高压直流输电系统数字物理动态仿真

对交直流输电系统进行大规模电力系统数字-模拟混合仿真,不但能实现常规的系统稳定性研究,还能针对局部系统进行详细的电磁暂态性能分析,极大提高了电力系统仿真分析的准确性。本文基于功率连接技术搭建了适用于交直流大电网仿真的数模混合仿真实验平台。该平台既可以对大电网进行全数字实时仿真也可对局部电力系统进行物理仿真,成功实现了三峡地下—上海西±500kV高压直流输电一次设备与数字大电网的数模混合实时仿真。数模混合仿真结果与全物理仿真装置仿真结果的比较,验证了利用本文提出的数模混合仿真平台进行数模混合仿真的可行性和有效性。     

全数字实时仿真装置与物理仿真装置的功率连接技术

为了适应特高压交直流混合电网在规划、设计、建设、运行等各个阶段实时仿真研究的需要,充分发挥直流输电物理仿真方法真实准确及全数字实时仿真装置可模拟大规模电网且仿真模型可重复利用的特点,采用分布参数线路解耦方法实现了全数字实时仿真装置与物理直流仿真装置的功率连接技术,采用该功率连接技术搭建了简单交直流电网的数模混合仿真模型。直流启动试验和系统故障仿真试验结果均表明,该技术具有较高的仿真精度和实用性,适用于对交直流并列运行电网进行实时仿真研究。     

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。     

特高压交直流电网实时仿真平台建设及应用

研究提出了特高压交直流电网实时仿真平台建设思路、关键技术和应用方向,依托实时数字仿真系统和直流控制保护装置,采用动态等值技术、数字与物理混合仿真技术,搭建了特高压交直流电网实时仿真平台,开展了对特高压交直流电网的实时仿真研究,准确模拟了交直流系统之间的相互影响机理。     

特高压交直流电网实时仿真平台建设及应用

研究提出了特高压交直流电网实时仿真平台建设思路、关键技术和应用方向,依托实时数字仿真系统和直流控制保护装置,采用动态等值技术、数字与物理混合仿真技术,搭建了特高压交直流电网实时仿真平台,开展了对特高压交直流电网的实时仿真研究,准确模拟了交直流系统之间的相互影响机理。     

含多回物理直流仿真装置的大电网数模混合仿真建模及研究

为了对特高压交直流复杂电网进行仿真研究,采用基于输电线贝瑞隆模型的功率连接接口技术,连接全数字实时仿真装置HYPERSIM和高压物理直流仿真装置,建立了相应的数模混合仿真系统平台。仿真试验基于2015水平年特高压规划电网,以华东直流多落点地区为研究对象,搭建了包含16回直流输电系统的模型,其中2回为物理直流仿真装置的大规模数模混合仿真试验模型。试验结果表明,华东直流多落点地区发生的交流系统短路故障,会引起多回落点华东直流发生换相失败,但不会发生连续的换相失败并进而闭锁,系统能够保持稳定。仿真结果表明物理直流仿真装置对数字侧故障响应正确,验证了数模混合仿真研究的有效性。     

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：(二)直流输电工程数模混合仿真建模及验证

特高压电网的快速发展对直流输电工程动态特性的仿真提出了更高需求。文中提出了接入多直流控制保护的大规模交直流电网数模混合仿真平台建设技术方案,并从直流输电工程控制保护装置简化原则、数模混合仿真接口技术、直流输电系统一次建模要求等方面提出了适用于接入大规模仿真电网的直流输电工程数模混合仿真建模方法。选择宾金特高压直流工程现场调试的典型故障,将直流输电工程数模混合仿真结果与现场波形进行了详细对比,对比结果表明直流输电数模混合仿真模型的动态响应特性与实际工程的动作特性高度吻合,能够真实再现实际系统情况,可以较为准确地仿真交直流相互影响的现象,为交直流电网安全稳定运行提供强有力的技术支撑,同时可以作为其他数字仿真模型的校准工具。     

