验教学探索与实践

在电路原理实验教学中,通过用心创设问题情景,以问题为主线渐次展开教学,大大激发了学生自主实验的积极性,培养了学生尊重客观数据、敏于观察、勤于思索的良好实验习惯。实践表明教学效果令人满意。

基于补偿法的快速短路电流算法

提出一种基于戴维南定理和补偿法的快速短路电流计算方法,算法中采用补偿法在故障端口引入补偿电流,以此来模拟节点短路故障对原网络的影响。该方法无需修改节点导纳矩阵,仍采用故障前的导纳矩阵来解算网络的状态,可达到求解整个网络的目的。与通用算法相比,既能计算各种类型的短路故障,又节省了求解故障后导纳矩阵的时间。计算结果表明,该算法计算速度快、精度高,能更好地满足短路电流的实时计算需要。

基于戴维宁定理的MMC子模块等效数学模型的研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的每个子模块都包含两个电力电子开关元件IGBT。随着系统模块数的增加,仿真的速度大大降低,如何在有限的资源中实现MMC的实时仿真成为了仿真系统的瓶颈。根据IGBT在MMC中的工作原理,把IGBT等效为两个不同状态的等效电阻,然后根据戴维宁等效定理建立MMC子模块的等效数学模型。最后在Matlab/Simulink环境下进行该数学模型的仿真,并与采用器件模型的仿真结果进行了对比。仿真结果表明该数学模型在一定的误差范围内可以取代MMC子模块的物理模型,具有一定的实用性。

基于机-电相似性的隔振系统功率流计算与分析

从振动能量传递的观点,研究柔性基础上动力机械隔振系统功率流传递特性,是当前研究热点问题之一。根据机械和电气学科的交叉性和相似性,将电路分析中的戴维宁等效算法引进到机械隔振系统功率流的计算中推导出柔性基础上设备的单层隔振系统和具有中间质量块的多源多级隔振系统传入到基础的功率流表达式。最后编程进行仿真计算,根据计算结果系统地研究隔振器刚度、隔振器阻尼、中间质量块、基础厚度模量对输入到基础振动功率流的影响规律。

电力系统任意复杂故障的计算方法研究

电力系统的发展对复杂故障的计算效率的要求越来越高。提出了一种基于多端口戴维南等值理论和叠加定理进行复杂故障计算的方法。将故障后的网络,划分成无故障部分和故障部分,分别对两部分网络进行补偿,并分别求出其对故障边界节点的多端口戴维南等值参数和诺顿等值参数,根据边界条件可求得两部分网络在边界处的端口电流。由端口电流则可将不对称的网络以电流源等值,根据叠加原理,可求得故障后网络各节点的电压。将上述算法思想编程计算得到的结果正确,且对各种复杂故障的求解,无需重新形成各序网节点阻抗阵。

模块化多电平换流器子模块等效数学模型的建立及仿真

模块化多电平换流器(MMC)中包含的半导体开关器件数量是2电平、3电平电压源换流器(VSC)的2次幂倍,随着系统电平数的增加,大量功率器件的引入给模型的电磁暂态仿真带来了困难。本研究把IGBT等效为2个不同状态的等效电阻,将MMC子模块的模型简化,根据戴维宁定理建立了MMC子模块的数学模型和MMC桥臂数学模型。最后,在MATLAB/Simulink下搭建基于MMC子模块数学模型的21电平仿真电路和基于MMC桥臂数学模型的61电平VSC-HVDC输电系统仿真电路,并与采用器件模型的仿真结果进行对比。仿真验证了该数学模型的准确性和可靠性。

电路定理在模拟电子线路教学中的应用

“模拟电子线路”课程是理论与实际紧密结合的电类专业的基础课程。这门课程理论性强,难于理解。其中有关非线性器件的近似线性化处理,加之直流、交流混合激励的内容,使得学生难以看清电路的本质,导致学习效果较差。笔者在多年教学实践的基础上,总结了有关基本电路的特点,在本课程教学中注意运用“电路分析基础”中的相关定理进行讲解与具体分析,有助于学生理解本课程中的难点。

戴维南定理探究式教学的探讨

首先,设置探究问题情境,即对于一个既含独立电源又含电阻二端网络是否可以用一个等效电路置换。然后,根据替代定理和叠加定理设计仿真实验,在计算机上应用Multisim 10进行仿真。在虚拟实验情境中探究,寻找规律,得出戴维南定理,即一个有源二端网络可以用一个电压源和一个等效电阻的串联等效电路置换。最后,在实验台上做戴维南定理实验,通过比较电流法来检验结论的正确性。

基于PQ分解法的含分布式电源的配电网潮流计算研究

针对分布式电源DG(distributed generation)接入配电网将影响系统的电压与功率分配的问题,提出了基于PQ分解法的含分布式电源的配电网潮流计算方法。该方法利用戴维南定理求取分布式电源在潮流计算中的模型,将其看作一个PQ节点接入配电网,采用PQ分解法计算含DG的配电网的潮流。结果表明:不同容量的分布式电源接入配电网的同一节点时,容量较大的分布式电源对系统中各节点的电压和有功功率影响较大;同一容量的分布式电源接入配电网的不同节点时,对系统中各节点的电压与有功功率影响也不同。

单相接地短路电流计算方法的探讨

通过分析比较三种不同的计算方法后，提出用戴维南定理分析法计算单相接地短路电流，该法具有简便、快速、高效的特点。

电路定理解题法的优化分析

电路基本定理描述了电路的基本性质,是分析电路的重要依据.它们既反映了电路的物理意义,又为电路的简化和分析计算提供了有效的方法.

基于等效算法和解析式拟合的快速配网暂降评估

随着精密器件和半导体在日常生活和生产的广泛应用,电力用户对电压质量的要求日益趋升。故障引起暂降等电能质量问题不可忽视,为量化短路故障下暂降的风险,通常要对网络作故障的蒙特卡洛模拟,计算量巨大。为提升配网暂降评估的速度,提出基于等效计算和解析式拟合的快速算法。先应用采用组合负荷模型的等效算法进行暂降计算,根据计算结果求解解析式形式的拟合函数,并考虑暂降区间不同对用户影响程度差异引入电压关键阈值和最低容忍阈值概念,最后通过积分和加权求和实现快速配网暂降评估。在IEEE 33配网系统上进行实验,应用文中算法完成暂降评估的结果与应用蒙特卡洛法模拟结果差异很小,前者在时间上具有明显优势。

戴维南定理在分析分压式偏置放大电路中的应用

戴维南定理是线性电路理论部分的基本定理之一，本文提出一种如何应用戴维南定理求取晶体管放大电路静态工作点的方法。此方法将电路理论与电子电路的分析结合到了一起，对教材中相应内容的分析过程作了补充。本文提出的方法思路清晰，容易理解，在讲述该方法后，学生能较好的理解及掌握，较为方便地运用该方法求取晶体管放大电路静态工作点。

双口形式的戴维宁定理在电路分析中的应用

本文通过网络撕裂法,将电路网络分解为共地连接的有源双口网络和无源双口网络的组合,构造戴维宁定理双口等效网络,分别求出有源双口网络开路电压和无源双口网络的Z参数,根据戴维宁定理的矩阵形式计算双端口电流。文章分析了戴维宁定理在独立电源与含受控源双口网络中的应用,通过算例说明该方法的正确性与适用性。本文的讨论可供讲授电路理论课程的教师参考。