[發明專利]基于有限元法的ST電磁暫態模型和場路耦合計算方法

在審

• 申請號: 202211327425.4
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115618797A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 楊文英;潘宇航;邱子瀾;翟國富
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/398
• 分類號: G06F30/398;G06F30/23
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 呂洪娟

本發明公開了一種基于有限元法的ST電磁暫態模型和場路耦合計算方法，所述方法首先建立ST的電磁場有限元模型，利用J?A磁滯模型模擬鐵芯材料的非線性特性，采用場路間接耦合技術實現有限元模型和外部電氣網絡的雙向耦合，之后搭建電磁有限元模型和電力系統網絡耦合計算平臺并進行聯合求解。本發明能將ST有限元模型與電力系統仿真軟件進行聯合求解，實現器件級與系統級的協同仿真，能準確反映ST在系統發生短路、諧波注入以及動態潮流控制時的電磁暫態特性，且使ST內部的磁場分布可視化，更加真實的模擬ST的工作情況。本發明可直接應用于電力系統仿真軟件中電磁式統一潮流控制器的電壓調節和潮流控制模塊、ST的試驗樣機研發過程中。

技術領域

本發明屬于智能電網領域，涉及一種電磁式統一潮流控制器Sen Transformer(ST)電磁暫態特性的有限元計算方法，具體涉及一種基于場路耦合技術的ST瞬態電磁場計算方法。

背景技術

隨著光伏、風電等可再生能源的大規模并網，在以新能源為主體的新型電力系統中，電廠調度、輸電容量、潮流控制等問題越發突出，電力系統的安全性和穩定性將面臨嚴峻挑戰。誠然，架設新的高壓交流或直流輸電線路可以滿足逐漸增長的電力輸送需求。但是，進一步發展柔性交流輸電系統(Flexible Alternate Current Transmission System,FACTS)可以靈活、經濟、高效地利用現有輸電和配電網絡。

統一潮流控制器(Unified Power Flow Controllers,UPFC)是目前功能最強大的FACTS裝置，它可以有效的解決電壓調節和潮流控制問題。然而，極高的造價和運行成本導致其推廣潛力或受到限制。而基于移相器技術的ST具備與UPFC類似的四象限潮流控制能力，且具有經濟性好、可靠性高等優點，可為大規模可再生能源的消納與FACTS裝置的發展提供一條極具吸引力的經濟性優、性能適用的技術路線。但因采用機械式有載分接開關且分接頭只能在檔位之間切換，因此ST存在響應速度慢、無法連續調節等缺點。

潮流控制器ST的基本拓撲結構如圖1所示，它包括兩個單元：勵磁單元和電壓調節單元。ST原邊星形聯結，并聯接入輸電線路送端，構成勵磁單元；副邊每相由三個帶有載分接開關(On-load Tap-changer,OLTC)的繞組組成，構成電壓調節單元。A相副邊繞組為a₁、a₂、a₃，B相副邊繞組為b₁、b₂、b₃，C相副邊繞組為c₁、c₂、c₃。其中，繞組a₁、b₁、c₁構成A相串聯補償電壓，即V_ss'A＝V_ss'a1+V_ss'b1+V_ss'c1，這樣，A相的送端電壓可由V_sa調整為V_s'a。由于V_ss'a1,、V_ss'b1、V_ss'c1之間相位互差120°，通過改變ST副邊繞組OLTC位置的控制，進而可改變這三個電壓相量的組合方式，從而改變V_ss'A。同理，亦可實現B相、C相串聯補償電壓V_ss'B、V_ss'C，繼而實現送端電壓由V_s向V_s'的四象限調節，即V_s′＝V_s+V_ss′。另外，為了保證A、B、C三相在調壓過程中保持對稱，應保證任意時刻a₁-b₂-c₃(TG₁)投入運行的繞組匝數相等，b₁-c₂-a₃(TG₂)投入運行的繞組匝數相等，以及c₁-a₂-b₃(TG₃)投入運行的繞組匝數相等。但抽頭TG₁組、TG₂組和TG₃組投入運行的匝數可互不相等。