输电线路雷电暂态综合建模及仿真算法研究

雷电暂态；电晕；频变；模拟电荷法；有限元法；综合建模；仿真算法；伏库特性；非标准雷电波；衰减变形2100433B

输电线路防雷保护的根本目的就是尽可能地减少由于雷击引起的线路跳闸事故发生的次数并降低雷击事故引起的损失。输电线路的过电压保护和绝缘配合在很大程度上取决于其承受的过电压的幅值和波形，输电线路的绝缘水平以及各种设备(如绝缘子串、变压器和断路器等)的绝缘配合必须能够承受线路上可能出现的过电压。因此，对输电线路的雷击暂态特性进行研究，分析输电线路上可能出现的雷电过电压有利于可靠地设计输电线路及电气设备的绝缘配合，并且有利于实现经济上的最优化。 雷电过电压波在输电线路上传播时会发生衰减和变形，其原因主要是在雷电暂态情况下线路的电晕效应和线路参数的频变效应。本文分别针对这两个方面展开了研究和讨论。 当输电线路上承受的雷电过电压幅值超过电晕起始电压时，电晕开始发生。为减小误差，本文将发生电晕时输电线路的空间电场分成两部分之和，一部分是没有空间电荷时产生的标称场(拉普拉斯场)；另一部分是引入空间电荷所产生的空间电荷场。在求解方程时，用模拟电荷法求解标称场，而用有限元法求解空间电荷场。其中在运用有限元法求解空间电荷场的过程中，首先利用给定的电荷密度初始值计算空间电场，再利用计算得到的合成电场反向计算空间电荷密度，通过逐步迭代计算得到雷击点处发生电晕时的Q-V曲线以及每一时刻输电线路对地的动态电容。对于线路上其它点的电晕过程的考虑，本文采用查表的思路，当该点处的电压达到某一幅值时，即查寻雷击点处的Q-V曲线，得到对应的电晕电荷和动态电容值进行计算。 在考虑参数频变时，输电线路径向参数的频率相关性可用一系列并联的电阻和电感的组合来描述。文中通过计算分析证明了该模型不仅能在很大的频率范围内较精确地表征输电线路的频率相关性，而且不必进行频域和时域的相互变换，节省了计算时间，更重要的是可以很方便地与电晕模型进行衔接。利用收敛速度更快的Newton-type迭代法计算了各RL模块的参数值。若在计算过程中同时考虑线路参数频变特性和电晕效应，则可将频变参数线路模型中描述线路的每一个π型单元的对地电容修改为电晕发生后的动态电容即可。 为了使本文所建立的输电线路暂态特性的分析模型更完整，文中用倾斜导体模型取代了现有的计算杆塔波阻抗时普遍采用的竖直导体模型，能够更好地反映杆塔的实际结构特征，进而建立了较为精确的输电线路杆塔的多波阻抗分析模型。该模型结合绝缘子闪络模型可分析杆塔遭受雷击，由于其电位的升高，引起绝缘子闪络，进而使线路上产生雷电过电压波的整个过程。对于所建立的暂态电路，采用暂态等值计算电路的方法，将电阻、电感以及电容组成的复杂网络转化为仅包含电阻及电流源并联的形式，利用节点电压法求解输电线路上每一点的电压波形。 根据所建立的模型和计算方法，文中计算了双指数雷电波、衰减振荡波和快速脉冲作用下的电晕效应，对其Q-V曲线各分支阶段的物理过程进行了阐述，并在此基础上分析了衰减振荡波作用下的次回环曲线的特性。文中设计了模拟实验，验证了本文所提出的计算方法的有效性。此外，本文分别对仅考虑冲击电晕效应、仅考虑线路参数频变效应以及同时考虑电晕和参数频变效应两方面影响的输电线路暂态特性进行了分析和比较。计算结果也显示电晕效应对于输电线路雷电过电压波形的衰减和畸变作用要大于参数频变效应，但是同时考虑这两方面影响更符合实际情况。文中还比较了不同因素对雷电过电压波的影响，如波头时间短的雷电波以及波尾时间短的雷电波在沿线路传播时其衰减和畸变作用更明显。文中运用matlab程序编写了输电线路过电压分析计算软件，文中的计算方法和结果可为实际线路的雷电防护和绝缘设计提供很好的参考依据。

