電力系統(tǒng)時(shí)頻分析的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真電磁暫態(tài)仿真理論與方法的建立發(fā)展已有半個(gè)世紀(jì)的歷史。100多年前，國內(nèi)外電力學(xué)者們開發(fā)了諸多工具來認(rèn)識(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，電力系統(tǒng)需要通過模擬來代替對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析。隨著現(xiàn)代電力技術(shù)的不斷發(fā)展以及新型設(shè)備的接入，傳統(tǒng)仿真已不能滿足當(dāng)前的需求，電磁暫態(tài)仿真面臨新的挑戰(zhàn)。電磁暫態(tài)仿真的有兩類基本方法，即狀態(tài)方程法和節(jié)點(diǎn)分析法，保證算法的數(shù)值穩(wěn)定性和精度是兩者共同關(guān)注的問題。兩相比較，狀態(tài)方程法雖然較為靈活,但節(jié)點(diǎn)分析法計(jì)算速度更快，對(duì)于大規(guī)模電力系統(tǒng)而言，狀態(tài)方程法的仿真時(shí)間很長；因此，很多電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真的專門軟件都采用了節(jié)點(diǎn)分析法的基本框架，它們統(tǒng)稱為EMTP類程序。EMTP在對(duì)相關(guān)電力設(shè)備進(jìn)行仿真建模的過程中表現(xiàn)的十分靈活，結(jié)果準(zhǔn)確，是認(rèn)識(shí)瞬態(tài)現(xiàn)象的一款優(yōu)秀的時(shí)域仿真工具。表1-1EMTP研究范疇EMTP能夠研究的問題應(yīng)用場景分析列舉電力系統(tǒng)操作暫態(tài)分析解列過電壓、自動(dòng)重合閘等電力系統(tǒng)故障暫態(tài)分析短路故障等電力電子化裝置暫態(tài)分析HVDC、FACTS等其他電力電子化裝置諧波、無功功率、諧振等上世紀(jì)六十年代，加拿大教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了第一個(gè)電磁暫態(tài)仿真程序EMTP，在此基礎(chǔ)上，PSCAD/EMTDC等仿真軟件被開發(fā)出來；其中EMTP最初是用來計(jì)算具有分布和集中參數(shù)的單相或多相網(wǎng)絡(luò)中的電磁瞬變的。PSCAD/EMTDC最初是用于研究高壓直流輸電系統(tǒng)以及計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)分布集總參數(shù)的，后來發(fā)展成為能完成電力電子仿真以及對(duì)大型電力系統(tǒng)進(jìn)行全三相精確模擬的多功能工具，在高壓直流輸電、諧波分析、風(fēng)機(jī)控制等諸多領(lǐng)域均有成功應(yīng)用。其中，電磁暫態(tài)仿真軟件的大致分類如圖1-1所示。圖1-1電磁暫態(tài)仿真軟件發(fā)展當(dāng)前，市面上應(yīng)用于電力系統(tǒng)的主要電磁暫態(tài)程序有加拿大研發(fā)的PSCAD/EMTDC、EMTP、德國西門子的NETOMAC等，市面上的諸類軟件存在一定的共性。它們的仿真步長很小，一般為幾十微秒級(jí)別，數(shù)值積分算法多采用隱式梯形法。但是在仿真過程中難免會(huì)有限制因素，譬如基于梯形積分法則的EMTP類程序，此類程序通過構(gòu)造離散節(jié)點(diǎn)方程來推導(dǎo)分析，但在仿真過程中無法根據(jù)需求改變積分步長大小，計(jì)算量很大，限制了仿真速度和電網(wǎng)規(guī)模分析。同樣，PSCAD/EMTDC即使能準(zhǔn)確得到寬帶動(dòng)態(tài)信息，但是由于時(shí)間步長級(jí)別小，計(jì)算量大，不適合仿真大規(guī)模電網(wǎng)。對(duì)于時(shí)域仿真中的兩種輸電模型——準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型和電磁暫態(tài)模型，前者能輕松仿真大規(guī)模微網(wǎng)，后者則只適合分析小擾動(dòng)的小規(guī)模電網(wǎng)；此外，后者能夠模擬非線性電力電子裝置的動(dòng)態(tài)特性，前者則僅限于分析直流系統(tǒng)。1.2移頻暫態(tài)仿真對(duì)于移頻電磁暫態(tài)仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外相關(guān)研究主要研討了如何對(duì)同步電機(jī)、傳輸線、換流站等電力元件的移頻模型進(jìn)行搭建，并將移頻技術(shù)與電磁暫態(tài)仿真相結(jié)合，從而增大了仿真步長，提高了仿真精度，提升了仿真效率，進(jìn)而驗(yàn)證了移頻仿真技術(shù)的可行性和有效性。1.3動(dòng)態(tài)相量法動(dòng)態(tài)相量法又叫廣義平均法，以狀態(tài)空間平均模型和時(shí)變Fourier系數(shù)為基礎(chǔ)，是一種能夠高度近似原始時(shí)域模型的廣義平均理論。它通過建立不同頻率下的動(dòng)態(tài)相量模型進(jìn)行仿真分析，但是對(duì)于高頻動(dòng)作的電力電子裝置存在諧波截?cái)嗾`差，將影響到仿真精度。狀態(tài)空間平均模型的動(dòng)態(tài)相量具有更寬的頻帶，它源于時(shí)域平均模型理論，利用時(shí)變Fourier系數(shù)，能反映更多的系統(tǒng)高頻特性。