含大量电磁直流模型的机电–电磁暂态混合仿真技术研究

伴随特高压直流的飞速发展和其输电容量阶跃式提升,我国电网呈现出"强直弱交"的特点。送受端、交直流、多直流之间耦合日趋紧密,电网运行特性日趋复杂。在大规模交直流电网的仿真分析中,直流输电系统需要采用电磁暂态仿真以获得准确动态特性,其余交流电网采用机电暂态仿真以提高仿真效率。然而,含多条直流电磁暂态模型的混合仿真在数据建立、方式调整及平稳启动方面存在困难,制约了大规模电网分析的工作效率和仿真精度。提供了通过直流标准化建模和数据映射拼接实现混合仿真数据自动建立的解决方案,提高了建模效率;提供了直流输电电磁模型运行方式自动调整、混合仿真接口电压箝位平稳启动的方法,使混合仿真能在0.6s的仿真过程内达到稳态。所提方法提高了大规模交直流电网机电–电磁混合仿真分析的工作效率和仿真精度。     

直流单极-大地方式谐波特性及其对交流保护影响的分析

直流输电系统单极-大地运行方式对交流电网继电保护产生影响的根源在于直流偏磁导致电力变压器谐波以及电流互感器传变特性的变化,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序对直流偏磁下的变压器谐波特性以及保护用电流互感器传变特性进行了全面的仿真分析,得出相应的变化规律与特点,并以此为基础分析和评估了直流输电系统单极-大地运行方式对交流电网保护的影响.     

直流单极-大地方式谐波特性及其对交流保护影响的分析

直流输电系统单极-大地运行方式对交流电网继电保护产生影响的根源在于直流偏磁导致电力变压器谐波以及电流互感器传变特性的变化,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序对直流偏磁下的变压器谐波特性以及保护用电流互感器传变特性进行了全面的仿真分析,得出相应的变化规律与特点,并以此为基础分析和评估了直流输电系统单极-大地运行方式对交流电网保护的影响。     

基于RT-LAB的机电-电磁暂态混合实时仿真及其在MMC-HVDC中的应用

模块化多电平柔性直流输电系统含有数千个微秒级控制周期的高速开关器件,现有机电和电磁仿真均无法同时兼顾详细的换流器内部物理特性及其接入交流大电网后与交流系统的交互特性。基于RT-LAB平台下新开发的机电—电磁混合仿真接口程序,首次提出百MW模块化多电平柔性直流系统接入交流大电网的混合实时仿真模型;为验证建模方法的正确性,在电磁侧开发模块化多电平柔性直流输电系统(modular multi-level converter HVDC,MMC-HVDC)系统详细电磁暂态模型,在机电侧搭建IEEE标准四机机电暂态模型,分别对柔直系统模型的启动、有功阶跃和交流系统故障进行仿真,仿真结果表明交直流系统相互作用明显,同时也证明基于该平台混合仿真的有效性及正确性。     

基于ADPSS的高压直流输电系统机电暂态-电磁暂态混合仿真研究

为了准确分析高压直流输电系统的动态特性,针对±500 kV江城（湖北江陵-广东鹅城）高压直流输电实例工程,给出一种基于全数字实时仿真装置（ADPSS）的机电暂态-电磁暂态混合建模方法。利用电路等值转换理论分析了机电-电磁混合仿真的计算机理,进而阐述了机电模型及电磁模型的建模方法。利用所构建的直流工程混合模型,开展了整流侧与逆变侧的交流系统分别发生接地故障的模拟仿真,并与采用交流电网化简处理的常见直流系统纯电磁建模仿真进行了比较分析。仿真结果表明,基于ADPSS的高压直流输电系统机电-电磁混合仿真建模方法是有效的,其相比纯电磁模型能更精确地反映直流系统的动态运行特性,从而增强仿真模型的准确度。     

高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响(一)含直流馈入的山东电网EMTDC建模与仿真

宁东—山东直流输电工程的投运将对山东电网的安全稳定运行带来挑战,交直流系统的相互作用研究尤显重要.在PSCAD环境下,对山东电网进行了电磁暂态仿真建模,包括交流系统的等值简化建模和宁东直流系统的详细建模.对直流输电系统的静态响应特性和常见故障时暂态响应特性进行仿真分析,结果表明直流输电控制系统具有快速稳定的响应特性,验证了所建模型的正确性和有效性.并对整个山东电网的潮流分布和主要变电站母线短路电流大小进行调节和校核,使之与PSASP环境下的数据基本一致,保证了所建模型的稳态和动态特性与实际电网基本相同.     

