电力系统电磁暂态概述资料
电力系统暂态分析要点与分析
电力系统电磁暂态分析Ch11.电力系统暂态指电力系统受突然的扰动后，运行参数发生较大的变化即引起电磁暂态、机电暂态过程。
电磁暂态是电压电流等电气运行参数的快速变化过程。
机电暂态是角速度等机械运行参数的慢速变化。
电力系统电磁暂态分析是研究交流电力系统发生短路（断线）后电压电流的变化。
2.元件参数指发电机、变压器、线路的属性参数，运行参数指反映电力系统运行状态的电气、机械参数。
3.故障类型：短路（三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地）、断线（一相断线、两相断线）。
对称故障（三相短路）、不对称故障（不对称短路、断线故障）。
短路故障（横向故障）、断线故障（纵向故障、非全相运行）。
简单故障：指电力系统中仅有一处发生短路或断线故障，复杂故障：指电力系统中有多处同时发生不对称故障。
4.短路危害：短路电流大使设备过热并产生一定的电动力、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。
短路计算目的:电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施、电气接线方式的选择。
短路解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器。
5. 无限大功率电源指短路点距离电源的电气距离较远时，短路导致电源输出功率的变化量远小于电源所具有的功率的电源。
6.无限大功率电源的三相突然短路电流：1.短路电流含有二种分量：基频稳态分量、直流暂态分量。
2.基频稳态分量比短路前电流大，其大小受短路后回路的阻抗值决定。
3.直流暂态分量其大小由短路前电流和短路后电流的交流稳态值决定，并按短路后回路的时间常数Ta 衰减为0（出现原因：短路前后电感电流不能突变）。
7.最大短路电流条件：短路前线路空载、短路后回路阻抗角≈90°、电压初始角α为0°或180°。
出现时间：在短路后0.01秒时刻出现。
短路冲击电流：指在短路时可能达到的最大短路电流瞬时值。
三相电流中那相的直流分量起始值越大，则其短路电流越大。
电力系统中的电磁暂态分析与建模方法研究
电力系统中的电磁暂态分析与建模方法研究第一章：介绍在现代社会中，电力系统扮演着至关重要的角色。
然而，电力系统的稳定性和可靠性一直是一个挑战。
在电力系统运行过程中，暂态问题会产生，特别是在电力系统发生故障时。
因此，电磁暂态分析与建模方法的研究对于电力系统的正常运行至关重要。
第二章：电磁暂态问题概述电力系统中的电磁暂态问题是指电力系统在发生故障、开关操作等事件时所产生的瞬态现象。
电力系统暂态问题主要包括短路故障、开关操作、大负荷变化等。
这些暂态问题会导致电压和电流的剧烈变化，进而影响电力系统的稳定性和可靠性。
第三章：电磁暂态分析方法电磁暂态分析方法是指用于分析电磁暂态问题的方法和技术。
常用的电磁暂态分析方法包括时域方法和频域方法。
时域方法基于电磁场的时间变化进行分析，能够提供更详细的暂态信息。
频域方法则基于电磁场的频谱进行分析，能够提供系统的频率响应特性。
第四章：电磁暂态建模方法电磁暂态建模方法是指用于建立电力系统暂态模型的方法和技术。
在电磁暂态建模中，常用的方法包括潮流计算、状态估计、线路参数估计、设备模型等。
潮流计算是电力系统分析中的基本方法，用于确定电力系统中各节点的电压和功率。
状态估计用于通过测量值推测电力系统中的未知状态变量。
线路参数估计用于确定电力系统中线路的参数，包括电阻、电感和电容等。
设备模型包括变压器、发电机、输电线路、负荷等模型。
第五章：电磁暂态分析与建模在电力系统中的应用电磁暂态分析与建模在电力系统中有广泛的应用。
其中之一是故障分析。
通过对电磁暂态分析和建模，可以快速准确地判断电力系统中的故障类型和位置，为故障处理提供有效的依据。
此外，电磁暂态分析与建模还可以用于评估电力系统在不同工况下的稳定性和可靠性，为电力系统规划、运行和维护提供技术支持。
第六章：电磁暂态分析与建模方法的发展趋势随着技术的不断进步，电磁暂态分析与建模方法也在不断发展。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先，基于人工智能的电磁暂态分析与建模方法将得到广泛应用。
三种电磁暂态模型
三种电磁暂态模型三种电磁暂态模型引言：电磁暂态是指电路中由于突然的变化而产生的瞬态现象。
在电力系统中，由于开关操作、故障发生等原因，电路中会出现电压和电流的突变，从而导致电磁暂态现象的发生。
为了分析和解决这些问题，人们提出了多种电磁暂态模型。
本文将介绍三种常见的电磁暂态模型：RLC 串联模型、传输线模型和阻抗模型。
一、RLC串联模型1.1 模型概述RLC串联模型是一种简化的电磁暂态模型，用于描述线性元件（电阻、电感、电容）在串联连接时的响应。
该模型假设线性元件之间没有耦合，并且忽略了线性元件内部的分布参数。
1.2 模型特点- 该模型适用于低频范围内的分析，可以较好地描述低频暂态过程。
- 由于忽略了线性元件内部分布参数，该模型在高频范围内可能存在误差。
- 该模型简单易用，计算速度较快。
二、传输线模型2.1 模型概述传输线模型是一种较为精确的电磁暂态模型，用于描述电力系统中的传输线路的响应。
该模型考虑了传输线的分布参数、终端阻抗以及反射和透射现象。
2.2 模型特点- 该模型适用于高频范围内的分析，可以较好地描述高频暂态过程。
- 由于考虑了传输线的分布参数和终端阻抗，该模型可以更精确地描述传输线上的信号传播和反射特性。
- 该模型计算复杂度较高，需要使用数值方法进行求解。
三、阻抗模型3.1 模型概述阻抗模型是一种常见的电磁暂态模型，用于描述电力系统中各种设备（如变压器、发电机等）的响应。