此外，時(shí)變動(dòng)態(tài)相量方法能夠針對(duì)性地選擇系統(tǒng)占主導(dǎo)幅值地位的頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)過程分析，減少計(jì)算量，提高仿真效率。并且，它可以基于較大的仿真步長計(jì)算快速電磁暫態(tài)過程，仿真速度快。國內(nèi)外對(duì)動(dòng)態(tài)相量法的研究已經(jīng)有了一定成果，更深層次的理論還沒有被研究透徹，所以目前還沒有廣范圍的應(yīng)用。此外，上世紀(jì)90年代時(shí)希爾伯特便被用于頻譜分析，之后，由NordenE.Huang及其他成員提出了HHT變換法，結(jié)合希爾伯特變換就可以求出相關(guān)瞬時(shí)響應(yīng)頻譜，并且其時(shí)頻辨識(shí)性較高，因此在電磁暫態(tài)分析以及電能質(zhì)量監(jiān)測等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。1.4目前研究存在的問題及今后研究方向首先，時(shí)頻分析分為很多類別，比如STFT、小波變換以及如GABOR展開等，可以有效分析處理多種信號(hào)，它們都是以Fourier變換為基礎(chǔ)，F(xiàn)ourier變換自身難免有一定的局限性，因此上述時(shí)頻分析法也存在很多問題。舉個(gè)例子來說，常用的基于狀態(tài)變量分析法的時(shí)變動(dòng)態(tài)相量法不得不列寫電路系統(tǒng)級(jí)的微分方程，所以在分析大型的能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)會(huì)非常吃力，加上當(dāng)下非線性電力電子器件的不斷涌入，計(jì)算機(jī)建模的精準(zhǔn)性受影響，動(dòng)態(tài)相量法的弊端又被進(jìn)一步放大。參考文獻(xiàn)楊明，張永明，張子騫，等.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真算法研究綜述[J].電測與儀表，2021:1-11.宋釗，舒德兀，嚴(yán)正，等.采用時(shí)頻坐標(biāo)變換的大規(guī)模交直流系統(tǒng)多模態(tài)仿真方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2020，44(05):130-137.姚蜀軍，韓民曉，黃聞而達(dá).基于時(shí)間尺度變換的大步長電磁暫態(tài)仿真[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，39(02):436-446.高仕林，宋炎侃，陳穎，等.電力系統(tǒng)移頻電磁暫態(tài)仿真原理及應(yīng)用綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2021:1-12.姬偉江.基于移頻分析理論的電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真研究及其實(shí)現(xiàn)初探[D].上海交通大學(xué)，2017.譚鎮(zhèn)東，高仕林，宋炎侃，等.基于根匹配的移頻電磁暫態(tài)建模與仿真[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2021:1-10.JIF，QIUY，WEIX，etal.Nodaldynamicequationusedforelectromagnetictransientsimulationoflinearswitchingcircuit[J].IETscience，measurement&technology，2018,12(5):626-633.李鵬，王成山，黃碧斌，等.分布式發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)時(shí)域仿真方法研究——(一)基本框架與仿真算法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2013,33(02):33-39.王成山，李鵬，王立偉.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真算法研究進(jìn)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009,33(07):97-103.黃聞而達(dá).電力系統(tǒng)快速電磁暫態(tài)仿真方法的研究[D].華北電力大學(xué)(北京)，2019.李鵬.分布式發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)仿真方法研究[D].天津大學(xué)，2010.KRAUSEPC，WASYNCZUKO，SUDHOFFSD，etal.Analysisofelectricmachineryanddrivesystems[M].WileyOnlineLibrary，2002.范圣韜，丁輝，洪潮，等.基于時(shí)域變換方法的同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)仿真模型[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2019,13(05):30-36.KRAUSEPC，WASYNCZUKO，SUDHOFFSD，etal.