CN110046461B - 一种场-路-网-控耦合的同步调相机无功补偿仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种同步调相机无功补偿控制仿真方法，首先，在多物理域联合仿真软件中建立电力系统模型，实现电力系统潮流分布的计算；其次，根据同步调相机的形状、结构，采用有限元分析软件建立二维场的有限元模型，求解以实现对同步调相机电磁过程的模拟，获得模拟结果，直至模拟结果满足并网需求的条件，进而建立包含同步调相机的场路耦合仿真模型；最后，在Matlab/Simulink中建立同步调相机励磁控制系统模型，建立场‑路‑网‑控耦合的同步调相机无功补偿仿真系统，实现当电力系统发生故障致使电网电压发生变化时，对同步调相机的励磁系统的控制，发挥同步调相机的无功补偿功能，从而改善电力系统发生故障时的故障深度。本发明通过对同步调相机无功补偿控制过程进行仿真模拟，对同步调相机的励磁控制提供理论指导，从而减少设计失误，节约设计成本。
Description
技术领域
本发明涉及电磁控制领域，更具体地，涉及一种同步调相机无功补偿控制仿真方法。
背景技术
同步调相机作为无功补偿设备，在动态特性及容量等方面具有突出优势，被广泛应用于特高压直流输电工程等领域。同步调相机运行时转子上不带机械负载，电机内部除损耗外没有有功功率转换，与外界主要进行无功功率的交换。当电力系统发生故障系统电压发生波动时，向电力系统提供或吸收大量的无功功率，进而维持电网电压使电力系统的故障深度减小，增强电力系统的稳定性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种同步调相机无功补偿控制仿真方法。
根据本发明实施例的同步调相机无功补偿控制仿真方法，包括：
步骤1：采用多物理域联合仿真软件建立电力系统模型，包括以下步骤：
步骤1.1：建立发电系统模型；
步骤1.2：建立变电系统模型，实现变电系统和发电系统的电连接；
步骤1.3：建立输电系统模型，实现输电系统和变电系统的电连接；
步骤1.4：建立用电系统模型，实现用电系统和输电系统的电连接，完成无故障电力系统模型的建立；
步骤1.5：建立电力系统故障模块模型，完成有故障电力系统模型的建立；
步骤2：采用有限元分析软件建立同步调相机有限元电磁过程仿真模型，包括以下步骤：
步骤2.1：取同步调相机截面进行建模，所述模型包括由由开槽的定子、转子、定子绕组、转子绕组和空气组成的系统，所述定、转子绕组分别位于所述的定子和转子的槽内；
步骤2.2：利用所述有限元分析软件材料定义编辑器创建分属不同结构的材料，并将不同结构指定为不同的材料；
步骤2.3：在电磁场分析部分，设定远场区域边缘处磁势为零，激励源施加在所述定、转子绕组上；
步骤2.4：在运动选项设置部分，选定转子部分为旋转运动；
步骤2.5：划分所述同步调相机的网格；
步骤2.6：对同步调相机二维场模型进行求解判断是否满足并网条件；
步骤3：建立包含同步调相机的场路耦合仿真模型；
步骤4:采用Matlab/Simulink软件建立同步调相机励磁控制系统模型，包括：
步骤4.1：实时采集同步调相机的接入点电压作为电压检测值；
步骤4.2：将电压检测值值与电压基准值作比较，并产生相应的控制信号进而控制同步调相机的转子绕组的激励源；
步骤5:建立场-路-网-控耦合的同步调相机无功补偿仿真系统；
本发明所具有的有益效果是，使用联合仿真，可以将同步调相机本体部分的电磁特性更加全面地反映到控制系统中，分析当电力系统发生故障时，同步调相机的动态电磁特性及对电力系统的电压支撑作用，使仿真系统的可信度更高。
附图说明
图1是本发明所述的有故障电力系统模型的结构示意图；
图2是本发明所述的同步调相机无功补偿仿真方法的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的场-路-网-控耦合的同步调相机无功补偿仿真方法流程图；
图4是本发明所述的同步调相机二维场模型图；
图5是本发明所述的同步调相机定子电压波形图；
图6是本发明所述的同步调相机二维场磁力线分布图；
图7是本发明所述的同步调相机二维场磁密分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
图1是本发明所述的有故障电力系统模型的结构示意图，包括1发电系统2变电系统3输电系统4用电系统5故障模块。
图2是本发明所述的同步调相机无功补偿仿真方法的结构示意图，包括6电力系统网络模型7同步调相机二维场模型8励磁控制系统模型。
图3是根据本发明实施例的场-路-网-控耦合的同步调相机无功补偿仿真方法流程图。