该模型基于设备本身的等效电路，并考虑了设备内部元件之间的耦合关系。
3.2 模型特点- 该模型适用于各种设备在电磁暂态下的分析，可以较好地描述设备内部元件之间的相互作用。
- 由于基于设备本身的等效电路，该模型可以更精确地描述设备的响应特性。
- 该模型计算复杂度较高，需要使用数值方法进行求解。
结论：在电磁暂态分析中，不同的模型适用于不同的场景。
RLC串联模型适用于低频范围内的分析，传输线模型适用于高频范围内的分析，而阻抗模型适用于各种设备的分析。
电力系统稳态与电磁暂态分析
电力系统稳态与电磁暂态分析电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施之一，它负责将发电厂产生的电能送达各个终端用户。
为了确保电能的稳定供应，电力系统必须经历稳态与电磁暂态分析。
稳态分析是电力系统的基本分析方法之一，它主要用于研究系统各个节点之间的电压、电流和功率等参数的平衡状态。
稳态分析主要包括节点电压计算、潮流分析和功率平衡等。
首先，节点电压计算是通过给定的负荷和发电机容量，根据节点电压的平衡条件来计算系统各个节点的电压值。
其次，潮流分析是基于节点电压计算结果，通过网络拓扑和传输线路参数等，计算系统中各个节点之间的电流、功率和电压损耗等。
最后，功率平衡是通过对发电机出力和负荷功率消耗进行计算，确保系统总功率的平衡。
电磁暂态分析是电力系统的另一个关键分析方法，它研究的是电力系统在突发故障或大幅度负荷变化等情况下的电磁暂态过程。
电磁暂态通常分为两个阶段，即前期暂态和后期暂态。
前期暂态是指故障刚刚发生时，系统中电流和电压等参数的快速变化过程。
在前期暂态分析中，我们需要关注故障瞬态稳定性和故障电流的计算等。
随着时间的推移，系统逐渐恢复到新的平衡状态，进入后期暂态阶段。
后期暂态分析主要关注系统电压的恢复过程和发电机的重新同步等。
为了准确分析电力系统的稳态与电磁暂态，并保证其可靠运行，需要采用一些数学模型和计算工具。
在稳态分析中，常用的方法包括节点电压平衡方程、潮流方程和功率平衡方程等。
这些方程可以通过牛顿-拉夫森法等数值计算方法进行求解。
在电磁暂态分析中，常用的方法包括短路电流计算、阻抗匹配和时间域仿真等。
这些方法可以通过潮流数据和系统参数计算得到。
在实际应用中，稳态与电磁暂态分析对电力系统的设计、规划、运行和维护等都具有重要意义。
首先，稳态分析能够帮助工程师了解系统的潮流分布、节点电压偏差、功率损耗等情况，为电网设计和规划提供有价值的数据。
其次，电磁暂态分析可以帮助工程师评估系统在故障情况下的稳定性，为系统保护和自动装置的设计提供参考。
电力系统暂态分析(第三章节)
01
02
03
线性最优控制
通过设计最优控制器，使 得系统状态变量能够快速 收敛到稳定状态。
非线性控制
针对电力系统的非线性特 性，设计相应的非线性控 制器来提高系统的暂态稳 定性。
鲁棒控制
考虑系统参数不确定性和 外部扰动等因素，设计鲁 棒控制器来保证系统的暂 态稳定性。
04 电力系统暂态过程仿真技术
CHAPTER
提高电能质量
通过对暂态现象的监测和分析，可以及时发现并处理影响电能质量 的因素，提高供电质量。
推动电力科技进步
对暂态现象的研究涉及到电力系统分析、控制、保护等多个领域， 是推动电力科技进步的重要途径。
02 电力系统暂态数学模型
CHAPTER
同步发电机数学模型
1 2 3
同步发电机基本方程
基于电磁感应和电路原理，建立同步发电机的电 压、磁链、转矩和功率等基本方程。
数字仿真法原理及实现
数字仿真法原理
基于数值计算方法，将电力系统暂态过程描述为一系列数学方程，通 过计算机进行数值求解，得到系统状态变量的时域响应。
实现步骤
建立系统数学模型 → 选择合适的数值计算方法 → 编制仿真程序 → 运行仿真程序并输出结果。
优点
精度高、灵活性强、适用范围广；
缺点
计算量大、实时性差。
电力系统暂态分析(第三章节)
目录
CONTENTS
• 电力系统暂态现象概述 • 电力系统暂态数学模型 • 电力系统暂态稳定性分析 • 电力系统暂态过程仿真技术 • 电力系统暂态过程实验技术 • 电力系统暂态过程暂态现象定义与分类
暂态现象定义
电力系统在运行过程中，由于各种内外部因素导致系统状态 发生快速、短暂的变化，这些变化被称为暂态现象。
电磁暂态分析在电力系统中的应用
电磁暂态分析在电力系统中的应用随着工业化进程的推进，电力系统的规模和复杂性也不断增加。
为了确保电力系统的安全稳定运行，电磁暂态分析成为一项重要的技术。
本文将从电磁暂态分析的基本原理、应用领域以及未来发展等方面进行探讨。
一、电磁暂态分析的基本原理电磁暂态分析是指对于电力系统中电磁暂态过程进行数学建模和仿真分析的方法。
在电力系统中，暂态过程包括开关操作、短路故障、雷击、并网等。
电磁暂态分析的基本原理是根据麦克斯韦方程组和电路方程建立电磁暂态模型，并通过数值计算方法求解该模型，得到电力系统在暂态过程中的电磁量和电压电流分布。
二、电磁暂态分析的应用领域1.电力线路设计与优化电磁暂态分析可以帮助电力系统设计师在设计电力线路时考虑到电磁暂态的影响，确保线路的安全可靠运行。
通过对不同线路结构、参数和运行工况进行仿真分析，可以评估线路的电磁暂态响应，选择合适的线路参数和拓扑结构，从而减小对电力系统的冲击。
2.开关操作与故障诊断在电力系统的运行过程中，开关操作和故障是常见的暂态过程。
电磁暂态分析可以模拟开关操作和故障过程，分析电力系统的电磁量和电压电流响应，为开关操作和故障诊断提供支持。
通过电磁暂态分析，可以准确判断开关操作时间、故障类型和位置，及时采取相应措施，避免事故发生。
3.电力设备选型和保护配合电磁暂态分析可以帮助电力系统设计师选择合适的电力设备，并辅助设定保护参数。
通过电磁暂态分析，可以评估设备的抗暂态能力，为设备选型提供依据。
同时，对于设备的保护参数设置，电磁暂态分析也可以提供合理的建议，确保设备在暂态过程中的安全运行。
