2018年电力硕士论文范文篇一
第 1 章 绪 论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
随着我国电力体制改革的不断深化和特高压电网建设的不断推进，国家已经确定了“西电东送、南北互供、全国联网”的发展战略。国家电网公司于 2009 年5 月 21 日发布了建设“坚强智能电网”的发展规划，智能电网也成为了我国电网发展的一个新方向。“十一五”期间，国家电网公司和南方电网公司投入大量资金建设智能电网，智能电网一方面可以改变传统电力行业高污染的形象，提倡低碳环保，另一方面，实现了大区域电网的互联，实现资源的优化配置。现代电力系统的发展趋势是跨区域联网运行，目前我国的大区域电网互联逐步完成，发电机组单机容量向大型和超大型发展，电网电压等级不断提高，在 2020 年左右我国将建成全国互联的大电网。电网的结构和运行方式日益复杂，尤其是南方电网的高压直流输电（HVDC）的投入，柔性交流输电系统（FACTS）装置的安装，继电保护装置等非线性元件使运行情况更为复杂。随着三峡电站的建设，西电东送工程的实施和全国联网工程的推进，全国联网系统是一个既有交流线路又有超高压交直流输电线路的混合系统。我国电网建设进程的加快，特高压电网的建成，先进的电力系统控制和保护装置投入使用，对电力系统的稳定分析和控制提出更高的要求。数字仿真技术兴起于 20 世纪 40 年代末，是以数学理论为基础，各种计算机和物理设施为设备工具，利用系统模型对实际的或预想的系统进行仿真研究的一门综合性、试验性的技术。
随着计算机技术的快速发展，利用计算机对实际系统进行仿真受到很多研究学者和工程人员的重视，它具有经济、实用、可靠、灵活等诸多优点。在电力系统的规划设计、运行管理和分析研究时需要了解实际系统的静态和动态特性。但由于电力系统规模大，对其可靠性要求很高，不能轻易在实际系统中进行试验，数字仿真技术为解决这一难题提供了很好的工具和手段，出现了电力系统数字仿真方法。该方法是根据电力系统的实际运行的物理过程，建立相应的数学模型，应用数值仿真方法进行求解，研究其在一定时间内的工作行为特征。国内外很多学者为电力系统的建模理论和方法进行了深入、广泛的研究，我国的电力科技工作者为此做出了重要的贡献，取得了丰硕的研究成果。与此同时，计算机性能和数值计算技术的日新月异，使电力系统的数字计算机仿真技术取的了长足发展。
电磁暂态仿真用来分析操作、故障引起的暂态电压和电流，研究电力系统中的自动控制装置和电力电子装置，电磁暂态还可以分析继电保护装置，用来进行线路的故障定位。电磁暂态仿真需要考虑网络元件和发电机的动态响应过程，需要用微分方程组来描述其数学模型。如果要建立整个系统的详细的电磁暂态模型，微分方程的规模太大，会带来维数灾。现有的分析手段是根据研究的重点，对网络和发电机的模型进行适当简化处理，减少微分方程的规模，这势必会给电磁暂态过程的仿真带来误差。考虑到计算机内存容量和计算速度的限制，对大型电力系统的电磁暂态分析变得相当困难，仿真规模受到限制。因此有必要对电磁暂态仿真进行研究，在数学模型的建立和数值算法上进行改进，提高电磁暂态仿真的规模。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 电力系统数字仿真研究现状
系统仿真是对系统进行试验研究的综合性技术，电力系统数字仿真是系统仿真的一个分支，已成为电力系统试验研究、规划设计和调度运行的重要工具。电力系统数字仿真按用途可以分为研究仿真和培训仿真，研究仿真就是目前广泛使用的各种仿真软件，用于电力系统机电暂态、电磁暂态或其他动态过程的仿真和分析。培训仿真是用软件和可视化界面模拟实际工作，如调度人员、变电站、发电厂等运行人员的操作和事故处理的培训。电力系统数字仿真还可以分为实时仿真和离线仿真，离线仿真是以电力系统的物理过程建立数学模型，用数学方法求解其动态过程进行，仿真的运行时间与实际系统的动态过程发生的时间不一致。实时仿真是仿真过程与动态过程同步，主要适用于详细研究大规模电力系统的暂态和动态过程，以及物理装置的试验研究。实时仿真对仿真速度和计算方法有很高要求，目前实时仿真系统的价格都比较昂贵，限制了实时仿真的发展。将软件和硬件结合的混合实时仿真，是目前发展的一个方向。
