基于希尔伯特变换的电网络约束关系研究

为了研究电压波动条件下的电网络约束关系,文章基于希尔伯特变换,构建了供电电压存在波动下线性时不变负载上电压、电流的解析信号模型,推导出了以解析信号表征线性时不变电网络的拓扑约束和元件约束关系,将相量法思想拓展至对供电电压波动下线性时不变电网络响应特性的分析与求解。仿真验证结果表明,供电电压存在波动条件下,文中所建立的基于希尔伯特变换的电网络约束关系,不仅物理意义清晰、表征简明,而且正确、好用。文章所建立的电网络约束关系,能够为供电电压波动条件下电网络中线性时不变负载上电压电流关系的建模、仿真分析与计算提供指导。

基于零序分量的阻抗法配电网故障定位技术

精准故障定位对提高配电网的安全性、可靠性有着重要意义。提出了一种基于零序分量的阻抗法定位技术。依据线电压对称性及零序电压幅值判断是否发生单相接地故障,再利用安装在母线处及线路末端的同步相量测量单元获取线路发生单相接地故障后的稳态零序信号。在此基础上,根据线路两端零序电压、母线侧零序电流及线路零序参数建立各区段发生单相接地故障时的测距方程,以区段线路长度为限制排除伪根、确定真实根,通过遍历系统各区段可同时实现区段定位及故障测距。在EMTP/ATP仿真软件中搭建10 kV配电网。结果表明,所提方法在混合线路、多分支线路等多种配电网结构下都能保持较高精度,且测距精度不受接地电阻和故障相角的影响。

非线性铁磁谐振无线电能传输拓扑结构

针对负载和耦合系数均有可能大范围变化的实际工况,提出一种新型的基于铁磁谐振的非线性无线电能传输拓扑结构。首先,使用杜芬方程和相量分析法对工作原理进行定性分析;其次,使用有限元电路仿真软件对上述原理进行数值验证计算;最后,搭建了功率可达566 W、效率可达93.5%的非线性拓扑无线电能传输系统原型。实验结果表明,在次级稳压输出200 V的条件下,提出的非线性LCC-LCC拓扑能够适应耦合系数从0.1变化到0.5、负载电阻从72Ω到无穷大的大范围变化,具有出色的抗偏移能力和负载稳定性。所提拓扑原理新颖、结构简单,具备一定的工程应用潜力。

平稳电路的分类与旋量法解算

在电路模型中,平稳电路最为基础、应用最为广泛,但其中相量的概念较为抽象,是电路分析的难点。分析了平稳电路的基本原理,对平稳电路进行了完整分类,定义了旋量法的概念,提出了采用旋量法分析单相平稳电路、两相平稳电路和三相平稳电路的方法,统一了直流、元谐、简谐、多谐与交直流组合基础物理量的表达式和分析过程,建立了较为完整的平稳电路分析体系。

单相三轴法与单轴三相法的等价性

严格论证了三相交流系统中相量图两种画法即三轴法和单轴法的等价性。

基于同步相量测量的配电网状态估计方法

为保证现代电力系统配电网的安全稳定运行和供电能力,需要快速获取配电网准确的实时状态进而对系统进行动态分析、评估和控制。本文构建了复数域下基于同步相量测量的配电网线性状态估计模型,考虑节点注入约束提升了测量的冗余性,分析同步相量测量的误差特点并提出复数域最小二乘法求解状态估计问题。面向实际应用需求,通过分析测量残差提出一种权重自适应调整算法,以及一种不良数据辨识和校正的方法。仿真结果表明,所提方法能有效提高配电网状态估计的准确性、实时性和适用性。

基于μPMU测量数据的配电网线路阻抗参数估计

为解决长期以来低压配电网线路阻抗参数缺失的问题,基于微型同步相量测量单元(micro phasor measurement unit,μPMU)提供的测量数据,首先,以线路阻抗参数为变量,根据测量数据推算台区首端状态值,以推算值与实测值的差值作为目标函数,将阻抗参数的求解转化为多目标最优化问题;然后,通过实验确定合适的目标函数权重系数取值和数据集大小,以减少误差对求解结果的影响,使模型求解精度达到较高水准;最后,搭建了包含26个负荷节点、34条线路支路的低压配电网台区算例,在考虑实际测量误差的情况下,线路阻抗参数计算平均误差为3.87%。算例结果表明,所提方法实现了阻抗参数的精确计算,验证了所提模型的有效性。