4.电力系统可靠性评估电力系统的可靠性评估是保障电力系统安全稳定运行的重要手段。
电磁暂态分析可以模拟不同的故障情况，分析电力系统的电磁量和电压电流响应，评估系统的可靠性。
通过电磁暂态分析，可以找出电力系统中存在的潜在问题，提出改进措施，提高系统的可靠性。
三、电磁暂态分析的未来发展1.智能化和自动化随着人工智能和大数据技术的发展，电磁暂态分析将朝着智能化和自动化方向发展。
电子工程中的电力系统电磁暂态分析技术
实际应用：在电力系统规划、设计、 运行、维护等方面提供技术支持
多学科交叉和跨领域合作解决方案
电力系统电磁 暂态分析技术 的挑战：复杂 性、不确定性、
实时性等
多学科交叉： 电气工程、计 算机科学、数 学、物理等学
科的融合
跨领域合作： 学术界、工业 界、政府等各
方的合作
解决方案：建立 跨学科研究团队， 开展联合研究， 共享资源和知识， 共同解决电力系 统电磁暂态分析
技术方法：暂态电压、暂态电流、暂态功率等暂态量的测量和分析
结果评价：故障诊断的准确性、优化设计的有效性、运行维护的实用性等
变压器和电机电磁暂态分析
变压器和电机在电力系统中的重要性 电磁暂态分析在变压器和电机设计中的应用 变压器和电机电磁暂态分析的案例分析 变压器和电机电磁暂态分析的未来发展趋势
电力系统故障诊断和预防
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电力系统电磁暂 态分析技术的未 来展望和发展趋 势
新型电力系统的电磁暂态特性研究
新型电力系统的特点：分布式、智能化、环保 电磁暂态特性研究的重要性：提高电力系统的稳定性和可靠性 研究方法：数值模拟、实验研究、理论分析 发展趋势：更加注重环保和可再生能源的利用，提高电力系统的效率和灵活性
高效数值计算方法和并行计算技术发展
技术的挑战。
人工智能和大数据技术的应用前景
电力系统电磁暂态分析技术的挑战：数据量大、计算复杂、模型不确定性
人工智能和大数据技术的解决方案：利用机器学习和深度学习进行数据处理和分析
人工智能和大数据技术的应用前景：提高电力系统电磁暂态分析的效率和准确性，降低成本 和风险
人工智能和大数据技术的挑战：数据安全和隐私保护，技术普及和推广
电力系统电磁暂态仿真模型研究
电力系统电磁暂态仿真模型研究在电力系统中，电磁暂态是指由于电力系统运行过程中突发的故障、开关操作或外界干扰等原因引起的瞬态过程。
电磁暂态对电力系统的稳定运行和设备的安全性具有重要的影响，因此研究电力系统电磁暂态仿真模型成为了电力系统领域的热点问题。
一、电磁暂态仿真模型的概念和意义电磁暂态仿真模型是指通过计算机建立的电力系统暂态过程的数学模型，它能够模拟电力系统在受到突发干扰时的电气行为，包括电压、电流、功率等。
研究电磁暂态仿真模型的意义在于能够预测电力系统在各种故障或异常情况下的响应，优化电力系统的运行，并加强对各种电气设备的保护。
二、电磁暂态仿真模型的建立方法1. 电磁暂态仿真模型的数学基础电力系统电磁暂态的数学建模通常采用电磁场理论、电路理论和数值计算方法等。
通过建立节点电压方程、支路电流方程等数学模型，可以准确描述电力系统暂态过程中的电磁现象。
2. 电磁暂态仿真模型的建立步骤电磁暂态仿真模型的建立通常包括以下几个步骤：(1) 收集电力系统拓扑结构和参数数据。
(2) 建立节点电压方程和支路电流方程并求解。
(3) 根据计算结果进行系统状态评估和故障诊断。
三、电磁暂态仿真模型的应用领域1. 电力系统的故障分析与诊断电磁暂态仿真模型可以用于电力系统的故障分析与诊断，通过模拟各种故障情况下的电气行为，可以准确判断故障的类型和位置，并提供相应的故障处理建议。
2. 电力系统的保护与控制电磁暂态仿真模型可以用于电力系统的保护与控制策略的设计和优化。
通过模拟各种保护与控制方案，可以评估其对电力系统暂态过程的影响，并提供最优的保护与控制策略。
3. 电力设备的设计与改进电磁暂态仿真模型可以用于电力设备的设计与改进。
通过模拟电力设备在暂态过程中的电气行为，可以评估其受干扰的程度和稳定性，并提供改进设计的建议。
四、电磁暂态仿真模型研究的趋势随着电力系统的规模和复杂度的增加，电磁暂态仿真模型研究也面临着新的挑战和需求。
电力系统的电磁暂态分析与控制
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电力系统电磁暂态概述
电力系统电磁暂态概述电力系统电磁暂态是指在电力系统中发生突发故障或其他突变事件时，电流、电压和电磁场等物理量发生急剧变化的现象。
电磁暂态的产生和传播会对电力系统的稳定性、设备安全运行以及电力质量产生重要影响，因此对电力系统电磁暂态进行研究和分析具有重要意义。
电磁暂态的产生原因可以是突发故障，如线路断开、短路、闪络等，也可以是非突发的变化，如变压器切换、电容器接入等。
在这些事件发生时，电路参数会瞬间发生变化，从而导致电流和电压的快速变化，进而引发电磁场的变化。
电磁暂态的传播特性和影响主要体现在以下几个方面：1.电压与电流的快速变化：电磁暂态引起电流和电压的急剧变化，可能导致设备的过电压或过电流，对设备的绝缘和电气特性产生不利影响，甚至引发设备损坏或烧毁。
2.动态稳定性影响：电力系统电磁暂态会影响电力系统的动态稳定性，如电力系统电机的启动过程中，电磁暂态会导致电压和电流的不稳定变化，从而对电机驱动性能产生负面影响。
3.区域电力质量：电磁暂态的传播会引起电力系统中的电压波动、频率变化等问题，导致电力质量下降，对电力用户的用电设备产生影响，甚至影响整个电力系统的稳定运行。
为了有效应对电力系统电磁暂态，电力系统需要做出以下方面的工作：1.设备参数优化：在电力系统的设计和运行中，通过优化电路元件的参数（如电容、电感、电阻等）来降低电磁暂态的产生和传播。
