基于自适应模式切换的MMC-HVDC数字物理混合仿真新型接口算法

数字物理混合仿真已成为模块化多电平换流器柔性直流输电技术(modularmultilevelconverterbasedhighvoltage directcurrent,MMC-HVDC)的重要研究手段,而接口算法是保证其系统稳定性和仿真精确性的关键技术。基于理想变压器模型法与阻尼阻抗法接口特性的对比分析,提出了一种基于自适应模式切换的新型接口算法,可在保证MMC-HVDC数字物理混合仿真系统稳定性的同时提高仿真精度。针对阻尼阻抗法,提出了物理动模交流场等效阻抗的精确计算方法,并简化了MMC交流侧等效阻抗的计算过程,实现了阻抗的实时匹配;根据2种接口算法的结构原理,在阻尼阻抗法的附加阻抗支路增加了一个可控开关,并以理想变压器模型法接口稳定性为依据设计了开关的动作条件及其误动的解决方案,进而设计新型接口算法的实现流程,保证接口特性的有效切换。通过数字仿真对比分析了新型接口算法与常用接口算法的接口特性,验证了其优越的稳定性和精确性。最后,设计了适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真平台的启动方案,并通过硬件在环实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于自适应模式切换的MMC-HVDC数字物理混合仿真新型接口算法EI北大核心CSCD

数字物理混合仿真已成为模块化多电平换流器柔性直流输电技术(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的重要研究手段,而接口算法是保证其系统稳定性和仿真精确性的关键技术。基于理想变压器模型法与阻尼阻抗法接口特性的对比分析,提出了一种基于自适应模式切换的新型接口算法,可在保证MMC-HVDC数字物理混合仿真系统稳定性的同时提高仿真精度。针对阻尼阻抗法,提出了物理动模交流场等效阻抗的精确计算方法,并简化了MMC交流侧等效阻抗的计算过程,实现了阻抗的实时匹配;根据2种接口算法的结构原理,在阻尼阻抗法的附加阻抗支路增加了一个可控开关,并以理想变压器模型法接口稳定性为依据设计了开关的动作条件及其误动的解决方案,进而设计新型接口算法的实现流程,保证接口特性的有效切换。通过数字仿真对比分析了新型接口算法与常用接口算法的接口特性,验证了其优越的稳定性和精确性。最后,设计了适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真平台的启动方案,并通过硬件在环实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

一种改进功率硬件在环仿真稳定性与精度的接口算法

混合实时仿真技术又称为硬件在环(Hardware In the Loop,HIL)仿真技术作为新兴的仿真技术,受到广泛的关注,其突出的可靠性与准确性已被证明是电力系统规划、设计、装置测试及新能源并网测试等方面的有效手段,然而稳定性与精度问题是HIL仿真技术的关键指标,为了改变HIL仿真的稳定性与精度,提出了几种不同的HIL仿真接口算法,并建立HIL仿真系统模型,分析其稳定性与精度。并分析比较几种不同接口算法对原系统的稳定性与精度的改进,得出最佳的功率接口算法,最终通过仿真来验证所提出的功率接口算法的有效性与准确性。具有极强的工程使用价值,为硬件在环仿真技术的研究、发展提供了基本保障和良好的平台。     

柔性高压直流输电系统数字物理混合仿真功率接口及其算法

提出一种适用于模块化多电平换流器高压直流输电系统数字物理混合仿真阻抗实时匹配的接口算法。针对功率接口引起的数字物理混合仿真系统稳定性和精确性问题,在采用戴维南等效方法建立MMC模型的基础之上,构建基于阻尼阻抗法的双端高压直流输电数字物理混合仿真系统;通过数字仿真验证该系统良好的稳定性性能,同时也揭示出接口延时对仿真精确性的影响。提出基于dq坐标变换重构电压信号的延时补偿控制方法,可减小接口延时产生的系统误差,提高数字物理混合仿真系统的精度。仿真结果表明,所提改进阻尼阻抗接口算法能够保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,功率最大相对误差小于2%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

