輸電線路雷電暫態(tài)綜合建模及仿真算法研究

雷電暫態(tài)；電暈；頻變；模擬電荷法；有限元法；綜合建模；仿真算法；伏庫特性；非標準雷電波；衰減變形2100433B

輸電線路防雷保護的根本目的就是盡可能地減少由于雷擊引起的線路跳閘事故發(fā)生的次數(shù)并降低雷擊事故引起的損失。輸電線路的過電壓保護和絕緣配合在很大程度上取決于其承受的過電壓的幅值和波形，輸電線路的絕緣水平以及各種設(shè)備(如絕緣子串、變壓器和斷路器等)的絕緣配合必須能夠承受線路上可能出現(xiàn)的過電壓。因此，對輸電線路的雷擊暫態(tài)特性進行研究，分析輸電線路上可能出現(xiàn)的雷電過電壓有利于可靠地設(shè)計輸電線路及電氣設(shè)備的絕緣配合，并且有利于實現(xiàn)經(jīng)濟上的最優(yōu)化。 雷電過電壓波在輸電線路上傳播時會發(fā)生衰減和變形，其原因主要是在雷電暫態(tài)情況下線路的電暈效應和線路參數(shù)的頻變效應。本文分別針對這兩個方面展開了研究和討論。 當輸電線路上承受的雷電過電壓幅值超過電暈起始電壓時，電暈開始發(fā)生。為減小誤差，本文將發(fā)生電暈時輸電線路的空間電場分成兩部分之和，一部分是沒有空間電荷時產(chǎn)生的標稱場(拉普拉斯場)；另一部分是引入空間電荷所產(chǎn)生的空間電荷場。在求解方程時，用模擬電荷法求解標稱場，而用有限元法求解空間電荷場。其中在運用有限元法求解空間電荷場的過程中，首先利用給定的電荷密度初始值計算空間電場，再利用計算得到的合成電場反向計算空間電荷密度，通過逐步迭代計算得到雷擊點處發(fā)生電暈時的Q-V曲線以及每一時刻輸電線路對地的動態(tài)電容。對于線路上其它點的電暈過程的考慮，本文采用查表的思路，當該點處的電壓達到某一幅值時，即查尋雷擊點處的Q-V曲線，得到對應的電暈電荷和動態(tài)電容值進行計算。 在考慮參數(shù)頻變時，輸電線路徑向參數(shù)的頻率相關(guān)性可用一系列并聯(lián)的電阻和電感的組合來描述。文中通過計算分析證明了該模型不僅能在很大的頻率范圍內(nèi)較精確地表征輸電線路的頻率相關(guān)性，而且不必進行頻域和時域的相互變換，節(jié)省了計算時間，更重要的是可以很方便地與電暈模型進行銜接。利用收斂速度更快的Newton-type迭代法計算了各RL模塊的參數(shù)值。若在計算過程中同時考慮線路參數(shù)頻變特性和電暈效應，則可將頻變參數(shù)線路模型中描述線路的每一個π型單元的對地電容修改為電暈發(fā)生后的動態(tài)電容即可。 為了使本文所建立的輸電線路暫態(tài)特性的分析模型更完整，文中用傾斜導體模型取代了現(xiàn)有的計算桿塔波阻抗時普遍采用的豎直導體模型，能夠更好地反映桿塔的實際結(jié)構(gòu)特征，進而建立了較為精確的輸電線路桿塔的多波阻抗分析模型。該模型結(jié)合絕緣子閃絡(luò)模型可分析桿塔遭受雷擊，由于其電位的升高，引起絕緣子閃絡(luò)，進而使線路上產(chǎn)生雷電過電壓波的整個過程。對于所建立的暫態(tài)電路，采用暫態(tài)等值計算電路的方法，將電阻、電感以及電容組成的復雜網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為僅包含電阻及電流源并聯(lián)的形式，利用節(jié)點電壓法求解輸電線路上每一點的電壓波形。 根據(jù)所建立的模型和計算方法，文中計算了雙指數(shù)雷電波、衰減振蕩波和快速脈沖作用下的電暈效應，對其Q-V曲線各分支階段的物理過程進行了闡述，并在此基礎(chǔ)上分析了衰減振蕩波作用下的次回環(huán)曲線的特性。文中設(shè)計了模擬實驗，驗證了本文所提出的計算方法的有效性。此外，本文分別對僅考慮沖擊電暈效應、僅考慮線路參數(shù)頻變效應以及同時考慮電暈和參數(shù)頻變效應兩方面影響的輸電線路暫態(tài)特性進行了分析和比較。計算結(jié)果也顯示電暈效應對于輸電線路雷電過電壓波形的衰減和畸變作用要大于參數(shù)頻變效應，但是同時考慮這兩方面影響更符合實際情況。文中還比較了不同因素對雷電過電壓波的影響，如波頭時間短的雷電波以及波尾時間短的雷電波在沿線路傳播時其衰減和畸變作用更明顯。文中運用matlab程序編寫了輸電線路過電壓分析計算軟件，文中的計算方法和結(jié)果可為實際線路的雷電防護和絕緣設(shè)計提供很好的參考依據(jù)。