2.电力系统保护：通过合理设计和配置电力系统保护装置，快速切除异常电路并限制电流和电压的过大波动，从而保护设备的安全运行。
3.模拟和仿真技术研究：利用电力系统的仿真和模拟技术研究电磁暂态的传播和影响规律，为系统设计和运行提供参考和依据。
4.电力系统监测与调节：通过电力系统的监测和调节手段，实时监测电力系统的状态和参数，及时调节电路参数和配置，降低电磁暂态的影响。
总之，电力系统电磁暂态是电力系统中常见的现象，其产生和传播会对电力系统的稳定性和电力质量产生重要影响。
电力系统过负荷时的电磁暂态分析
电力系统过负荷时的电磁暂态分析当电力输送系统过载时，将出现大量的电流流入负载电器中，从而导致电力系统发生大规模的暂态电压和电流。
这种现象被称为电磁暂态。
对于电力系统来说，电磁暂态是一种非常严重的问题，因为它会直接影响到电力系统的稳定性和安全性。
因此，对于电力系统过载时的电磁暂态进行分析是十分必要的。
1、电磁暂态的产生和传播电磁暂态是由于电力系统中负载过重、变电站突然切断等因素引起的。
当电力系统中的负载过载时，电流将开始流入负载电器中。
过量的电流在输电线路、变压器、发电机等设备内产生热量，使设备温度升高，内部介质击穿形成电击放电，造成设备损坏。
此外，电磁暂态也可能由其他原因引起，例如雷击、地电层颠簸、电力系统失稳等。
电磁暂态的传播主要有两种形式：一种是传导方式，即沿电力系统内的金属元件传播；另一种是辐射方式，即通过空气介质辐射传播。
其中，辐射方式是导致电力系统发生电磁暂态的最主要原因。
2、电磁暂态分析的方法针对电力系统过载时的电磁暂态问题，研究人员开发了一系列相应的分析方法，包括模拟和实验两种。
2.1 模拟方法模拟方法主要是利用计算机模型对电磁暂态进行仿真分析。
常用的模拟方法有时间域、频域、脉冲响应、有限元等。
时间域法一般用于分析电磁暂态中控制系统的响应。
它可以通过数值解决电磁暂态中的电路等方程，描述暂态信号的行为，并预测控制系统在暂态状态下的响应。
这种方法对于电力系统中非线性元件（例如钳位器、断路器等）的建模较困难。
频域法可以快速地获得电磁暂态的频率响应和频谱特征。
它通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，适用于分析电力系统中的线性元件。
脉冲响应法主要用于分析电力系统中非线性元件的行为。
它把电力系统看作一个多端口传输线网络，通过数值积分方法快速计算出系统电磁响应的过渡过程和幅值。
在实际应用中，有限元法也经常用于电磁暂态分析。
通过将真实系统中的串联中心线、导线和其他设备建模为有限元，可以快速计算出系统中可能出现的过载、电击和其他电磁暂态现象。
输电线路的电磁暂态分析与优化
输电线路的电磁暂态分析与优化电磁暂态分析与优化是在输电线路设计与运行中一个重要的领域。
本文将介绍输电线路的电磁暂态分析的基本原理和方法，并探讨如何通过优化输电线路参数和配置来提高其电磁暂态性能。
一、电磁暂态分析的基本原理和方法电磁暂态是指电力系统中由于突发故障或外界干扰等原因引起的短暂性电磁过程。
电磁暂态分析的目的是研究电力系统在这些暂态过程中的电压、电流和功率等参数的变化规律，以及相关的保护控制策略。
电磁暂态分析的基本原理是利用电磁场方程和电路方程建立系统模型，通过求解这些方程得到系统的暂态响应。
常用的电磁暂态分析方法包括有限元法、时域法和频域法等。
有限元法是一种广泛应用的数值求解方法，其基本思想是将输电线路划分为离散的单元，然后在每个单元内求解电磁场方程和电路方程。
这种方法适合于复杂的线路结构和非线性的电磁问题。
时域法是另一种常用的电磁暂态分析方法，它是通过求解电磁场方程和电路方程的时间变化来研究系统的暂态响应。
时域法可以对系统的动态特性进行较为准确的描述，但需要较长的计算时间。
频域法是一种基于频率响应的分析方法，它通过将输入信号在频率域上分解成各个频率分量，然后求解系统的频率响应函数。
频域法主要适用于稳态暂态分析和谐波分析等场景。
二、优化输电线路参数和配置为了提高输电线路的电磁暂态性能，需要进行参数和配置的优化。
优化的目标是在满足电力系统稳定性和经济性要求的前提下，最大限度地提高线路的暂态响应能力。
参数优化主要是针对输电线路的电气参数进行调整，以提高其暂态稳定性。
例如，可以通过增加传输线的电感或降低电容来提高线路的暂态响应能力。
配置优化主要是针对输电线路的结构和布局进行调整，以提高其暂态性能。
例如，可以通过适当的选择导线材料、杆塔结构和绝缘字符串等措施来减小线路的暂态压降和电磁耦合。
优化的方法可以采用数学优化算法，如遗传算法、模拟退火算法等。
这些算法可以根据给定的优化目标和约束条件，自动搜索最优的线路参数和配置。
电磁暂态时间范围
电磁暂态时间范围电磁暂态是指电磁系统在切换或故障时，电流、电压和电磁场等物理量的瞬时变化过程。
它具有很高的瞬态特性，需要我们深入了解其时间范围，以便更好地理解和应对电磁暂态问题。
电磁暂态的时间范围可以从微秒级到几十毫秒级，视具体系统和故障类型而定。
在电力系统中，常见的电磁暂态包括开关操作、故障短路、雷击等。
这些暂态事件会引起电流和电压的瞬时变化，对电力设备和系统的安全运行产生一定的影响。
在电力系统运行中，开关操作是常见的电磁暂态事件。
当开关打开或关闭时，由于电感和电容的存在，电流和电压会发生瞬时变化。
这种变化的时间范围通常在微秒级，需要通过合理的开关设计和保护装置来控制和限制暂态电压和电流的影响。
故障短路也是引起电磁暂态的主要原因之一。
当电力系统发生短路故障时，电流会瞬间增大，电压会瞬间降低。
这种暂态事件的时间范围通常在毫秒级，需要通过及时的故障检测和保护动作来避免故障扩大和设备损坏。
雷击是另一个引起电磁暂态的重要因素。
当雷电击中电力设备或输电线路时，会产生非常高的电压和电流，瞬间引起电磁暂态。
这种暂态事件的时间范围通常在毫秒级，需要通过合适的防雷装置和接地系统来保护设备和人员的安全。