《输电线路电磁暂态仿真及应用》利用ATP和ATPDraw详细介绍线路参数计算、电磁暂态模型建立、电磁暂态仿真，主要内容包括ATP和ATPDraw简介、线路参数及其理论计算、线路模型概述、恒定集中参数线路模型、恒定分布参数线路模型、频变分布参数线路模型、Bergeron模型和PI模型建立、JMarti模型建立、线路频率相关模型的校核、输电线路参数计算高级技巧、输电线路电抗器选择计算、网络的频率相关等效、直击雷过电压计算、电力电缆参数、电力电缆模型及应用等。

《输电线路电磁暂态仿真及应用》可供电气工程类研究生、高年级本科生用作教材或教学参考书，也可供从事电力系统运行、设计、科研、管理和产品开发的人员参考。

前言

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

第2章 工业园区配电网综合负荷模型建模及其参数辨识

2．1 研究背景

2．2 综合负荷模型的建立

2．3 混沌粒子群算法（CPSO）

2．4 仿真算例

2．5 应用实例

2．6 讨论

2．7 小结

第3章 虚拟同步发电机技术建模研究

3．1 虚拟同步发电机的研究背景及意义

3．2 虚拟同步发电机技术建模研究

3．3 系统仿真

3．4 仿真结果分析

第4章 含多种分布式电源的配电网综合负荷建模

4．1 研究背景及意义

4．2 风力发电

4．3 光伏发电

4．4 燃料电池

4．5 微型燃气轮机

4．6 工业园区电动汽车充电站

4．7 小结

第5章 工业园区CCHP系统数学模型及评价指标

5．1 冷热电联供系统数学模型

5．2 工业园区CCHP系统性能评价指标

5．3 小结

第6章 工业园区CCHP系统优化配置研究

6．1 联供系统优化方法

6．2 联供系统方案配置

6．3 分供系统

6．4 联供系统优化配置求解

6．5 小结

第7章 工业园区CCHP系统优化运行研究

7．1 引言

7．2 多目标优化运行

7．3 典型日运行策略分析

7．4 小结

第8章 工业园区多种能源发电设备模型

8．1 微型燃气轮机模型及特性

8．2 风力发电机模型及特性

8．3 光伏电池模型及特性

8．4 燃料电池模型及特性

8．5 蓄电池模型及特性

8．6 小结

第9章 混合粒子群算法

9．1 基本粒子群算法的原理和结构

9．2 混合粒子群算法

9．3 测试函数实验

9．4 小结

第10章 基于混合粒子群算法的多能源容量多目标优化配置

10．1 工业园区多能源容量多目标优化配置模型

10．2 多目标优化配置实现

10．3 模型求解

10．4 案例分析

10．5 小结

第11章 总结与展望

11．1 总结

11．2 展望

参考文献2100433B

《结合面接触特性理论建模及仿真》是集作者（温淑花）多年来在结合面接触刚度、接触阻尼、静摩擦系数方面的建模研究成果而成，同时为了保持全书的系统性也吸收了国内外一些学者的观点和研究成果，并在参考文献中进行了列出。

《结合面接触特性理论建模及仿真》紧紧围绕结合面接触特性理论建模及仿真这一研究主题，从五个方面分若干层次进行了较为系统的深入研究。①结合面法向接触刚度分形模型及其仿真；②结合面切向接触刚度分形模型及其仿真；③结合面法向接触阻尼分形模型及其仿真；④结合面切向接触阻尼分形模型及其仿真；⑤结合面静摩擦系数分形模型及其仿真。