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1、 第1章 绪 论1.1课题研究背景和意义国内地区电网通常呈辐射状分布，一般采用环网设计、开环运行的电网供电方式1-3。当进行网内负荷转移、故障处理和设备检修时，可以通过进行断路器合环操作，以减少停电次数和时间4-6，但在合环操作瞬间，电网在合环点处会出现瞬时冲击电流，电网稳定后形成的新环网中还可能产生较大的循环电流，可能造成某些电气设备超负荷或者某条线路过载，继电保护装置动作跳闸等情况的发生，从而严重影响整个电网的安全稳定运行7。一般运行人员只能够凭借日常运行经验来决定是否进行地区电网的合环操作，在某些情况下会避免一些合环操作的实施，这样会增加电网的停电次数，降低地区电网的供电经济性和可靠性8
2、-10。此外，由于合环开关闭合操作前合环点位置两侧的电压差可能不为零，当开关闭合的同时，要经历一个暂态过程才能使合环点两侧电压趋于相等，会造成新形成地区环网内的节点电压相角和幅值以及发电机电势和角度变化。由于发电机要达到一个新的稳定状态需要经过震荡摇摆的过程，因此在合环操作进行的同时会出现瞬间的冲击电流。综合以上分分析，进进行地区区电网合合环操作作时可能会会产生合合环点处处瞬间冲冲击电流流和合环环操作后后新形成成环网的的稳态循循环电流流。合环环电流仿仿真系统统能得到合合环操作作可能产产生的瞬瞬间冲击击电流和和环网稳态态循环电电流，在合环环操作前前，通过过合环电电流仿真真系统对对合环操操作可能能
3、产生的的电流进进行计算算和分析析，校验验合环操操作后的的稳态循循环电流流是否满满足设备备的要求求，分析析合环瞬瞬间冲击电电流对于于整个网网络产生生的波动和和影响，可可以为电电网的运运行可靠靠性评估估提供理理论依据据，并能能帮助运运行人员员进行正正确的决决策，以以避免操操作引起起设备过过载和保保护跳闸闸，提高高供电的的安全性性和可靠靠性111-115。合环电流仿仿真计算算系统的的建立，能能够验证证实际电电网的合合环操作作方案的的可行性性，优化化操作方方案，可可以为电电网母线线检修以以及母线线故障时时负荷转转移的合合环操作作提供计计算依据据，保障障负荷转转移的成成功率，进进而保障障用户供供电的可可
4、靠性，合合环电流流计算系系统可以以通过丰丰富的报报表、曲曲线方式式展示分分析数据据，并且且提供报报表的浏浏览，可可以通过过该系统统生成的的数据和和分析报报表，实实现对合环电电流情况况的预期期判断，该系统统的应用用将会很很大程度度上提高高地区电电网运行行的可靠性性，为地地区电网网进行合合环操作作时提供供技术支支持。1.2 国国内外研研究现状状及发展展趋势1.2.11 合环电电流的计算方法法电力系统需需要建设设更高电电压等级级的电网网结构来来满足电源源送电和和负荷用用电的需需求，这可能能会伴随着着产生高低低压电磁磁环网的的问题。高低压压电磁环环网是指指不同电电压等级级的两组组输电线线路，通过两两侧
5、变压器器的磁耦合合回路连连接所构构成的环环形电网网，是主干干电网由由低级向高级发展过过程中的的产物16。随着高高电压等等级网架架结构的的加强，部部分高低低压电磁磁环网要要求开环环运行，这也伴伴随着产产生了低低电压等等级地区区电网的的环网问问题。经经过研究究认为可可以将环环网运行行分析分分为两大大类。第第一类以以高低压压电磁环环网分析析为核心心，包括括电磁环环网解环环的分析析方法、评评价指标标以及无无功环流流的控制制；第二二类以同同电压等等级的非非电磁环环网分析析为核心心，包括括地区电电网的合合环潮流流、合环环稳态电电流、合合环冲击击电流的的相应计计算分析析方法。本课题所研研究的地地区电网网潮流
