基于RT-LAB的MMC换流器HVDC输电系统实时仿真

基于RT-LAB实时仿真平台,研究了实时仿真技术在基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(HVDC)中的应用。建立了基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真模型,并将RT-LAB的实时仿真结果与PSCAD/EMTDC的离线仿真结果进行了对比验证。两种仿真结果在暂态和稳态下都比较一致,这说明通过RT-LAB可以得到MMC高压直流输电系统的正确仿真结果。还对两种仿真方法的仿真时间进行了对比,说明通过RT-LAB的实时仿真可以大幅度提高对MMC换流器的仿真效率。研究结果为采用RT-LAB平台对柔性直流输电系统等大规模电力电子装置实时仿真研究应用提供了参考。     

关于电力系统电磁与机电暂态混合仿真的研究

针对传统电磁暂态仿真规模不够和机电暂态仿真精度不足,难以满足含高压直流输电(HVDC)和灵活交流输电(FACTS)设备的现代电网的仿真需要,总结和归纳了基于两者的混合仿真如何解决仿真规模、速度和精度的问题.比较了3种仿真技术,着重阐述了混合仿真的关键问题(包括网络的划分、接口的选择、网络的等值、数据通信的时序以及不同类型模型的统一连接等).通过分析混合仿真的发展趋势,指出了实时混合仿真和超实时混合仿真的应用前景.     

基于RTDS/CBuilder的电磁–机电暂态混合实时仿真方法

提出了基于实时数字仿真器(real time digital simulator, RTDS)的电磁–机电暂态混合实时仿真方法。在RTDS/CBuilder环境下,采用多线程和双链表稀疏矩阵技术开发了实时机电暂态仿真程序。提出了电磁和机电侧接口等值电路模型,并将RTDS电磁模型与实时机电暂态程序进行了连接,建立了混合实时仿真平台。该平台可以在详细分析含直流输电局部电网的同时,又能较准确地考虑交流系统对暂态稳定的影响。仿真算例证明了所提混合实时仿真方法的正确性。     

基于RT-LAB的高压直流输电建模方法研究

在进行高压直流输电建模时,RT-LAB仿真结果精确、仿真效率高且成本较低,但国内外关于利用RT-LAB进行建模的研究较少.基于RT-LAB实时仿真平台,以锡盟—泰州±800 kV特高压直流工程为背景,研究了实时仿真技术在特高压直流输电中的应用.首先根据RT-LAB的功能分块进行系统的模块划分,对各模块进行独立建模;在建模过程中,通过自定义建模的方法搭建模型控制部分;最后通过RT-LAB的ARTEMIS求解器将模型离散化.将模型的稳态以及暂态仿真结果与工程设计书所给数据进行比较,验证了模型的准确性.仿真结果表明,所提出的建模方法能够有效地对高压直流输电系统进行建模,对基于RT-LAB的高压直流输电建模具有重要意义.     

电力系统实时数字仿真器RTDS

电力系统实时数字仿真器RTDS(RealTimeDigitalSimulators)是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置 ,采用与EMTP仿真程序相同的算法 ,但由于其具有很强的硬件计算能力 ,进行系统研究时速度要快得多。另外 ,RTDS仿真系统的频率特性包括了一个很大的频率范围 (从直流到 4kHz) ,在此频率范围内 ,RTDS仿真系统是全面分析电力系统各种问题的理想工具。RTDS仿真系统可以用于电力系统分析研究、测试保护系统、控制系统的测试及其教育培训     

变斜率控制的 VDCOL仿真研究

在常规高压直流输电控制系统中,低压限流(VDCOL)对直流输电暂态稳定及交流系统电压稳定有重要的影响.基于实时数字仿真平台(RTDS),分析 VDCOL的设置参数对直流和交流系统稳定性的影响,并针对传统 VDCOL特性,验证了 VDCOL变斜率控制有利于系统稳定。     

基于HCM3000直流控制保护平台新型仿真系统实现与应用

介绍了基于HCM3000直流控制保护平台的新型仿真系统的整体构建,阐述了实时数字仿真器RTLAB的应用和HCM3000直流控制保护平台多种设备的配置。详细论述了仿真系统中直流控制保护系统的优化方法、与实时数字仿真器RTLAB互联的接口设计、仿真系统设备间互联的实现方式。利用工程师工作站采集实时数据对仿真系统进行监控,从而建成了较常规仿真系统结构简单且经济实用的直流输电仿真系统。最后通过在基于实际工程构建的仿真系统上进行试验验证,表明基于HCM3000直流控制保护平台的新型仿真系统能够准确地反映实际的电力系统暂态物理过程,可有效用于常规和柔性直流控制保护策略研究和优化、现场事故分析和决策。     