高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响（一）含直流馈入的山东电网EMTDC建模与仿真

宁东—山东直流输电工程的投运将对山东电网的安全稳定运行带来挑战,交直流系统的相互作用研究尤显重要。在PSCAD环境下,对山东电网进行了电磁暂态仿真建模,包括交流系统的等值简化建模和宁东直流系统的详细建模。对直流输电系统的静态响应特性和常见故障时暂态响应特性进行仿真分析,结果表明直流输电控制系统具有快速稳定的响应特性,验证了所建模型的正确性和有效性。并对整个山东电网的潮流分布和主要变电站母线短路电流大小进行调节和校核,使之与PSASP环境下的数据基本一致,保证了所建模型的稳态和动态特性与实际电网基本相同。     

多回特高压直流输电集中落点稳定性研究

金沙江一期水电外送将出现更多直流送电华东、华中,多回±800kV级直流工程集中落点的交直流系统相互影响研究变得更加重要.本文以研究2015年金沙江一期水电送出系统动态特性为目的,提出了多回±800kV特高压直流集中落点的系统动态特性仿真研究重点.运用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,建立了包含3条±800kV特高压直流输电和3条高压直流输电的电磁暂态仿真模型,研究中换流器模型采用详细模型,克服了以往研究的局限.在此基础上研究了交直流系统各种故障下的动态特性,研究结果为金沙江水电送出系统规划及安全稳定措施的制定提供了理论依据.提出建立电磁暂态仿真模型的步骤,为研究大规模含特高压直流的多落点交直流系统的动态特性提供了一套可行的方法.     

混合式制动电阻变换器的电磁暂态仿真等效建模

为了解决孤岛新能源柔性直流送出系统中混合式制动电阻变换器原始模型的巨大网络节点数严重制约电磁暂态仿真速度的问题,提出了一种基于戴维南等效及嵌套迭代的混合式制动电阻变换器电磁暂态等效建模方法,将其拆解为4类运行状态各异的子模块网络,结合子模块中主/辅开关器件的触发指令组合,得到各类子模块网络的戴维南等效电路,并将依此合成的混合式制动电阻变换器支路等效模型代入柔性直流送出系统网络求解,进而反推内部子模块电气特性,依此循环,迭代求解.并利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC开展等效模型与原始模型的一致性仿真测试及仿真速度对比分析,结果表明所提方法能高度模拟混合式制动电阻变换器的外部运行特性及内部子模块变化特性,并可大幅缩短仿真时长.     

基于用户自定义程序的VSC-HVDC机电电磁混合仿真研究

柔性直流输电(VSC-HVDC)输电容量不断提升,使其应用范围由配电网逐步延伸至输电网,分析交直流混联电网受扰后的稳定性及和设备运行安全,需要开发兼顾大电网计算效率和直流动态特性精细模拟的仿真计算工具。为此,建立了VSC-HVDC电磁暂态仿真模型,包括VSC交流侧换流变压器、直流输电系统和控制系统电磁暂态仿真模型,以及各模型的差分化方程,并提出VSC电磁量与机电量接口转换方法;基于电力系统分析综合程序的用户自定义程序接口(PSASP/UPI)功能,提出并开发实现了VSC-HVDC机电与电磁混合仿真算法。VSC-HVDC交直流并联输电系统混合仿真结果验证了仿真算法的有效性。     