6、计计算是地地区电网网合环问问题分析析的基础础，应对合合环后的的潮流变变化做出出预测分分析，并并在操作作中避免免设备过过载和保保护跳闸闸。目前前针对地地区电网网潮流计计算方法法大致可可分为两两类，其中母母线类算算法有ZZbuss法和Ybuus法17,18；支路类类算法包包括面向向回路的的回路法法199和面向支支路前推推回代法法200，这这类算法法的潮流流方程主主要采用用的是支支路上数据来列出的。合环环稳态电电流的计计算方法法包括前前推回带带法21、牛顿顿-拉夫夫逊法22、叠加加法23等。合环冲冲击电流流可以通通过简化化网络的的方法进进行计算算244。有些地区区电网根根据叠加加定理和和分布系系数法
7、来来计算电电网进行行合环操操作时潮流的具具体分布布情况25，首先先采用分布布系数法法求解电电网的自自然功率率分布关关系，然然后计算算均衡功功率时只只考虑变变压器变变比的不同，最最后将这这些计算算结果叠叠加起来来，得到到电网合合环操作作时的实际际潮流分分布226，这种种方法一一般采用用手动计计算，适适用于简简单网络络的计算算。另外外，还有地地区电网网合环后后潮流计计算方法法采用简简化的合环网网络，具具体步骤骤如下：首先给出合环环前简化化网络的的潮流分分布；然后计算算出循环环电流的的大小即即合环点两侧的的电压差差和环网网总阻抗的比比值；最最后采用叠加加原理计计算出合合环后的的潮流。在在此方法的的研
8、究基础础上发展展出一种种两阶段段算法，该算法法基于叠叠加原理理和前推推回代法法并以支路路功率为为变量，用用于计算算合环后后地区电电网的潮流分布布，具体体步骤为为：对合合环后的的网络在在合环点点处解环环，形成成两个子子网络包括括开环运运行网络络和一个个环状网网络；通通过两阶阶段的迭代过程程来求解解潮流分分布，第第一阶段段迭代过过程计算算开环运运行网络络的潮流，得得到合环开开关两侧侧电压差差值，而第第二阶段段迭代过过程主要要修正合合环开关关两侧负负荷功率率值的大大小，满满足整体体收敛要要求从而而得出电电网合环环潮流分分布227。上述传统的的合环电电流计算算方法一一般不考考虑外部部网络模模型，只只考
9、虑环环网所涉涉及的电电气设备备进行戴戴维南等等值，因因此无法法准确获获得等值值电势和和阻抗并并引入计计算误差差，合环环操作时时可能引引入较大大谐波分分量，因因此传统统解决方方案很多多情况下下不能满满足计算算的要求求。一些研究表表明利用用PSCCAD/EMTTDC仿仿真软件件来对多级级合环电电网系统统进行建建模228-332，通通过对比比模型元元件和实实际元件件之间的电电压损耗耗、功率率损耗，研研究模型型参数的的设置，建建立了能能够准确确模拟实实际元件件的仿真真模型，这这种方法法一般是是针对大大规模电电网进行行等值后后得到的的小规模模仿真系系统，往往往忽略略了大电电网动态态特性，必必然会降低仿仿
10、真结果果的准确确性。所以对于地地区电网网合环电电流的计计算，既既要不损损失大规规模电网网的动态态特性，又又可以满满足局部部电网的的详细分分析要求求，才能能保证合合环电流流计算的的准确性性。基于于这一点点，进行行合环电电流计算算时考虑应应用机电电暂态-电磁暂暂态混合合仿真技技术，对对合环区区域外动动态响应应过程相相对较慢慢的大电电网采用用机电暂暂态程序序仿真，而而对需要要进行详详尽研究究的合环环区域附附近的小小电网采采用更为为精确的的电磁暂暂态程序序仿真，这这样既可可以反映映特定系系统中详详细的电电网电磁磁暂态变变化过程程，又可可以仿真较较大规模模的电力力系统，网络不不需要进进行等值值化简，大大
11、大提高高了地区区电网仿仿真分析析结论的准准确性。1.2.22 机电暂暂态-电电磁暂态态混合仿仿真机电暂态-电磁暂暂态混合合仿真的的思想最最早由HHefffernnan等等人333,34于19881年第第一次提提出的，其后后国外学学者对此此问题作作了一些些深入研究究，主要要集中于于接口电电路的选选择和接接口时序序的设计计方面35，新西西兰Caanteernuury大大学和加加拿大WWateerlooo大学学也做了了一些相相关的研研究，他他们所做做的研究究工作仅仅属于论论文探索索阶段，没没有进行行商业化化的开发发。Reeevee J，Anddersson G WW J，Sulltann M等等36