统一潮流控制器注入电压及串联换流器容量优化计算研究

[目的]采用统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)技术提高电网关键断面输电能力主要是通过向系统注入一定的串联电压,进而转移目标线路的潮流。[方法]文章重点针对关键送电断面,按照功能将区域电网划分为送端电网、互联网络和内部网络,按照高斯消去法将系统网络等值成两通道恒功率交换系统。在此基础上,分别针对单机无穷大系统和恒功率交换系统,基于能量守恒原理,应用向量法给出了UPFC投入前后,UPFC支路和等效支路之间电压、功角、阻抗、有功关系向量图,并利用经典功率传递函数,推导了UPFC的优化串联容量以及注入电压的计算方法。[结果]该计算方法简单实用,尤其适用于系统规划设计研究阶段。[结论]将上述方法应用于深圳电网实例计算,并与PSCAD仿真结果进行对比分析,验证了上述方法的有效性和实用性。

面向模块化多电平矩阵变换器双基频电气耦合特性的动态相量建模方法

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)具有复杂的拓扑结构和双基频电气耦合特性,当前对于其双基频谐波耦合机理及影响缺乏有效的建模研究方法。针对上述问题,首先,考虑到分频系统频率的独立调节特性,提出一种基于2维Fourier变换理论的双基频动态相量方法,可实现任意双基频谐波在2个基频维度上的分解。其次,基于该框架建立了M3C内、外环控制模型,进而建立了计及闭环控制系统的M3C 3阶谐波截断动态相量模型和小信号模型。最后,基于MATLAB/Simulink环境,通过频率及功率各异的3个运行点开展仿真验证。研究结果表明,所建模型具有较高的精度,误差主要来源于模型未能覆盖的更高次谐波;同时,根据所建模型的动、稳态特性分析结果,进一步验证了所提建模方法的正确性。

基于余弦平顶窗的谐波相量测量

针对电力系统中带外干扰、频率偏移及其他动态情况下的谐波相量估计问题,提出了一种基于余弦平顶窗的谐波相量估计器。首先基于余弦窗频域表达式,利用理想幅值响应和最小二乘法获得平顶窗的窗系数。在此基础上,为使得滤波器频率响应在标称谐波频率下具有零增益,将所得窗函数与频域采样定理相结合,通过最小二乘法设计一组有限脉冲响应滤波器,用于估计谐波相量。然后,分析了余弦平顶窗和谐波相量测量滤波器的频率响应。最后,采用稳态和动态条件下的不同信号模型对提出的谐波相量估计器进行了性能验证。仿真结果表明,相对于基于Sinc插值函数和频域采样定理的两种谐波相量估计器,所提方法有较强的带外干扰抑制能力,在多种条件下能实现较高精度的谐波相量测量。

以断线前后线电压相量的变化特征为判据的配电网断线故障检测方法

配电网深入用户侧,运行环境复杂,种种因素会导致配电网线路断线故障。断线故障相对于短路故障特征不显著,监测装置不容易察觉到。文章讨论的配电网断线故障检测方法是基于故障前后线电压相量变化情况为判据来判断断线点位置的方法。此方法相对于以负序电流变化情况为判据的方法、以零序电流幅值差为判据的方法,不存在配电线路轻载或空载时失灵的问题和数据的同步采集问题,提高了断线故障检测的准确度。

直流配电系统动态相量-电磁暂态混合仿真与误差机理分析

为了高效地实现多端直流配电系统的准确动态仿真,在动态相量–电磁暂态混合仿真框架下,文章首先分析应用于直流配电系统时所涉及的子系统建模、接口机制和数据交互时序等执行要素。然后以混合仿真误差产生机理为切入点,以电磁暂态子系统为主要关注对象,详细分析简单阻感支路和复杂系统两种情况下混合仿真的误差传递过程,并推导了数值稳定的必要条件。其次,以串行时序为例,设计直流配电系统动态相量–电磁暂态混合仿真算法的主流程,并提出动态相量提取修正、直流量特征纹波添加等精度提升方法。最后,基于MATLAB/Simulink搭建多端直流配电系统同构串行混合仿真平台,通过对比全电磁暂态仿真,验证混合仿真的高效性及精度提升方法的有效性。

基于μPMU和二分搜索法的辐射状配电网电压暂降源定位

快速准确地定位电压暂降源,对提高供电可靠性和明确供需双方责任具有重要意义。文中提出一种基于微型同步相量测量装置(micro-phasor measurement unit,μPMU)和二分搜索法的辐射状配电网电压暂降源精确定位方法,首先利用装设μPMU的分层电路求解暂降源电流,在各分层电路分别假设暂降源电流注入各母线节点,进而计算末端母线虚拟电压变化量,并与实测的末端母线电压变化量求误差,根据误差大小确定暂降源邻近母线。然后在暂降源邻近母线相邻区段的中点设置虚拟母线,利用二分搜索法快速缩小定位区间,实现暂降源的精确定位。最后在MATLAB中利用IEEE 33节点模型对文中方法进行验证,结果表明该方法对辐射状配电网中不同位置、不同类型的电压暂降源定位精度高,且具有一定的抗干扰能力。