基于实际工程及虚拟装置的直流输电控制保护模型设计方法

交直流大电网的仿真,要求高压/特高压直流输电控制保护模型功能完备、特性准确,同时期望模型有良好的仿真速度,为此提出了基于实际工程及虚拟装置的控制保护模型设计方法。首先,提出了控制保护模型逻辑结构的构成方法,说明了各层级虚拟装置的功能;然后说明了在电磁暂态仿真软件中实现虚拟装置的原理。以灵绍特高压直流工程为例,在多种电磁暂态仿真软件中分别构建了控制保护模型,并仿真验证了模型的精确性及并行计算能力。     

基于ADPSS的特高压直流输电控制保护系统开放式建模

目前特高压直流输电控制保护系统的仿真模型主要是基于典型的控制保护结构进行构建,难以准确地模拟实际特高压直流输电特性,且商业仿真软件大多提供封装式模块,难以根据实际情况进行修改和自定义建模。因此有必要搭建开放式特高压直流输电控制保护模型,以便准确地模拟实际特高压直流输电工程的控制保护特性。ADPSS可实现交直流机电暂态与电磁暂态混合仿真,在解决交直流混联电网建模问题上具备独有的优越性。在ADPSS平台上搭建了基于实际特高压直流输电工程的开放式控制保护系统,包括完整的换流器控制系统、换相失败预测控制与换相失败保护等。通过对比实际工程实验和所搭建的仿真模型在控制指令阶跃响应仿真与逆变侧交流系统故障仿真下的结果,验证了基于ADPSS的控制保护系统模型的准确性和有效性。     

基于电力系统全数字实时仿真装置的大电网机电暂态–电磁暂态混合仿真

对高压直流输电和柔性交流输电系统设备的准确仿真需建立详细的电磁暂态模型,而大电网中建立所有设备的电磁暂态模型来进行计算是不现实的,针对该问题,采用了3个典型算例,详细介绍了应用电力系统全数字实时仿真装置的混合仿真功能进行大规模电网仿真的过程。将大电网分为电磁暂态子网和机电暂态子网,其中大电网局部或某些关注的设备作为电磁暂态子网,其余网络作为机电暂态子网,电磁暂态子网中的设备用详细的电磁暂态模型描述。将混合仿真计算结果与传统的机电暂态仿真结果相比较,验证了混合仿真的准确性。     

面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案

海上风电具有广阔的发展前景,而可靠、高效的大规模远海风电并网系统是开发海上风电的关键技术.针对远海风电直流送出系统的海上平台轻型化问题,提出一种跟网型中频远海风电场直流送出方案.该方案采用跟网型风电机组,直流系统的整流侧和逆变侧都采用模块化多电平换流器(MMC).首先,从拓扑结构和控制系统2个方面对该跟网型中频方案进行了描述;接着,就海上风电场交流系统运行频率对风电场及其直流送出系统的影响进行了分析,包括对变压器、交流电缆和MMC等的影响.基于±320 kV/1000 MW海上风电直流送出系统,分析了100 Hz跟网型中频方案的技术经济性,包括关键电气设备的主回路参数、海上交流电缆造价、海上平台造价、风机造价、交流电缆损耗和整流站阀损耗、交流电缆输电能力.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了跟网型中频方案的电磁暂态仿真模型,验证了该方案的有效性.     

抑制直流送端系统暂态过电压的直流和风电控制参数协调优化

为抑制风电经高压直流外送方式下的直流送端系统暂态过电压,提出一种直流和风电控制参数协调优化方法。首先,从整流站与风电场之间的无功转换角度分析了直流送端系统暂态过电压的产生机理,进而从系统无功特性入手研究了直流整流侧、风电转子侧变流器控制参数影响暂态过电压的机理,为抑制暂态过电压的控制参数协调优化提供了理论依据。然后,构建了以直流送端系统暂态过电压峰值最小为目标的优化模型,通过联合调用的方式,可在电磁暂态模型准确模拟交直流系统电磁暂态过程的基础上,进一步采用改进粒子群优化算法协调优化直流和风电控制参数,从而有效抑制直流送端系统暂态过电压。最后,通过修改后的4机11节点系统和新英格兰39节点系统的仿真分析,验证了所提方法的有效性和准确性。     