《輸電線路電磁暫態(tài)仿真及應用》利用ATP和ATPDraw詳細介紹線路參數(shù)計算、電磁暫態(tài)模型建立、電磁暫態(tài)仿真，主要內(nèi)容包括ATP和ATPDraw簡介、線路參數(shù)及其理論計算、線路模型概述、恒定集中參數(shù)線路模型、恒定分布參數(shù)線路模型、頻變分布參數(shù)線路模型、Bergeron模型和PI模型建立、JMarti模型建立、線路頻率相關(guān)模型的校核、輸電線路參數(shù)計算高級技巧、輸電線路電抗器選擇計算、網(wǎng)絡(luò)的頻率相關(guān)等效、直擊雷過電壓計算、電力電纜參數(shù)、電力電纜模型及應用等。

《輸電線路電磁暫態(tài)仿真及應用》可供電氣工程類研究生、高年級本科生用作教材或教學參考書，也可供從事電力系統(tǒng)運行、設(shè)計、科研、管理和產(chǎn)品開發(fā)的人員參考。

前言

第1章 緒論

1．1 研究背景和意義

1．2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

第2章 工業(yè)園區(qū)配電網(wǎng)綜合負荷模型建模及其參數(shù)辨識

2．1 研究背景

2．2 綜合負荷模型的建立

2．3 混沌粒子群算法（CPSO）

2．4 仿真算例

2．5 應用實例

2．6 討論

2．7 小結(jié)

第3章 虛擬同步發(fā)電機技術(shù)建模研究

3．1 虛擬同步發(fā)電機的研究背景及意義

3．2 虛擬同步發(fā)電機技術(shù)建模研究

3．3 系統(tǒng)仿真

3．4 仿真結(jié)果分析

第4章 含多種分布式電源的配電網(wǎng)綜合負荷建模

4．1 研究背景及意義

4．2 風力發(fā)電

4．3 光伏發(fā)電

4．4 燃料電池

4．5 微型燃氣輪機

4．6 工業(yè)園區(qū)電動汽車充電站

4．7 小結(jié)

第5章 工業(yè)園區(qū)CCHP系統(tǒng)數(shù)學模型及評價指標

5．1 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)數(shù)學模型

5．2 工業(yè)園區(qū)CCHP系統(tǒng)性能評價指標

5．3 小結(jié)

第6章 工業(yè)園區(qū)CCHP系統(tǒng)優(yōu)化配置研究

6．1 聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化方法

6．2 聯(lián)供系統(tǒng)方案配置

6．3 分供系統(tǒng)

6．4 聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化配置求解

6．5 小結(jié)

第7章 工業(yè)園區(qū)CCHP系統(tǒng)優(yōu)化運行研究

7．1 引言

7．2 多目標優(yōu)化運行

7．3 典型日運行策略分析

7．4 小結(jié)

第8章 工業(yè)園區(qū)多種能源發(fā)電設(shè)備模型

8．1 微型燃氣輪機模型及特性

8．2 風力發(fā)電機模型及特性

8．3 光伏電池模型及特性

8．4 燃料電池模型及特性

8．5 蓄電池模型及特性

8．6 小結(jié)

第9章 混合粒子群算法

9．1 基本粒子群算法的原理和結(jié)構(gòu)

9．2 混合粒子群算法

9．3 測試函數(shù)實驗

9．4 小結(jié)

第10章 基于混合粒子群算法的多能源容量多目標優(yōu)化配置

10．1 工業(yè)園區(qū)多能源容量多目標優(yōu)化配置模型

10．2 多目標優(yōu)化配置實現(xiàn)

10．3 模型求解

10．4 案例分析

10．5 小結(jié)

第11章 總結(jié)與展望

11．1 總結(jié)

11．2 展望

參考文獻2100433B

《結(jié)合面接觸特性理論建模及仿真》是集作者（溫淑花）多年來在結(jié)合面接觸剛度、接觸阻尼、靜摩擦系數(shù)方面的建模研究成果而成，同時為了保持全書的系統(tǒng)性也吸收了國內(nèi)外一些學者的觀點和研究成果，并在參考文獻中進行了列出。

《結(jié)合面接觸特性理論建模及仿真》緊緊圍繞結(jié)合面接觸特性理論建模及仿真這一研究主題，從五個方面分若干層次進行了較為系統(tǒng)的深入研究。①結(jié)合面法向接觸剛度分形模型及其仿真；②結(jié)合面切向接觸剛度分形模型及其仿真；③結(jié)合面法向接觸阻尼分形模型及其仿真；④結(jié)合面切向接觸阻尼分形模型及其仿真；⑤結(jié)合面靜摩擦系數(shù)分形模型及其仿真。