图4是本发明所述的同步调相机二维场模型图，包括由开槽的9定子、10转子、11定子绕组、12转子绕组和13空气。
图5是本发明所述的同步调相机定子电压波形图。
图6是本发明所述的同步调相机二维场磁力线分布图。
图7是本发明所述的同步调相机二维场磁密分布图。
根据本发明实施例的同步调相机无功补偿控制仿真方法，包括：
步骤1：采用多物理域联合仿真软件建立电力系统模型，包括以下步骤：
步骤1.1：建立发电系统模型；
步骤1.2：建立变电系统模型，实现变电系统和发电系统的电连接；
步骤1.3：建立输电系统模型，实现输电系统和变电系统的电连接；
步骤1.4：建立用电系统模型，实现用电系统和输电系统的电连接，完成无故障电力系统模型的建立；
步骤1.5：建立电力系统故障模块模型，完成有故障电力系统模型的建立；
步骤2：采用有限元分析软件建立同步调相机有限元电磁过程仿真模型，包括以下步骤：
步骤2.1：取同步调相机截面进行建模，所述模型包括由开槽的定子、转子、定子绕组、转子绕组和空气组成的系统，所述定、转子绕组分别位于所述的定子和转子的槽内；
步骤2.2：利用所述有限元分析软件材料定义编辑器创建分属不同结构的材料，并将不同结构指定为不同的材料；
步骤2.3：在电磁场分析部分，设定远场区域边缘处磁势为零，激励源施加在所述定、转子绕组上；
步骤2.4：在运动选项设置部分，选定转子部分为旋转运动；
步骤2.5：划分所述同步调相机的网格；
步骤2.6：对同步调相机二维场模型进行求解判断是否满足并网条件；
步骤3：建立包含同步调相机的场路耦合仿真模型；
步骤4：采用Matlab/Simulink软件建立同步调相机励磁控制系统模型，包括：
步骤4.1：实时采集同步调相机的接入点电压作为电压检测值；
步骤4.2：将电压检测值值与电压基准值作比较，并产生相应的控制信号进而控制同步调相机的转子绕组的激励源；
步骤5：建立场-路-网-控耦合的同步调相机无功补偿仿真系统；
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.一种同步调相机无功补偿控制仿真方法，其特征是，在多物理域联合仿真软件中建立电力系统模型部分，在有限元分析软件中建立同步调相机二维场的有限元模型部分，在Matlab/Simulink中建立同步调相机励磁控制系统模型部分，然后三者进行联合仿真，分析当电力系统发生故障时，同步调相机的动态电磁特性及对电力系统的电压支撑作用；
具体包括如下步骤：
步骤1：采用多物理域联合仿真软件建立电力系统模型，包括以下步骤：
步骤1.1：建立发电系统模型；
步骤1.2：建立变电系统模型，实现变电系统和发电系统的电连接；
步骤1.3：建立输电系统模型，实现输电系统和变电系统的电连接；
步骤1.4：建立用电系统模型，实现用电系统和输电系统的电连接，完成无故障电力系统模型的建立；
步骤1.5：建立电力系统故障模块模型，完成有故障电力系统模型的建立；
步骤2：采用有限元分析软件建立同步调相机有限元电磁过程仿真模型，包括以下步骤：
步骤2.1：取同步调相机截面进行建模，所述模型包括由开槽的定子、开槽的转子、定子绕组、转子绕组和空气组成的系统，所述定、转子绕组分别位于所述的定子和转子的槽内；
步骤2.2：利用所述有限元分析软件材料定义编辑器创建不同电磁性质的材料，并将不同结构定义为不同的材料；
步骤2.3：在电磁场分析部分，设定远场区域边缘处磁势为零，激励源施加在所述定、转子绕组上；
步骤2.4：在运动选项设置部分，选定转子部分为旋转运动；
步骤2.5：划分所述同步调相机的网格；
步骤2.6：对同步调相机二维场模型进行求解，并判断是否满足并网条件，如果判断同步调相机二维场模型满足并网条件的需求，则进行步骤3；如果判断不满足并网条件的需求，则修正所述模型后，再次进行步骤2；
步骤3：建立包含同步调相机的场路耦合仿真模型；
步骤4：采用Matlab/Simulink软件建立同步调相机励磁控制系统模型，包括：
步骤4.1：建立电压采集模块，实现实时采集同步调相机接入点电压作为电压检测值；
步骤4.2：建立励磁控制模块，实现将电压检测值与电压基准值作比较，并产生相应的控制信号进而控制同步调相机的转子绕组的激励源；
步骤5：建立场-路-网-控耦合的同步调相机无功补偿仿真系统模型。
2.根据权利要求1所述的一种同步调相机无功补偿控制仿真方法，其特征在于，有故障的电力系统模型中，故障模块可进行编辑、设置，改变故障发生的地点、故障类型和故障持续时间。
3.根据权利要求1所述的一种同步调相机无功补偿控制仿真方法，其特征在于，三个软件联合实现仿真时，需设置相同的仿真时间。
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