基于CPU-FPGA异构平台的虚拟同步并网逆变器 实时仿真算法设计

随着电力系统中电力电子器件的广泛应用,对于小步长(≤2μs)电磁暂态实时仿真的需求逐渐增加。此时,单独依靠CPU已难以满足其要求,转而结合现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)来实现是一大趋势。搭建了适用于虚拟同步并网逆变器系统实时仿真的CPU-FPGA异构计算平台。其中,FPGA电路部分采用优化EMTP (Electro-Magnetic Transient Program)流程实现,综合利用恒导纳开关建模、支路拆分并行处理及矩阵化流程计算来优化仿真实时性能。CPU控制部分采用虚拟同步控制,并设计了与FPGA异步通信的数据交互接口。最后,针对该并网逆变器系统进行小步长实时仿真,与Simulink离线仿真结果相对比,同时分析平台实时性能与FPGA上资源消耗,验证了基于所提平台实现虚拟同步并网逆变器系统实时仿真的准确性与有效性。     

大规模交直流电网电磁暂态数模混合仿真平台构建及验证：(一)整体构架及大规模交直流电网仿真验证

随着中国特高压交直流电网快速发展,交直流、多直流之间相互影响加剧,电网安全运行面临严峻挑战,对仿真工具的性能提出了更高的要求。对接入实际直流工程的控制保护装置进行数模混合仿真是当前对大规模交直流系统动态特性进行仿真所采用的较为准确的仿真手段。文中在原有数模混合仿真技术基础上,提出了适用于研究大规模交直流混联电网运行特性的新一代数模混合仿真平台构建方案。该方案以大规模电磁暂态实时仿真软件HYPERSIM和超级并行计算机SGI为数字仿真核心,接入全部在运直流工程的控制保护装置及其他类型电力电子控制保护装置,解决了大规模特高压交直流电网高精度仿真试验研究的难题,并且实现了同时接入8回直流工程控制保护装置、电磁暂态仿真规模超过6 000节点的数模混合实时仿真。通过对实际电网故障的反演和结果对比,验证了所构建仿真平台方案的有效性。     

基于RTDS的直流输电系统电磁暂态建模和实时仿真研究

在RTDS实时数字仿真平台上搭建C IGRE直流输电标准测试系统模型,并以该标准模型为研究对象,进行直流输电调节特性实时仿真研究。在C IGRE直流输电标准测试系统模型研究的基础上,进行宜都—华新直流输电系统的RTDS实时数字仿真建模,并进行该直流输电系统的运行和控制特性实时仿真研究。     

数字计算机机电暂态与RTDS电磁暂态混合实时仿真系统

将机电暂态计算与电磁暂态计算进行实时接口,在一次仿真过程中同时实现大规模电力系统的机电暂态仿真和局部网络的电磁暂态仿真。还设计了数字计算机与RTDS的混合实时仿真平台,对其中的关键技术进行了研究和探讨,主要包括在进行机电暂态和电磁暂态仿真时如何对对侧系统进行等值以及两部分程序相互接口时的数据交换方式,并提出了解决这些问题的新思路,即构造的等值模型应该能够正确反映对侧系统的运行状态,而对次要因素可以简化。     

电磁机电混合实时仿真平台实用化技术研发与实现：（一）混合实时仿真数字量接口*

电磁暂态-机电暂态混合实时仿真是国内外电力系统仿真领域的热点和难点之一,《电磁机电混合实时仿真平台实用化技术研发与实现》系列论文对此技术难题进行攻关。作为本系列论文第一部分,针对已有的基于模拟量接口的电磁机电暂态混合实时仿真系统的不足,利用目前国际先进的现场可编程门阵列（FPGA）板卡进行数字化通信接口交换数据,开发了基于RTDS的电磁机电暂态混合实时仿真数字量接口。与RTDS纯电磁暂态仿真结果对比,所研发的数字量接口可有效地减少仿真噪声、提高仿真精度,极大地推进电磁机电暂态混合实时仿真的应用。     

RTDS上机电暂态仿真自定义模块的研究与开发

由于在实时数字仿真器(RTDS)上通过增加RACK数目来加大系统仿真规模的成本过高,一种可行的方法是对系统末端交流电网进行机电暂态仿真,系统主干交直流电网利用RTDS进行电磁暂态实时仿真,即实现基于RTDS的电磁-机电暂态混合实时仿真.为此,文中在RTDS的CBuilder开发环境下,开发实现了CBuilder自定义机电暂态仿真模块,并与RTDS电磁暂态仿真模型成功对接.通过采用CBuilder下的多线程技术和高斯网络化简技术,有效提高了RTDS上的机电暂态仿真计算规模.利用IEEE标准数据验证了所开发的机电暂态自定义模块的正确性,并在基于RTDS的电磁-机电混合仿真中成功加以应用,通过与全电磁模型的对比,证明了基于RTDS的混合仿真的有效性.     