功率连接型数字物理混合仿真系统：（二）适应有源被试系统的新型接口算法

将实时数字仿真技术和动态物理模拟技术结合起来,可以对含可再生能源和储能的微网系统进行研究与测试。由于被试系统为有源系统,对混合仿真系统的接口算法提出了更高的要求。针对简化阻尼阻抗接口,设计了一种适用于有源被试系统的阻抗跟踪算法,实现了实时阻抗匹配。提出了一种新的混合接口模型,新接口用理想变压器接口构成前向驱动器,以激励物理模拟系统;由简化阻尼阻抗接口构成反向观测器,以获得精确的数字仿真结果。MATLAB仿真表明,对于有源被试系统,新接口算法兼顾了简化阻尼接口算法对数字仿真系统的"透明性"以及理想变压器接口的带有源负载能力。     

功率连接型数字物理混合仿真系统：（一）接口算法特性

功率连接型数字物理混合仿真结合了实时数字仿真和动态物理模拟的优点,是未来研究新能源发电和储能设备物理特性和接入技术的关键手段。接口算法是功率连接型混合仿真系统的关键技术。文中从稳定性和精确性2个方面,研究并建立了功率连接型混合仿真系统的接口特性。对阻抗阻尼接口进行了化简,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口的稳定性。分析了简化阻尼阻抗接口对数字仿真系统精确性的影响,得出在阻抗匹配时阻尼阻抗法不受接口延迟影响的透明特性。针对物理模拟系统无源和有源2种情况,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口对物理被试系统精确性的影响,得出理想变压器接口带有源负载能力优于阻尼阻抗接口的结论。根据理论分析结果,给出了在各种情况下选择接口算法的原则。     

基于控制硬件在环的风电机组阻抗测量及影响因素分析

随着局部地区风电渗透率的不断提高,风力发电振荡脱网事故频发,阻抗建模成为分析大规模风电并网振荡问题的一种有效方法。控制硬件在环仿真作为获取风电机组阻抗特性的有效方式,其阻抗测量结果受仿真平台性能参数的影响。研究了基于控制硬件在环实时仿真的风电机组阻抗测量建模方法,定量分析了对于测量精度影响较大的因素。首先介绍了控制硬件在环实时仿真建模方法,搭建了风电机组控制硬件在环实时仿真实验平台,给出了基于控制硬件在环考虑频率耦合的阻抗测量方法;然后建立了考虑仿真步长、接口延时、开关模型等效参数的阻抗测量数学模型,计算分析了控制硬件在环实时仿真模型对阻抗在不同频段幅值与相位精度的影响;最后针对某双馈风电场次/超同步振荡案例,开展了基于控制硬件在环实时仿真的阻抗测量以及基于控制参数修正的阻抗重塑,有效解决了现场振荡问题。验证了控制硬件在环实时仿真为开展风电机组阻抗测量和分析提供一种有效研究与实验手段。     

基于虚拟阻抗补偿的数模混合仿真系统功率接口建模方法

该文提出了基于虚拟阻抗补偿的功率接口建模方法,以提高用于模块化多电平换流器高压直流输电的数字物理混合仿真系统的稳定性和仿真精度。在分析电压源型理想变压器法的原理及稳定性条件的基础上,提出在数字仿真系统受控电流源的控制量中加入虚拟阻抗电流补偿的方法。给出基于虚拟阻抗法的数模混合仿真系统稳定性条件,得出虚拟阻抗可能的取值范围。综合考虑系统稳定性和仿真精度,提出虚拟阻抗参数的优化方法。搭建用于简单系统和柔性直流输电系统的混合仿真系统的仿真模型,进行稳态运行条件下不同接口建模方法仿真结果的比较,验证了文中所提方法对于同时提高数字物理混合仿真系统稳定性仿真精度的正确性和有效性。     

柔性直流输电系统数字物理混合仿真改进阻尼阻抗接口算法

针对功率接口引起的稳定性和精确性问题,提出了一种适用于基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统数字物理混合仿真的改进阻尼阻抗接口算法。根据MMC中功率器件断态电阻通常远大于通态电阻的特性,简化了阻抗计算过程,并采用绝对稳定且精度较高的梯形积分法对子模块电容进行离散化,实现了MMC正常运行工况下阻尼阻抗接口算法阻抗的高效匹配;结合MMC闭锁运行时的特点,提出了其闭锁时阻抗的实时匹配方法;基于傅里叶分解重构电压信号的方法实现了接口延时补偿控制,以提高系统的仿真精度。在PSCAD/EMTDC中建立了基于所提接口算法的双端MMC-HVDC数字仿真系统,对不同运行工况进行了仿真,结果表明改进阻尼阻抗接口算法可以保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,且有功功率最大相对误差小于1.5%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

