第5讲-开关操作和非线性元件的电磁暂态计算模型.ppt

电磁暂态分析Electromagnetic Transient Analysis 何金良 ? 高压馆303室 ? ? hejl@tsinghua.edu.cn 6. 开关开断时间的确定及计算模型 计算开关支路电流 根据步骤“一”算得的节点电压以及步骤“二”中重新形成的节点导纳矩阵的m行元素(即联接于节点m的各支路导纳值)就可以计算支路电流。例如若算得节点m和p的电压为和，导纳矩阵中m行p列元素为-Ymp,则ip=(um-up)Ymp 重新形成网络的节点电压方程右端项的第m个元素表示注入节点m的电流源值Jm 6. 开关开断时间的确定及计算模型 如何判断电流过零并确定开关熄弧时间 当流过开关电流经过零值，或改变正、负方向时,就认为开关开断 当开关电流小于一定值 7. 非线性元件 非线性电阻 7. 非线性元件 非线性电感 L=??/?i ?=f(i) 考虑磁滞和涡流损耗 d?/dt0 ，电流和磁链上升时u0，电流iL和iR同方向，i=iL+iR，使考虑磁滞和涡流损耗时的?=g1(i)曲线较?=f(iL)曲线右移 当d?/dt0 ，即电流和磁链下降时，u0，电流iL和iR反向，i=iL-iR，使?=g2(i)曲线左移。当iL=iR时，i=iL-iR，则形成剩磁?=g2(0) 考虑磁滞和涡流损耗 磁滞回环的宽度?i就是经过电阻的电流的两倍?i=2iR。等值电路中的电阻值可以根据磁滞回环的宽度决定 对于正弦交流，设磁链的最大值为?m，则电压最大值为Um=??m 在磁滞回环中取几个不同?值以及相对应的宽度?i值，就可以确定出相应端电压u时的电阻值R，从而得到一非线性电阻的伏安特性 8.处理非线性元件的分段线性化方法 网络中含有非线性元件时，导纳矩阵不再是常数，而将是电压（电流）或时间（含有时变电阻时）的函数 即使在比较简单的情况下，如网络中只有时变电阻，矩阵Y只是时间的函数，也是比较复杂的。必须在每一时步修正节点导纳矩阵，并进行三角分解 如果网络中还包括与电压或电流有关的非线性电阻；则直接求解方程式必须在每一时步计算中采用迭代法，这就大大地增加了运算时间 非线性电阻的分段线性化 因用分段线性化处理非线性元件时用了开关元件根据在网络节点编号时，宜将联有非线性元件的节点和开关节点一起放在后面，以减少运算机时 非线性电阻的分段线性化 非线性电感的分段线性化 分段线性化方法的优缺点 分段线性化方法的最大优点是计算时数值上的稳定性（甚至是绝对地稳定）因为计算过程中回避了迭代求解非线性方程组的问题 大多数情况下非线性特性可只用少数分段就能使暂态计算有足够的准确度，因此可以节省机时 不需要列出非线性特性的解析式。对许多实际问题要列出特性的解析表达式是有困难的 分段线性化方法的优缺点 分段线性化方法成为工程上分析非线性网络的主要方法之一 它的缺点是，计算步长过大时会产生“过冲”(overshoot)的现象 9.计算含非线性元件电路的补偿法 第一步：先把非线性支路置于开路，使网络变为线性有源二端网络,计算出二端网络的等值参数，包括其等值电阻和开路电压 第二步：然后再接入非线性支路，用迭代方法计算出非线性支路的电流 第三步：最后根据迭加原理，用幅值等于非线性支路电流值的电流源代替非线性元件，以求得网络的全解 9.计算含非线性元件电路的补偿法 第一步：简化网络的线性部分为有源二端网络 9.计算含非线性元件电路的补偿法 第一步：简化网络的线性部分为有源二端网络 9.计算含非线性元件电路的补偿法 第一步：简化网络的线性部分为有源二端网络 * 6. 开关操作和非线性元件的电磁暂态计算模型 第5讲 开关操作和非线性元件 的电磁暂态计算模型 讲义下载及作业提交网址： 166.111.63.4:1021 登录用户名：emc 密码：303 1. 概 述 电磁暂态过程往往是因状态的变化而造成的 断路器正常或故障操作而引起触头的闭合或分断 雷电侵入波或操作过电压引起避雷器间隙击穿或电流过零时电弧熄灭 系统发生故障造成相对地或相间突然短接等等。 在暂态计算中把电路中节点之间的闭合和开断用广义的开关操来表示 开关时计算模型以及处理开关操作所引起状态变化的程序方法是电力系统电磁暂态计算的重要组成部分 1. 概 述 电力系统中大部分元件属于线性元件，或可近似认为是线性元件。但也有一些元件具有明显的非线性特性，这些特性对暂态过程产生明显的影响 非线性元件有避雷器的非线性电阻 变压器或电抗器等铁磁元件因铁心饱和而形成的非线性电感 以及断路器、保护间隙的电弧电阻 在暂态计算秩序中应包括计及这些非线性元件:希望计算模型和分析方法尽可能实用，以便在尽可能短的计