Evaluation of Time-Domain and Phasor-Domain Methods for Power System Transients

Les chercheurs et les ingénieurs utilisent largement la méthode des transitoires électromagnétiques (EMT) dans les études des systèmes électriques. La méthode EMT prend en charge la simulation des modèles en détail. Cependant, la vitesse de simulation est compromise en raison de la taille des pas de temps d'intégration. La thèse utilise la méthode Dynamic Phasor (DP) pour tenter d'accélérer les simulations transitoires des systèmes électriques. La méthode DP permet d'utiliser de grands pas de temps pour simuler avec précision la dynamique du système électrique dans une bande de fréquence centrée autour de la fréquence souhaitée. La thèse présente et améliore les méthodes de simulation disponibles pour les transitoires du système électrique, à savoir : Domaine de phaseur (PD), Domaine de phaseur triphasé (3pPD), EMT et DP. Ensuite, les résultats de simulation et les temps de simulation des méthodes sont comparés pour les cas de test pratiques présentés. De nouvelles démonstrations et comparaisons non disponibles auparavant sont effectuées. Parmi les améliorations apportées aux modèles, la thèse propose un nouveau modèle de machine synchrone basé sur la méthode DP, qui utilise des variables de phase dynamique plutôt que des variables temporelles instantanées. Ce modèle tient compte des harmoniques pour présenter une simulation précise des événements déséquilibrés. De plus, cette thèse explore l'approche DP pour la simulation des Perturbations Géomagnétiques (GMD). La simulation utilise l'harmonique DC pour présenter l'effet de GMD dans le réseau. Un modèle de saturation du transformateur et de la machine synchrone est présenté, qui utilise la fréquence fondamentale et l'harmonique CC pour modéliser GMD.

Abstract

Researchers and engineers extensively utilize the Electromagnetic Transients (EMT) method in studies of power systems. EMT approach allows for detailed modeling. However, the simulation speed is compromised due to the size of the integration time steps. The dissertation uses the Dynamic Phasor (DP) method to try to accelerate transient simulations of the power systems. The DP method allows using large time steps to accurately simulate power system dynamics within a frequency band centered around the desired frequency. The thesis presents and improves available simulation methods for power system transients, namely: Phasor Domain (PD), Three-phase Phasor Domain (3pPD), EMT, and DP. Then, the simulation results and simulation timings of the methods are compared for presented practical test cases. New, not previously available, demonstrations and comparisons are made. Amongst improvements in models, the thesis proposes a new synchronous machine model based on the DP method, which uses dynamic phasor variables rather than instantaneous time-domain variables. This model accounts for harmonics to present an accurate simulation of unbalanced events. Furthermore, this thesis explores the DP approach for the simulation of Geomagnetic Disturbances (GMDs). The simulation uses the DC harmonic to present the effect of GMD in the network. A saturation model of the transformer and synchronous machine is presented, which uses fundamental frequency and DC harmonic to model GMD.