电磁暂态时间范围的了解对于电力设备和系统的设计、运行和维护都非常重要。
在设计阶段，需要考虑暂态事件对设备的影响，合理选择设备参数和保护措施。
在运行和维护阶段，需要及时监测和处理暂态事件，确保系统的安全可靠运行。
电磁暂态是电力系统中不可忽视的重要问题，其时间范围从微秒级到毫秒级不等。
我们需要深入了解电磁暂态的特性和影响，采取合适的措施来应对和处理暂态事件，确保电力系统的安全稳定运行。
电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究
电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究引言随着电力系统规模的不断扩大和复杂性的增加，电磁暂态问题在电力系统的可靠性和稳定性中扮演着重要的角色。
电磁暂态是指电力系统在发生突发故障或操作调整时，电压、电流和功率等量的变化过程。
这种电磁暂态现象可能会导致电力系统的电压崩溃、设备的损坏以及不稳定电力供应。
因此，电力系统电磁暂态仿真与分析技术的研究对于提高电力系统的稳定性和安全性具有重要意义。
1. 电力系统电磁暂态仿真技术的发展1.1 传统方法的局限性传统的电磁暂态仿真方法主要采用解析法或试验法进行分析。
解析法通常基于电力系统的一些假设，以推导出数学模型，并求解相关的方程。
这种方法需要大量的计算和复杂的计算算法，难以应对大规模电力系统的复杂性。
试验法则是通过实验来确认电力系统中的电磁暂态现象。
然而，试验法需要大量的资源和时间，且在试验过程中无法控制一些参数。
因此，这些传统方法在电力系统电磁暂态仿真与分析中存在一定的局限性。
1.2 基于计算机仿真的方法随着计算机技术的发展，基于计算机仿真的电磁暂态分析方法逐渐被广泛采用。
这种方法利用电力系统的建模和计算机仿真技术，以数字计算的方式模拟电力系统的运行过程。
通过合理的建模和仿真参数，可以准确地模拟电力系统中的各种暂态现象，并对其进行分析和评估。
计算机仿真方法不仅具有高效、准确的特点，还可以扩展到大规模电力系统，使得电磁暂态仿真与分析的研究更具深度和广度。
2. 电力系统电磁暂态仿真与分析技术的应用2.1 设备故障分析电力系统中的设备故障是电磁暂态造成的主要原因之一。
通过仿真与分析技术，可以模拟不同类型的设备故障，如电压短路、线路开路等，并分析其对电力系统稳定性的影响。
基于仿真结果，可以评估设备故障对电力系统的安全性和可靠性的影响，并采取相应的措施进行改进和修复。
2.2 电磁干扰分析电力系统中的电磁干扰现象对于电力设备和通信设备的正常运行具有重要影响。
仿真与分析技术可以模拟电力系统中不同频率和幅值的电磁干扰，并分析其对设备性能的影响。
电力系统的电磁暂态分析与建模
电力系统的电磁暂态分析与建模1. 介绍电力系统电磁暂态的意义和挑战电力系统是我们现代生活中不可或缺的基础设施，然而，在电力系统运行过程中，经常会发生各种电磁暂态现象，如瞬时过电压、过电流等，这些暂态现象可能对系统的稳定性和设备的正常运行造成严重影响。
电力系统的电磁暂态分析就是为了研究和理解这些暂态现象，并提出相应的模型和解决方案。
然而，电磁暂态分析面临着很多挑战，包括系统复杂性、模型建立的准确性等等。
因此，我们需要深入研究和分析电磁暂态，并建立相应的模型来辅助分析和设计电力系统。
2. 电力系统电磁暂态的基本原理电力系统中的电磁暂态是由于突然改变电路的参数或电源的性质而引起的。
比如，在发电机发生故障或者线路突然接触断裂时，就会引发电磁暂态现象。
这些突变会导致电力系统中的电流、电压和电场等发生瞬间的变化。
电磁暂态的分析可以基于电磁场理论和电路理论。
通过电磁场理论，可以计算和分析电磁暂态过程中的电场和磁场分布。
而电路理论则可以用来分析电力系统中的电流和电压。
这两者的结合可以为电力系统的电磁暂态分析提供全面的理论支持。
3. 电磁暂态分析的模型建立在电磁暂态分析中，模型的建立是非常关键的。
模型的准确性和适用性将直接影响到分析结果的正确性和可靠性。
因此，在建立电力系统的电磁暂态模型时，需要考虑以下几个因素：首先，需要准确地描述电力系统中各个元件的特性和参数。
比如，发电机的电压特性、变压器的变化率以及线路的阻抗等。
这些参数通常需要通过试验或仿真来获得。
其次，需要考虑各个元件之间的相互作用和耦合。
电力系统中的元件并不是孤立的存在，它们之间相互影响，需要建立相应的连接和关系。
最后，需要考虑系统中的控制和保护装置。
这些设备对电力系统的稳定性和安全性至关重要，因此，在建立模型的时候需要考虑它们的作用和影响。
4. 电磁暂态分析的应用和挑战电磁暂态分析在电力系统的设计和运行中起着重要的作用。
通过分析和模拟电力系统中的电磁暂态现象，可以预测系统的响应和性能，从而改善系统的可靠性和稳定性。
电力系统的电磁暂态分析方法
电力系统的电磁暂态分析方法电力系统的电磁暂态分析方法是研究电力系统在暂态过程中电磁场的分布和行为的重要工具。
电磁暂态指的是电力系统在突发性故障或变动中，电磁场发生的瞬时变化。
电力系统电磁暂态分析方法的研究，可以帮助我们深入了解电力系统的运行情况和其对设备的影响，为系统的安全稳定运行提供重要的指导和支持。
1. 电力系统的电磁暂态电力系统在运行过程中，常常会出现突发性故障或突变，如雷击、闪络、设备故障等，这些突发事件可能导致电力系统电磁场发生瞬时变化，从而对系统的安全运行产生影响。
电磁暂态一般分为两种类型：自然暂态和人为暂态。
自然暂态主要包括雷击、地闪、纵闪等现象；人为暂态则主要是指开关操作、故障发生等。
电力系统的电磁暂态分析方法旨在研究这些暂态过程中电磁场的分布和行为。
2. 电磁暂态分析方法的重要性电磁暂态分析方法对于电力系统的安全稳定运行至关重要。
通过分析电磁暂态过程中电磁场的分布和行为，可以帮助我们了解系统的脆弱点和缺陷，预测和评估故障的发生概率和影响程度，并采取相应的措施来提高系统的可靠性和鲁棒性。