功率硬件在环仿真稳定性分析及功率接口研究

功率接口装置作为连接数字仿真与被测实物的重要环节,对于功率硬件在环(PHIL)仿真技术的稳定性与精度起到决定性作用。基于PHIL接口等效建模理论,建立PHIL的电路模型,分析其稳定性;基于重复控制理论,设计功率接口控制策略,保证仿真稳定性与精度;加入电压外环P控制,提高动态性能。搭建PHIL仿真试验平台,以380 V、50 k W功率接口装置实现了复杂系统的混合实时仿真,且稳态特性好、动态响应快、鲁棒性强。     

MMC-HVDC功率硬件在环仿真的SDIM-ITM接口算法与延时补偿

针对功率接口硬件延时影响MMC-HVDC功率硬件在环仿真精确性问题,设计了一个模拟一阶RC高通滤波器的相位超前校正单元进行延时补偿。MMC采用戴维南等效电路模型,以便于计算SDIM接口中的实时阻尼阻抗和降低数字仿真计算量。MMC-HVDC功率硬件在环仿真采用SDIM-ITM接口,其中ITM接口作为驱动环节,SDIM接口作为观测环节,在运行点变化和故障条件下呈现出较高的稳定性和精确性。但接口延时(或功放延时)对物理侧仿真精度影响较大。故通过所设计的相位超前校正单元对激励功放的交流电压信号进行相位补偿,以进一步提高物理侧仿真精度。仿真结果验证了该延时补偿方法的有效性。     

全桥型MMC数字-物理混合仿真阻尼阻抗接口模型

数字-物理混合仿真结合了数字仿真与物理实验的优势,为复杂电力电子设备的理论研究和工程设计过程提供了便利。然而数字-物理接口的存在可能导致数字-物理混合仿真结果精度降低甚至变得不稳定。为解决数字-物理接口引起的失稳问题,文中在传统阻尼阻抗接口模型的基础上,针对应用于柔性直流输电的全桥型模块化多电平换流器(MMC),提出一种接口补偿阻抗设计方法。首先,全面充分地考虑了接口引入的延时、扰动对系统稳定性和精确性的影响,根据MMC的运行特点,设计了结构简单的RLC串联结构补偿阻抗,使之在不同运行工况下均可确保系统稳定、高精度运行。在此基础上,搭建了基于全桥型MMC直流背靠背的数字-物理混合仿真实验平台,利用数字侧模拟电压暂降、短路等故障,而物理侧全桥型MMC实现故障穿越过程。实验结果表明,所提接口补偿阻抗设计方案保证了系统在各种工况下的有效性。     

功率接口算法的改进及应用

数模混合仿真功率连接技术是电力系统仿真研究的重要手段,其仿真精度和稳定性受功率接口算法的影响。为此,研究了不同功率接口算法的现状和稳定性条件,在考虑工程适用性的前提下,提出了一种改进算法。根据接口算法的稳定性条件,采取阻抗补偿的方法来提高系统的稳定域,即在数字仿真子系统中补偿负阻抗,在物理模拟子系统中补偿正阻抗,使系统始终满足稳定性条件;采取相位延时补偿策略来提高系统的仿真精度,即通过相位延时补偿,消除信号传输、转换处理等环节的延时。仿真结果和工程应用案例证明了该改进算法能够有效提高系统稳定性和仿真精度,具有很强的工程适用性。     

光伏微网系统功率硬件在环仿真接口算法研究

对现有的功率硬件在环仿真接口算法进行了综述,基于理想变压器模型(Ideal Transformer Model,ITM)讨论了算法的稳定性和改进措施,通过无接口算法、无补偿电感ITM接口算法、添加补偿电感ITM接口算法三种情况的仿真试验,对比分析现有的功率放大器对仿真稳定性的影响,验证了改进接口算法能够提高功率硬件在环仿真系统的精确性和稳定性。     