12、6-388提出出了减小小电力电电子器件件产生的的谐波对对交流系系统影响响的计算算方法。由于电电力系统统中各元元件相差差很大的的时间常常数，CCroww M L提出出了多速速率算法法，把系系统划分分为以不不同的积积分步长长分别计计算的不不同子系系统，在在此基础础上又发发展出了了多种多多速率仿仿真技术术399-411，这些些算法缺缺点在于于网络接接口多，程程序复杂杂，网络络划分不不均匀很很难达到到预期效效果。目前，具有有机电暂态态-电磁磁暂态混混合仿真真能力的的商业化化软件有有：ABBB公司司开发的的SIMMPOWW和SIEEMENNS开发发的NEETOMMAC程程序。其中，SSIMPPOW程程序
13、既能能在时间间轴上相相互切换换机电暂暂态和电磁暂暂态的仿真功能能，也在在空间范范围内实实现了部分电电网用机机电暂态态仿真，剩剩余电网网用电磁磁暂态仿仿真的混混合仿真真，但其在在空间范范围内进进行混合合仿真时时，计算算步长全全网要求求统一，只能采采用电磁磁暂态微微妙级的的仿真步步长，计计算速度度会受到到很大影影响。NNETOOMACC程序提提出的实实时数据据转换算算法可以以基于电电磁暂态态和机电电暂态模模型进行行网络分分块来建立不不同的模型42，也可以以通过分分时段，即电磁暂态模型应用于系统故障后的暂态过程，机电暂态模型应用于稳定过程的分析和计算。这些软件的混和仿真功能还不是非常成熟，也没有真正
14、用于指导实际生产运行。香港大学、清清华大学学以及天天津大学学在FAACTSS仿真方方面开展展了一些些混合仿仿真的研研究，但但研究仅仅属于论论文探索索阶段。中中国电力力科学研研究院从从20001年起起开展了了电力系系统机电电暂态和和电磁暂态态混合仿仿真技术术的相关关问题研究究，在工工程项目目电力力系统全全数字实实时仿真真装置研研制和和直流流输电系系统全数数字实时时仿真系系统的开开发中中，给出出了机电电暂态和和电磁暂态态混和并并行仿真真的研究究计算方法法，在工程程项目电电力系统统电磁暂暂态和机机电暂态态混合仿仿真技术术研究和和大电电网仿真真技术研研究中中，给出出了大规规模交直直流系统统的机电电暂态
15、和和电磁暂态态混合仿仿真技术术实用的的研究计计算方法法。从各种地区区电网合合环电流流计算解解决方案案来看，提高计算准确性是合环电流仿真计算发展的趋势，而电力系统混合仿真技术能够为合环电流的精确计算提供保障。1.3 本本文的主主要研究究内容及及工作根据电力系系统合环环电流研研究的现现状以及及混合仿仿真的发发展历程程，本文文主要研研究的内内容如下下：1）合环电电流计算算方法的研研究通过对以往往合环潮潮流的计计算方法法的研究究，给出合合环电流流计算方方法的研研究现状状以及发发展趋势势，环网网运行分分析可以以分为两两大类：第一类类以电力力系统中中高低压压电磁环环网分析析为核心心；第二类类以地区区电网中
16、中同电压压等级的的非电磁磁环网分分析为核核心。通过对对比以往往合环电电流计算算方法的的不足，给给出本文文解决合合环电流流计算问问题的基基础理论论方法。2）混合仿仿真技术术在电力力系统中中的应用用给出电力系系统机电电暂态和和电磁暂暂态混合合仿真理理论及其其接口的的等值电电路，并并对机电电暂态和和电磁暂暂态网路路数据的的交换时时序和形形式做出出详细分分析，对对接口方方法在机机电暂态态和电磁磁暂态网网络中的的实现给给出解决决方法，通过计算算例的结果验证了本文提出的混合仿真方法的可行性和准确性。3）合环电电流仿真真系统的的总体设设计给出系统的的总体构构架和系系统的所所有计算算功能，提提出基于于最大级级数搜索索算法的的暂态网网络自动动划分、机机电暂态态模型到到电磁暂暂态模型型的自动动转换算算法以及及合环混混合仿真真计算的的单机wwinddowss并行算算法等系系统需要要解