此外，电磁暂态分析方法还可以为电力系统的设计、规划和运行管理提供参考依据。
3. 电磁暂态分析方法的基本原理电磁暂态分析方法的基本原理主要包括电磁场计算方法、电磁场仿真方法和电磁场测量方法。
电磁场计算方法通过建立系统的电磁场数学模型，运用各种数值计算技术来求解电磁场的分布和行为。
电磁场仿真方法则是通过计算机模拟电力系统的暂态过程，得到电磁场的变化规律和影响因素。
电磁场测量方法则是通过安装传感器和仪器设备，对电力系统中的电磁场参数进行实时监测和测量。
4. 电磁暂态分析方法的应用电磁暂态分析方法在电力系统的多个领域都有着广泛的应用。
首先，在电力系统设计和规划中，电磁暂态分析方法可以帮助工程师确定电力系统的故障等级、故障保护设备的配置及其参数，并评估系统的稳态和暂态工作性能。
其次，在电力系统运行管理和维护中，电磁暂态分析方法可以用于故障诊断和故障处理，帮助工程师快速准确地找出故障原因和修复故障设备。
电力系统电磁暂态特性分析
电力系统电磁暂态特性分析电力系统是一个复杂的系统，由大量的电气设备和电路构成，包括发电机、变电站、输电线路、配电线路、电力负载等。
在实际运行中，电力系统中会不可避免地产生各种电磁暂态现象，如过电压、过电流、电磁干扰等，这些暂态现象有可能导致电力设备的故障，甚至给人们带来巨大的经济损失和安全隐患。
因此，对电力系统的电磁暂态特性进行分析和研究，具有极为重要的现实意义。
一、电磁暂态的概念及影响电磁暂态是指在电力系统中短时间内发生的电压、电流和电场、磁场等参数的变化过程，主要包括以下几种类型：1.电压暂降和电压暂升：电力系统中由于外部干扰、设备操作等引起的系统电压瞬时下降或瞬时上升的现象。
2.过电压和过电流：电力系统中由于负载波动、故障、雷击等原因引起的电压或电流超过额定值的现象。
3.电磁干扰：电力系统中由于设备操作或外部干扰引起的电磁辐射或感应，对电子器件等产生干扰影响。
以上三种电磁暂态现象对电力系统和电力设备都会产生不同程度的影响。
如电压暂降和电压暂升会使电力设备失去稳态工作，从而对电力系统的稳定性和可靠性产生影响；过电压和过电流会对设备的绝缘性能产生损伤，甚至引发火灾等；电磁干扰会干扰电子设备的正常工作，给通讯、计算机等领域带来不良影响。
二、电磁暂态分析方法在对电磁暂态进行分析时，需要采用适当的分析方法，以得到准确的结果，并采取相应的措施消除或减小暂态影响。
常用的电磁暂态分析方法主要有以下几种：1.传统的解析法：该方法主要是基于电磁场理论，通过解析电路方程和场方程，求解相应的电磁场参数，如电压、电流、电场、磁场等。
2.数值模拟法：该方法主要是通过建立电磁场数值模型，利用数值计算手段求解电磁场参数。
3.试验分析法：该方法主要是利用实验手段对电力设备或系统进行测试和分析，以获得电磁暂态的详细信息。
三、电磁暂态仿真为了更好地模拟和分析电磁暂态现象，电气工程师经常使用电磁暂态仿真软件。
这种软件可以生成复杂的电路模型，并对电路中的电压、电流等参数进行仿真计算，以模拟电磁暂态的影响。
电力系统稳定性-电磁暂态
相应的计算公式为电流源的递推计算式为
3．电阻元件 图2-3所示的电阻元件电路，其电压、电流的关系 为代数方程，即 它直接描述了t 时刻的电压和电流之间的关系，因 此，图2-3中的电路本身就是它的暂态等值计算电 路。
1 ijk(t) = uj (t) −uk (t) R
[
]
(2-10)
以上给出了单个L、C、R元件的暂态等值计算电路。 当一集中参数元件同时含有几个参数 (例如R、L串联) 时，可以分别作出它们的暂态等值计算电路，然后进 行相应的连接。另外，对于并联电抗器和并联电容器 等接地元件，可以在暂态等值计算电路中令其接地端 电压为零。 暂态等值计算电路又称等值计算电路。后面在不引 起混淆的情况下，将它简称为等值电路。
元件的电磁耦合 计及输电线路分布参数所引起的波过程 有时甚至要考虑线路三相结构的不对称 线路参数的频率特性以及电晕等因素的影响
电磁暂态过程的分析方法可以分为两类：
一类是应用暂态网络分析仪—TNA ( Transient Network Analyzer) 的物理模拟方法。
另一类是数值计算(或称数字仿真)方法
在介绍具体方法以前，先引出隐式梯形积分公 式，以便应用。对于常微分方程，即
dx = f (x) dt
在t-∆t到t积分步长内的隐式梯形积分公式(以下 简称梯形积分公式)为
x(t) = x(t −∆t) +
∆t
2
{ f [x(t)]+ f [x(t −∆t]}
一、集中参数元件的暂态等值计算电路 1．电感元件 对于图2-1(a)所示的电感电路，可以列出其微分 方程，即
(二)线路损耗的近似处理 在一般情况下，线路绝缘的漏电损耗很小，常忽略不 计。至于电晕所引起的损耗则屑于专门研究课题，已 超出本书范围。因此，这里限于考虑线路电阻的影响。 当计及线路分布电阻时，就不能象无损线路那样导出 其简单的等值计算电路，而在工程计算中往往采用近 似的处理方法。例如，在EMTP中，将整个线路适当地 分成几段，每段视为无损线路，而将各段的总电阻进 行等分后分别集中在该段无损线路的两端。显然，分 段数愈多，则愈接近于分布电阻情况。但根据计算经 验，在一般线路长度下，分为两段便可以满足工程计 算的精度要求。
电力系统电磁暂态分析
电力系统电磁暂态分析绪论一、电力系统暂态过程概述电网参数①元件参数：发电机、变压器、线路等各个元件的属性参数（R 、L 、 C 、K ）②运行参数：反映元件当前运行状态的电气或机械参数（U 、I 、φ、ω）。
电网的运行状态①从控制管理的角度分类：正常、警戒、紧急、崩溃、恢复。
②按运行参数的变化来分类：稳态（正常）、暂态（故障）。
暂态的起因：突然的扰动（短路、设备故障、雷电、操作等）。
暂态过程包括二个过程：①电磁暂态：线路变压器电压电流等电气运行参数量的快速变化；（故障分析、元件保护快速切除）；②机电暂态：电机角位移、角速度等机械运行参数量的慢速过程。