现代电力系统大功率数模混合实时仿真实现

数模混合实时仿真技术兼具数字仿真和物理模拟的优势,将成为未来电力系统仿真分析的有效手段。为了适应现代电力系统的发展需求,提出了通用型大功率数模混合实时仿真系统架构,采用基于理想变压器模型改进接口算法、基于电力电子变换器大功率物理侧接口和抗干扰信号交互系统,实现了400V/50kVA大功率数模混合实时仿真系统。同时,在所提出的数模混合实时仿真平台上开展了数模混合实时仿真实验,并与全数字仿真实验进行了对比,验证了系统的稳定性和准确性。     

电力系统数字物理混合仿真接口算法综述

数字物理混合仿真结合了动态物理模拟仿真和实时数字仿真的优点,是进行复杂电力系统研究分析的有效手段;接口算法是保证其闭环稳定性和仿真精确性的关键。文中给出了数字物理混合仿真系统构建的总体结构;对已有接口算法的基本原理、建模方法、存在的问题及其改进方法进行了详细的分析;通过仿真验证了理想变压器模型法、输电线路模型法与阻尼阻抗法的稳定性和精确性性能,并对各类算法的适用领域进行了总结。最后,针对数字物理混合仿真接口算法存在的问题与不足,提出了今后的发展方向和需要解决的关键技术问题。     

基于虚拟线路补偿的主动配电网混合仿真接口实现方法

数字物理混合仿真是未来主动配电网仿真分析的有效手段,而接口算法是确保其系统稳定性和精确性的关键。针对现有接口算法无法适用于主动配电网混合仿真的问题,文中提出一种基于虚拟线路补偿的改进功率接口算法。首先,在分析理想变压器法结构与稳定条件的基础上,提出在数字侧与物理侧间增设一条虚拟线路。然后,基于线路上虚拟电流对系统进行稳定性补偿,并给出了线路阻抗的取值范围。同时,针对接口固有延迟及稳定性补偿引入的误差,提出根据虚拟线路上流过的虚拟功率对接口两侧的相位差进行补偿,以保证精确性。最后,通过仿真和实验将所提方法与现有算法相比较,验证了所提方法在提升主动配电网混合仿真系统稳定性及精度上的有效性和优越性。     

大规模多节点柔性直流控制保护仿真测试方法研究

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术已经展现出广阔的应用前景,精确高效的MMC仿真技术是进行MMC-HVDC研究的基础。文中对当前MMC物理仿真、实时数字仿真以及物理–数字混合仿真3种仿真技术涉及到的相关技术和方法分别进行阐述讨论。对柔性直流控制保护系统测试控制硬件在环和功率硬件在环2种方式进行论述,分析了各自的技术优势及不足。最后,通过归纳现有技术,对未来大规模多节点柔直控制保护仿真测试技术的发展给出几点建议。     

适用于混合仿真的戴维南等值阻抗改进求取算法

由于基于机电暂态数据获得的机电侧系统戴维南等值阻抗参数难以体现接口发生故障后机电侧系统的电磁暂态特性,文中提出了一种基于电磁暂态短路仿真的机电-电磁暂态混合仿真机电侧戴维南等值阻抗改进求取算法。该算法是基于一种不受各次谐波影响的系统时间常数求取方法,通过全电磁暂态模型的接口位置设置2次不同接地电阻的三相短路故障,联立时间常数方程计算得到机电侧系统的等值阻抗信息。与传统的基于机电暂态模型通过单位电流注入法计算出的等值阻抗相比,文中方法计算出的等值阻抗能够更准确地体现接口发生接地故障后机电侧系统的电磁暂态特性,从而提升了机电-电磁暂态混合仿真故障期间和故障后的仿真精度。     

基于RTDS的光伏并网数字物理混合实时仿真平台设计

作为清洁的可再生能源,太阳能光伏发电已成为国内可再生能源发展战略的重要内容。运用数字物理混合的硬件在环仿真方法对光伏并网系统的特性进行研究,能够提供便捷的实验条件和准确的实验结果。基于RTDS(Real Time Digital Simulator)实时仿真系统,通过其数模接口同外部DSP构成数字物理闭环,设计了一种光伏并网系统的硬件在环仿真平台,建立了容量为520 kWp的光伏并网系统,实现了最大功率跟踪和并网控制的功能。最后对RTDS系统内的闭环仿真结果进行了分析,验证了所提出的数模混合硬件在环实时仿真方法的可行性和有效性。