35 kV线路单相断线故障实例分析及实用判据

针对一起35 kV线路单相断线故障实例,利用对称分量法和综合相量法,对电源端35 kV母线及连接Yd11型变压器的负荷端的35 kV、10 kV母线电压异常变化情况进行理论分析,分析结果与现场实际情况一致。提出一种基于电压异常变化特征和SCADA系统接地信号的实用性判据,有助于调控运行人员对类似故障进行分析判断。

不对称三相电压下电压源型换流器谐波分析与抑制策略

不对称三相电压下,电压源型换流器(VSC)将产生低次谐波,给电网造成谐波污染。随着VSC在电力系统中的广泛应用,这类问题必须得到更多的关注,提出有效的解决方法。基于动态相量和序分量,推导出序分量动态相量,并对其特性进行了分析;将含开关函数描述的VSC时域模型转化为动态相量模型;定义交流电流和直流电压的各阶序分量动态相量为状态变量,建立了以状态空间描述的VSC序分量动态相量谐波分析模型,综合考虑了开关函数的详细动态特性和交直流侧谐波的相互作用,从而揭示了VSC产生谐波的机理,实现了VSC谐波的解析求解。在此基础上,提出负序补偿的不对称调制策略,以抑制低次谐波的产生。通过各种不对称情况下的仿真和计算,验证了所提出的谐波分析模型的正确性和谐波抑制策略的有效性。

Matlab电力系统工具箱在电力系统机电暂态仿真中的应用

研究了Matlab6.0中电力系统工具箱SPS(SimPowerSystems)用于机电暂态仿真的可行性。相比于上一版本PSB(PowerSystemBlockset),SPS针对机电暂态仿真的特点,在算法上采用了滤去直流与谐波分量计算的相量法,应用自适应变步长技术避免了通过试算确定仿真步长的繁琐工作,简化了工作量。陈述了SPS机电暂态仿真的主要步骤,并分别对单机无穷大系统和WSCC-9三机九节点系统进行了小扰动和大扰动下的功角稳定仿真,同时讨论了其仿真环境的设置与加速技巧。结果表明,SPS可用于电力系统机电暂态分析,且提高了仿真速度。

采样值差动保护动作特性的研究

针对不同的制动方式,研究了采样值差动保护中S、R取值应满足的基本条件,对于和差制动和最大值制动方式,S的选取应满足NS25.0>,对于模值和制动,S应满足NS27.0>;分析了和差制动方式下采样值差动保护动作的模糊区问题, 并给出了相应的表达式;在复相量平面上,采用动作特性相量分析方法,研究了采样值差动保护的动作区、制动区和模糊区,分析表明该方法在实际应用中,特别是差动特性测试中将是非常有益的。

基于零序PT二次侧注入信号的配电网电容电流测量新方法

在相量法的基础上,为了解决其测量系统对地电容范围小和频率组合选取困难的问题,改进了测量配电网电容电流的方法,并给出了新方法的频率选取和误差分析。改进后的方法提出在PT开口三角侧分别注入一个高频和一个低频的幅值恒定的电压信号,并测量开口三角侧的零序电流。根据等效电路,计算出配电网对地电容。理论分析和仿真试验表明:改进后的测量方法具有计算简便、测量精度高,同样适用于测量较大系统的对地电容等特点,使得中压配电网电容电流的测量更加准确、快捷。

VSC-HVDC系统的动态相量法建模仿真分析

运用一种新的建模方法——基于时变傅里叶级数的动态相量法对基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统进行建模分析。在系统开关函数模型的基础上,该方法通过忽略系统动态方程中状态变量所对应的时变傅里叶级数中那些不重要的高次项而对原系统进行简化,从而得到系统的动态相量模型及其方程。结果表明,动态相量法模型仿真相当于详细时域模型仿真结果的包络线,而且可以极大地减少系统的仿真时间,可以作为电磁暂态和机电暂态模型的接口,应用于电力系统的混合仿真。

宽带高频电磁场数据反演方法研究

采用非线性最小二乘法结合蒙特卡罗法,实现宽带高频电磁场椭圆极化率数据的精确反演,确定地下层状介质的真实电阻率和介电常数.反演结果表明,对于均匀半空间和二层介质模型,最小二乘法能够很好地实现反演,而对于三层或更多层的介质,首先利用蒙特卡罗法确定拟合初始模型,再进行最小二乘反演,能够避免收敛到局部极小值,提高了反演的稳定性.为了加速正演响应函数的计算和迭代的速度,采用高密度采样的线性滤波算法,大大加快了该精确反演方法的速度.针对如覆盖区地质填图和土壤调查等大面积确定地质体性质的应用,本文还给出了一种近似反演方法(相位矢量图法),能够快速获取视电阻率和视介电常数,不仅可以为应用提供有用的基础信息,而且可作为精确反演方法的初始模型.