（稳定性分析，电网安稳装置）。
电力系统分析：①电力系统稳态分析②电力系统暂态分析（电磁暂态分析、机电暂态分析）a) 电力系统电磁暂态分析（电力系统故障分析）：研究交流电力系统发生短路后电磁暂态过程。
b) 电力系统机电暂态分析（电力系统稳定性）：电力系统受到各种扰动后的机电暂态过程。
研究假设：快速与慢速过程的解耦，突出关键和便于分析①电磁暂态分析中一般忽略机电参数变化；②机电暂态分析则对电磁参数作近似假设。
二、电力系统暂态过程的研究方法①现场试验：风险大，费时费事，非必要时不采用；②模拟试验：动模试验（物理模拟）、数学模拟（直流计算台、交流计算台）、暂态网络分析仪（TNA ，电力系统物理模型与计算机技术结合产物）。
③数字仿真：数学模型、计算方法、程序编制、问题求解。
EMTP （Electro-magnetic Transient Program ）（UBC 、BPA 、EPRI/DCG ）；实时数字仿真RTDS （Real Time Digital Simulation ）。
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电力系统电磁暂态概述第1章电力系统电磁暂态概述1.1 电力系统电磁暂态现象.....................................................................................1.2 电力系统电磁暂态分析的目的.........................................................................1.3 电力系统电磁暂态研究的方法.........................................................................1.4 电力系统电磁暂态仿真的特点.........................................................................1.5 电力系统数字仿真.............................................................................................思考与练习题1.1 电力系统电磁暂态现象 (3)1.2 电力系统电磁暂态分析的目的 (6)1.3 电力系统电磁暂态研究的方法 (7)1.4 电力系统电磁暂态的特点 (9)1.4.1 频率范围广 (9)1.4.2 元件模型因计算目的而异 (11)1.4.3 行波现象和分布参数 (13)1.4.4 非线性元件和开关操作 (20)1.4.5 元件参数的频率特性 (21)1.4.6 时间跨度的要求 (22)1.5 电力系统数字仿真 (22)1.5.1 电力系统数字仿真的分类 (22)1.5.2 电力系统数字仿真的优点 (24)1.5.3 电力系统数字仿真软件 (25)第1章电力系统电磁暂态概述1.1 电力系统电磁暂态现象电力系统稳态运行时，发电厂发出的功率与用户所需要的功率及电网中损耗的功率相平衡，系统的电压和频率都是稳定的。
但电力系统在运行过程中常常会发生故障或需要进行操作，常见的电力系统故障有：雷击电力设备等雷害故障，短路、接地故障和谐振等电气故障，断线等机械故障。
常见的电力系统操作有：（1）断路器的投切操作，如合空载线路、合空载变压器、切空载线路、重合闸、甩负荷等。
（2）隔离开关的投切操作，如母线投切等。
电力系统发生故障或进行操作时，系统的运行参数发生急剧变化，系统的运行状态有可能急促地从一种运行状态过渡到另一种运行状态，也有可能使正常运行的电力系统局部甚至全部遭到破坏，其运行参数大大偏离正常值，如不采取特别措施，系统很难恢复正常运行，这将给国民经济生产和人民生活带来严重的后果。
电力系统运行状态的改变，不是瞬时完成的，而要经历一个过渡状态，这种过渡状态称为暂态过程。
电力系统的暂态过程通常可以分为电磁暂态过程和机电暂态过程。
电磁暂态过程指电力系统各元件中电场和磁场以及相应的电压和电流的变化过程，机电暂态过程指由于发动机和电动机电磁转矩的变化所引起的电机转子机械运动的变化过程。
虽然电磁暂态过程和机电暂态过程同时发生并且相互影响，但由于现代电力系统规模的不断扩大，结构愈益复杂，需要考虑的因素繁多，再加上这两个暂态过程的变化速度相差很大，要对它们统一分析是十分复杂的工作，因此在工程上通常近似地对它们分别进行分析。
例如，在电磁暂态过程分析中，由于在刚开始的一段时间内，系统中的发电机和电动机等转动机械的转速由于惯性作用还来不及变化，暂态过程主要决定于系统各元件的电磁参数，故常不计发动机和电动机的转速变化，即忽略机电暂态过程。
而在静态稳定性和暂态稳定性等机电暂态过程分析中，转动机械的转速已有了变化，暂态过程不仅与电磁参数有关，而且还与转动机械的机械参数（转速、角位移）有关，分析时往往近似考虑或甚至忽略电磁暂态过程。
只在分析由发动机轴系引起的次同步谐振现象、计算大扰动后轴系的暂态扭矩等问题中，才不得不同时考虑电磁暂态过程和机电暂态过程。
下面以一个简单开关接通RL 电路的例子，以便获得对在电力系统暂态时起关键作用的物理过程的充分了解。
一个正弦波电压接通到一个电感与电阻串联的电路上，如图1-1所示。
这实际上是一个高压断路器闭合到短路的输电线路或短路的电缆的最简单单相表示法。
电压源)sin()(θω+=t E t e m 代表连接的同步发电机的电动势。
电感L 包括发电机的同步电感、电力变压器的漏电感与母线、电缆与输电线的电感，电阻R 表示供电电路的电阻损耗。