基于RTDS的机电电磁暂态混合实时仿真及其在FACTS中的应用

深入研究了基于实时数字仿真器(RTDS)的混合仿真平台的实现方法,其中包括利用RTDS的自定义工具Component Builder(CBuilder)开发的机电暂态程序与接口模块,并选取了适用于该仿真平台的数据交换时序。提出了利用机电-电磁暂态混合仿真技术进行柔性交流输电系统(FACTS)研究的方法,并在RTDS上搭建有两个静止无功补偿器(SVC)控制母线电压的系统模型,对全系统进行全电磁实时仿真、机电-电磁混合实时仿真、对等值化简后的系统进行全电磁仿真,比较不同SVC组合控制下的仿真结果。验证了混合仿真系统的准确性,阐述了利用未等值大系统开展FACTS应用研究的必要性。可以预见,混合仿真技术在大系统的FACTS研究中具有良好的前景。     

NETOMAC在电力系统实时仿真中的应用

基于电力系统仿真软件包NETOMAC和实时数字仿真器RIDS，提出了先进的集成混合实时仿真系统。此系统利用实时数字混合接口，将NETOMAC的机电暂态计算和RIDS的电磁暂态计算相结合，为大系统及包含多个灵活交流输电设备和高压直流输电的复杂系统的实时仿真提供了一个经济可行的解决方案。利用NETOMAC与实际的控制器和继电保护装置相结合构成的新型数字—物理混合动态仿真系统，可进行控制器和继电保护装置的实时测试。     

直流输电控制与保护系统的工程镜像仿真方法

为了研究直流输电工程对电网的影响,针对直流输电控制与保护系统,提出了一种工程镜像仿真概念并研究了其实现方法。首先分析了工程镜像仿真的基本原理和关键技术。然后针对直流输电控制与保护系统典型开发平台SIMADYN D开发了工程镜像仿真工具New Link C组态软件平台,利用New LinkC完成了直流控制保护仿真程序功能模块的编制,并封装成能够被RTDS识别的直流控制保护仿真模块,与已有的RTDS系统元件仿真模块(如交流系统、换流变压器、换流阀、直流线路、滤波器等)构成RTDS闭环交直流实时仿真系统。最后以贵广Ⅱ回直流输电项目为例,对比分析了实际控制保护系统与镜像系统的暂态过程,结果表明,该镜像系统能准确反映实际控制保护Ⅱ系统的运行特性,可替代实际控制保护系统进行直流输电工程的仿真研究。     

基于频率相关网络等值的电磁–机电暂态解耦混合仿真

机电暂态稳定分析程序和电磁暂态程序均不能单独用于大规模交直流系统的仿真研究。开发一套基于频率相关网络等值的电磁–机电暂态解耦混合仿真系统。首先,介绍该系统的功能框架和软件模块构成。其次,给出电磁暂态侧和机电暂态侧等值电路的求取方法。然后,讨论传统诺顿等值电路与频率相关网络等值的区别,并介绍系统仿真交互时序与仿真流程。最后,采用一个纯交流系统和一个交直流混合系统的算例检验基于频率相关网络等值的混合仿真系统的仿真精度。     

特高压直流输电控制保护系统实时仿真技术的研究及应用

采用模拟高压直流输电一次系统的RTDS平台与直流工程的实际控制装置相结合的方法,实现直流工程的仿真验证平台的搭建,存在占地面积大、接线复杂的问题。提出了一种直流输电控制保护系统实时仿真的技术。使用Matlab/Simulink图形化的方式一比一搭建直流控保程序,通过代码转换及多线程优化调度方案将图形化程序转变为CBuilder代码文件,构建高集成度的RTDS自定义元件,只需采用单个RTDS计算单元实现了整个直流工程换流站的控保程序计算。在RTDS仿真平台上对所提出的技术进行了验证,试验结果表明该技术有效、可行。该仿真技术使交直流混联大电网的实时仿真问题变得更加经济、高效。     

基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真

阐述了计算机机电暂态仿真、RTDS电磁暂态仿真的实时混合仿真平台设计思想,给出了整体设计架构,详细分析和阐述了两侧接口数据交互和同步协调仿真流程、混合仿真接口方案以及接口数据传输方法等关键技术.以含南方电网贵广高压直流的简单交直流系统算例研究验证了该混合仿真平台的设计和实现是可行的、有效的.