电力系统暂态过程一般分为短期暂态过程和中长期暂态过程。短期暂态过程分为电磁暂态、机网暂态、机电暂态，计算的时间范围和研究重点各有不同。中长期暂态过程是电力系统受到扰动后时间较长的动态过程，计算范围从几十秒到几十分钟，甚至数小时。需要考虑短期暂态过程忽略的一些因素，包括发电厂热力系统、水利系统和核反应系统的动态响应，系统中的继电保护系统，自动控制系统的动态行为等。电力系统数字仿真主要集中在短期暂态过程，应用比较广泛的是电磁暂态和机电暂态分析，下面对这两种短期暂态过程的仿真方法和适用范围进行简单介绍。
第 2 章 变压器快速电磁暂态仿真的分裂算法
2.1 引言
电力系统中，快速电磁暂态仿真可以用来分析线路和变压器的波过程，高频激励信号或雷电波进入变压器，会发生复杂的快速暂态过程。不仅产生不均匀的电压分布，使部分线圈承受过高的电压降落，有可能造成绝缘损坏。冲击条件下变压器的线圈线匝间及线圈对地部分存在着耦合电容，此时的变压器线圈需要用详细的分布参数模型来描述。对变压器的快速暂态过程进行仿真分析时，当单元电路级联的个数越多，对变压器快速暂态的仿真越接近实际情况，但是会给求解带来很大困难。如何准确而高效的求解变压器快速暂态仿真过程进行仿真是目前研究的重点问题。本章研究了变压器快速暂态仿真的分裂算法。在一段时间间隔内，将变压器集中参数电路分解成若干个子电路，根据各独立子电路在该时间段内的暂态过程及其外端子冲激响应函数，建立子电路的动态等效电源模型，并以此建立变压器的离散时域动态等效电路模型。对该模型变量进行合理的编号，可以利用追赶法求解仿真模型，为大规模级联电路的处理提供一种快速求解的方法，提出的方法具有较高的准确性，且计算量少。
第3章 电磁暂态分裂算法的系统等效模型................ 27-43
3.1 引言 ................27
3.2 发电机组电磁暂态数学模型................ 27-31
3.2.1 同步发电机数学模型................ 27-30
3.2.2 励磁系统数学模型................ 30-31
3.3 网络元件电磁暂态数学模型................ 31-34
3.4 分裂计算中发电机组的动态等效模型................ 34-37
3.5 分裂计算中网络元件的动态等效模型................ 37-39
3.6 电磁暂态仿真的机网接口和初始化................ 39-41
3.6.1 机网接口处理................ 39-40
3.6.2 系统的初始值计算................ 40-41
3.7 本章小结................ 41-43
第4章 电磁暂态分裂计算与仿真分析................ 43-54
4.1 引言................ 43
4.2 电磁暂态仿真的分裂计算................ 43-45
4.3 简单系统仿真算例................ 45-47
4.4 单机无穷大系统仿真算例 ................47-50
4.5 双机四节点系统仿真算例................ 50-53
4.6 本章小结................ 53-54
结论
分裂法理论在分析结构复杂，规模庞大的系统时，把系统分割成若干子系统，根据任意长时间内子系统的自由动态过程，来研究原系统的动态过程。本文对电力系统电磁暂态仿真的分裂算法进行了深入研究，基于分裂法提出了用于变压器的快速暂态过程仿真的方法，建立了用于分析短路的电磁暂态过程的发电机组和网络元件的动态等效模型。论文取得的研究成果和结论如下：
（1）基于分裂法原理，将电力系统分解成若干个子系统，对电力系统进行电磁暂态仿真分析的方法是可行的和有效的，提出的电力系统电磁暂态仿真方法易于实现并行仿真。这可增大仿真系统的规模，加快仿真速度。
（2）基于分裂法对变压器的快速暂态过程进行了仿真，将变压器的分布参数模型分裂成若干子电路，用动态等效模