交、直流输电系统相互影响引起的谐波不稳定问题

对于多馈入交直流输电系统而言,谐波的交互作用不仅会通过换流器产生,也会通过整个交流网络形成,因此这种情况就更显复杂。为了研究发生这种不利交互作用的风险,所有电气距离较近的直流线路都应考虑在内。文中以贵州—广东2条高压直流输电线路为例,应用具有详细换流器模型的电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了全电磁暂态仿真模型,对谐波的交互作用引起的送端谐波不稳定问题进行了分析研究。研究结果表明,在弱交流连接方式下发生直流线路双极闭锁故障时,2条直流系统与交流系统之间的相互影响会引发谐波不稳定,而在其他故障条件下     

一起直流单极连续3次闭锁故障仿真分析

宁夏电网目前已接入3回直流,其中第1回直流为±660 kV接入,容量为4 GW;第2回直流为±800 kV,容量为8 GW;第3回直流为±800 kV,容量为10 GW,并正式形成了送端直流群。随着特高压直流的接入,宁夏电网发生直流故障的次数逐渐增多。针对第2回直流某次典型单极连续3次闭锁故障,详细介绍了事故发生的过程和故障前后宁夏电网运行方式及系统动态特性的变化情况。利用PSASP程序建立宁夏电网仿真模型,还原了故障前电网运行方式,并仿真再现了故障后的电网动态过程。通过仿真与实测结果的对比,进一步明确了直流故障期间电网特性的变化情况,同时验证了仿真模型的准确性。     

含分层接入特高压直流的交直流混联电网机电— 电磁暂态混合仿真研究

特高压直流分层接入系统在提升受端电网电压支撑的同时也带来了不同层间系统耦合关系复杂等问题。为准确研究特高压分层接入后交直流混联系统运行特性,结合±800 kV雅中—江西分层接入特高压直流输电工程,基于ADPSS搭建含特高压分层直流输电系统的交直流电网混合仿真模型。首先通过仿真对比验证了纯电磁暂态模型的正确性。然后对比分析关断角独立控制指令阶跃响应下混合仿真模型和纯电磁暂态模型的仿真结果,验证了混合仿真模型的准确性和优越性。最后与机电暂态模型进行故障仿真对比。仿真分析表明,混合仿真能够准确反映特高压直流分层接入后混联系统动态特性,提供很好的仿真模型基础。     

一种送端电网单回直流极限承载能力评估方法

大容量特高压直流输电技术为送端电网清洁电能的远距离跨区消纳提供了有效手段,但随着直流馈出数量和容量的增加,“强直弱交”矛盾凸显,直流闭锁故障后的频率稳定问题会对送端电网造成较大威胁,制约送端电网直流馈出能力的进一步提升。为有效量化送端电网直流极限馈出能力、辅助评判目标网架适应性,提出了一种计及频率稳定约束的单回直流极限馈出能力评估方法。首先,对大容量直流双极闭锁场景下送端电网的频率稳定特性进行分析,构建暂态频率指标与直流闭锁量之间的解析表达式。进而,协同考虑稳控切机和直流紧急功率支援等电网第二道防线紧急控制措施,评估频率稳定约束下送端电网可承载的单回直流极限馈出容量。最后,基于四川省电网2030年规划系统进行算例分析,结合BPA软件仿真验证所提方法的有效性。     

数模混合实时仿真系统及其在特高压交直流电网研究中的应用

介绍了国家电网仿真中心数模混合式实时仿真系统的结构、仿真试验流程及其在特高压交直流混合电网仿真研究中的应用。该系统包括相应的数字模型、物理模拟装置及接口设备,其中高压直流输电模拟系统模型包含与实际直流输电系统特性相近的仿真装置,且具有与实际直流工程相同的控制保护装置。文章阐述了对原系统的等值化简、确定系统模拟比、建立仿真试验系统模型等多个环节的处理过程及相关原则。以金沙江一期及锦屏送出特高压直流工程实时仿真研究项目为例,给出了数模混合实时仿真系统的试验结果并与离线计算结果进行了比较分析,2者基本一致。仿真系统试验结果可为特高压交直流混合电网的规划提供技术参考。