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在过去的几十年中,电力系统学科大量的研究工作主要集中于与输电系统相关的领域,并取得了丰硕的成果,而配电系统因其相对简单的结构和现象没有引起人们的重视。近些年来,各种新技术的不断发展和完善引起了电力系统深刻而持久的变革,在这之中,分布式发电技术被认为是影响未来电力系统发展的最重要技术之一。分布式发电技术的引入使得配电系统将由原来单一的电能分配角色转变为集电能收集、传输、存储、分配及优化调度为一体的新型能量交换系统。
与输电系统相比,配电系统的分析与建模一直没有给予相应的重视,目前的研究多数是基于稳态时的结果,缺少暂态仿真的支持,特别是缺乏必要的精确仿真工具。针对以上问题,本文基于电磁暂态仿真技术采用C++语言和面向对象思想实现了配电系统暂态仿真程序EMTDG(Electromagnetic Transients Program forDistributed Generation and Distribution System),主要包括以下几方面的工作:
(1)采用面向对象思想对包括PI型输电线路,变压器,RLC串联阻抗在内的线性元件模型,以及同步电机、异步电机等非线性元件进行建模,并应用C++语言加以实现,提出了基于面向对象思想的暂态仿真程序框架;
(2)采用改进的增广节点分析(modified-augmented-nodal analysis)去除了原来基于节点法的暂态计算矩阵对电压源、理想变压器及理想开关等元件的限制;采用梯形积分法作为整个仿真过程中的主要数值算法,定量分析了梯形积分法与其他几种常用数值算法的特点;采用临界阻尼调整(CDA)技术处理仿真过程中的间断点,抑制了由梯形积分法产生的数值振荡;采用补偿法求解包括异步电机在内的非线性元件;采用预测校正法求解同步电机模型;
(3)通过一系列具有实际背景的仿真算例,验证了EMTDG中模型和算法的正确性:
(4)应用EMTDG与几种常用的电磁暂态仿真软件(包括ATP,PSCAD,EMTP-RV,Matlab/SimPowerSystems)分别实现了IEEE4节点配电系统算例的仿真,比较了各软件在正常和故障情况下仿真结果的异同,结合程序中采用的具体方法说明了造成结果差异的主要因为,总结了各软件的主要特点,为配电系统暂态过程的准确仿真奠定了基础。