图1-1 正弦波电压源接通到RL 串联电路假设s 0=t 时合闸，应用基尔霍夫电压定律，得到电路方程)sin(θω+=+t E dtdi L Ri m （1-1） 该方程为一阶常系数、线性、非齐次常微分方程，其解就是合闸电路的全电流，它由两部分组成：稳态分量和暂态分量，即aP P i i i +=其中稳态分量为)tan sin()(122R L t L R E i mP ωθωω--++= （1-2）暂态分量，也就是合闸电流的自由分量,记为a T t pt aP CeCe i -== （1-3） 式中，LR p -=，为特征方程0=+pL R 的根；R L p T a =-=1，为暂态分量电流衰减的时间常数；C 为由初始条件决定的积分常数。
在开关闭合之前，电感L 中的磁通为0，根据磁通守恒定律，在闭合的瞬间，即0)tan sin()(122=-++-R L L R E C mωθω由此得到)tan sin()(122R L L R E C mωθω--+-= （1-4）从而得到合闸的全电流表达式为tL R mme R L L R E R L t L R E t i )/(122122)tan sin()()tan sin()()(----+-+-++=ωθωωθωω （1-5）式（1-5）中的暂态分量含有t L R e )/(-衰减项，也称为直流分量，其系数为常数，数值大小取决于电流合闸瞬间，在)tan (1R Lωθ--为πk （其中 2,1,0=k ）时，直流分量为0，电流立即进入稳态，换言之，不存在暂态振荡过程。
但当开关闭合电路不在)tan (1RLωθ--为πk （其中 2,1,0=k ）时，合闸过程将引起电磁暂态过程，在)tan (1R L ωθ--为︒90时，暂态过程将达到最大电流，如图1-2所示。
图1-2 开关合闸的暂态过程电流波形1.2 电力系统电磁暂态分析的目的电磁暂态过程分析的主要目的在于分析和计算故障或进行操作后可能出现的暂态过电压和过电流，以便对电力设备进行合理设计。
通常情况下，电力系统电磁暂态产生的过电压在确定设备绝缘水平中起决定作用，据此制定高电压试验电压标准，确定已有设备能否安全运行，并研究相应的限制和保护措施。
此外，对于研究电力系统新型快速保护装置的动作原理及其工况分析，故障测距原理与定点方法以及电磁干扰等问题，也常需要进行电磁暂态过程分析。
另外，调查事故原因，寻找对策；计算电力系统过电压发生概率，预测事故率；检查电气设备的动作责能，如断路器的暂态恢复电压和零点偏移；检查继电保护和安全自动装置的响应等，也离不开电磁暂态过程的计算和模拟。
电磁暂态过程变化很快，一般需要分析和计算持续时间在ms级，甚至是μs 级以内的电压、电流瞬时值变化情况，因此，在分析中需要考虑元件的电磁耦合，计及输电线路分布参数所引起的波过程，有时甚至要考虑三相结构的不对称、线路参数的频率特性以及电晕等因素的影响。
1.3 电力系统电磁暂态研究的方法为了保证电力系统运行的可靠性、安全性和经济性，在电力系统设计、运行、分析和研究中必须全面地了解实际系统的电磁暂态特性。
目前，研究电力系统电磁暂态过程的手段有3种：（1）系统的现场实测方法。
（2）应用暂态网络分析仪（Transient Network Analyzer，简称TNA）的物理模拟方法。
（3）计算机的数字仿真（或称数值计算）方法。
系统的现场实测方法是在实际的电力系统上直接进行试验和研究，六十年代之前经常要在实际电力系统进行短路、操作等试验，这种试验对电力系统的考验是真实和严格的，以确保电力系统运行的可靠性、安全性和经济性，但是系统的现场实测方法会对电力系统的正常运行和电气设备带来很大危害，短路点的电弧有可能烧坏电气设备，很大的短路电流通过设备会使发热增加，当持续一定时间后，可能使设备过热而损伤；很大的短路电流引起的电动力有可能使设备变形或遭到不同程度的破坏；操作试验过程中产生的过电压可能引起电气设备载流部分的绝缘损坏，加剧绝缘材料的老化。
即便如此，实测对于研究电力系统电磁暂态过程仍是非常重要的，它一方面验证TNA及数字仿真的准确性，为系统安全运行提供依据；另一方面可以全面研究系统各类元件的参数特性，为TNA及数字仿真提供更精确的原始数据。
系统的现场实测常常会遇到困难，有些困难甚至是不可能解决的，利用模型系统进行试验和分析就成为一种非常有效的途径。
暂态网络分析仪就是一种用于研究电力系统动态特性的物理模型系统。
TNA方法多用于模拟操作过电压和交流过电压的暂态现象，同时通过改变元件特性，TNA也可用来模拟更高频率下的暂态现象。
它是在相似理论的指导下，把实际电力系统的各个部分，如同步发电机、变压器、输配电线路、电力负荷等按照相似条件设计、建造并组成一个电力系统模型，这样将一个高电压、大电流、体积庞大的电力系统，按照一定的比例转化为一个低电压、小电流、体积较小的模拟试验台，在模拟台中出现的电磁暂态现象，电压和电流的波形与它模拟的电力系统是一样的，用这种模型代替实际电力系统进行各种正常运行与故障状态的试验和分析。
与系统的现场实测相比，TNA方法对电力系统的正常运行和电气设备不产生影响，为了缩小模拟装置的尺寸，节省电感元件和电容元件，减少模拟设备的昂贵费用，并考虑到现有的技术条件、模拟精度要求等，选择恰当的比例尺是非常重要的。
TNA具有物理意义清晰，易于理解和使用的优点，可以多次重复试验现象，便于观察和研究，北美不少大的电力公司都将TNA作为培训新员工的一种工具。
随着现代电力系统的发展，电力系统的规模和复杂程度发生很大变化，采取物理模型的动态模拟方法受到很大限制。
与此同时，数字计算机和数值计算技术飞速发展，数字计算机的性能价格比不断提高，出现了用数学模型代替物理模型的新型模型系统。
电力系统数字仿真（Digital Simulation of Power System）就是将电力系统的电源、网络和负荷元件建立其数学模型，用数学模型在数字计算机上进行实验和分析的过程。
电力系统数字仿真的主要步骤为建立各元件数学模型、建立数字仿真模型和进行仿真试验。