动态过程中的时变幅频矢量与相量及故障分析的时变幅频对称分量法

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随着电力电子化并网设备在电力系统中占比的大幅提升,系统的故障暂态行为迥异于传统同步发电机主导下系统的故障暂态行为,电力电子化电力系统故障分析尤其是网络不对称故障分析面临新的挑战。然而目前对此新型电力系统的故障分析大多基于传统的理论与方法或加以修改,并未从根本上揭示电力系统故障暂态过程演化机理,认识到动态过程中设备内电势的时变幅频特征。对于时变幅频内电势激励下的网络故障暂态过程,描述系统中时变幅频信号的基本概念缺失,并且在网络不对称故障分析方面尚存在理论空白。为此,本文通过分析正/负序时变幅频旋转矢量投影三相瞬时值间关系的特征,建立时变幅频三相交流系统的旋转相量物理概念,并在此基础上服务于网络不对称故障分析提出时变幅频对称分量法。具体研究内容如下:(1)揭示了动态过程中设备内电势旋转矢量的时变幅频特征。本文以同步发电机与电压源型并网变换器为例,阐述了动态过程中设备时变幅频内电势旋转矢量的形成机制,并在小扰动与故障情况下仿真验证了设备内电势的时变幅频特征。(2)通过研究正/负序时变幅频旋转矢量在三相静止坐标系上投影瞬时值特性,建立了描述单相时变幅频信号的旋转相量概念以及三相旋转相量图。本文所建立的旋转相量概念为动态过程中的三相交流信号提供了几何化的描述方法,不仅刻画了各相瞬时值的幅频时变特征,而且直观地反映了三相瞬时值之间的关系。(3)基于动态过程中时变幅频旋转矢量与旋转相量物理概念,提出适用于电力电子化电力系统网络不对称故障分析的时变幅频对称分量法,并通过仿真验证了方法的正确性及其物理本质。本文所提的时变幅频对称分量法面向实际故障电气量演化机理,为电力电子化电力系统稳定运行与继电保护等奠定重要基础。
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