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。     

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。     

特高压交直流输电系统暂态混合仿真研究

随着电力系统发展,纯机电暂态和电磁暂态仿真在分析大规模特高压交直流混合电网时已呈现明显不足。为了准确分析特高压交直流输电系统的动态特性,文中基于电力系统全数字实时仿真平台(ADPSS)搭建了特高压交直流输电系统的机电—电磁暂态混合仿真模型,并对整流侧和逆变侧交流母线故障进行了仿真分析。结果表明通过机电—电磁暂态混合模型仿真结果输出,能够有效体现直流系统整体以及局部的各个元器件的详细动态过程,为特高压交直流系统的稳定控制提供技术理论支撑。     

特高压交/直流电网仿真技术研究

电力系统的规模日趋扩大，复杂程度不断增加，迫切需要建立与特高压电网发展形势相适应的特高压电网仿真系统。首先分析了各种仿真系统的特点及其适用范围，然后结合我国特高压电网研究对仿真系统的要求，讨论了可用来对大规模交/直流电网的机电暂态与电磁暂态现象进行实时仿真的全数字实时仿真系统与数模混合仿真系统的原理、功能、特点、发展现状及适用范围，指出了其现存的局限性，提出了改进与完善的思路。     

特高压电网建设初期“三华”电网数模混合实时仿真试验研究

采用电磁暂态全数字实时仿真及直流输电物理仿真装置,建立2012水平年"三华"电网多回直流线路和特高压交流骨干网混合输电的数模仿真模型,模拟交流特高压联络线故障、直流闭锁故障和直流落点附近的交流故障,分析"三华"电网的稳定特性以及交直流系统间的相互影响。仿真结果表明,2012水平年"三华"电网安全稳定性能够满足《电力系统安全稳定导则》要求。     

交直流大电网数模混合仿真系统的并行计算效率研究

国家电网仿真中心基于SGI Altix 4700超级计算机及全数字实时仿真软件Hypersim建立了交直流大电网数模混合实时仿真系统,Hypersim应用LDU分解算法求解节点电压方程,对网络进行分网并行计算,分析了影响仿真系统并行计算效率的因素。三华电网仿真结果表明,该仿真系统能够满足大电网实时仿真要求,具有较高的并行计算效率。     

基于实时数字仿真器的云广特高压直流系统孤岛运行仿真

云广特高压直流系统输送功率大,送端换流站远离电站而且靠近云南电网昆明负荷中心,交流系统相对较弱,特高压直流系统在失去与云南主网相连的全部500kV联络线后,系统将进入孤岛运行方式。为此,采用实时数字仿真器和特高压直流保护控制软件搭建了详细的实时闭环仿真系统模型,对云广特高压直流系统进入孤岛运行过程进行仿真分析,研究云广直流系统进入孤岛方式运行交直流系统的暂态稳定性能,并对交流系统和直流系统故障过程进行了仿真,分析系统故障后交流系统电压和频率的暂态特性以及交直流控制系统的动态性能。通过仿真验证了云广特高压直流在孤岛运行方式下,系统仍具有良好的动态性能,对实际的工程具有重要指导意义。     

大规模高压交直流混联电网安全监控方案探讨

讨论了大规模高压交直流混联电网安全问题的特性、电网安全三道防线的功能和相互关系以及电网的安全控制策略。根据对电网大停电事故过程的调研以及对电网故障的仿真计算结果,讨论了电网现有安全防御系统存在的问题以及大规模高压交直流混联电网对新一代电网安全防御系统的需求。在上述工作的基础上,提出了构建大规模高压交直流混联电网安全监控系统的新方案。该方案的功能涵盖了电网常态调控以及紧急状态安全控制2个方面,是一个智能化的综合性电网安全控制系统方案。     

四川多回±800kV直流外送系统直流有功功率协调控制

金沙江1期工程和特高压交流输电系统建成后,四川将形成特高压交直流混联系统。电网结构更加复杂,电网安全稳定运行的压力进一步增大。针对四川交直流混联电网的特点,选择直流功率协调控制作为提升四川电网安全稳定水平的技术措施。提出了交直流协调控制中直流附加控制器输入信号的选取原则,评估了多回特高压直流有功协调控制对2012年四川电网丰大极限方式下系统稳定性的影响。结果表明:当交流线路出现故障时,通过直流有功功率的快速调节,承担原有交流线路输送的部分或全部功率,可以提高系统抵御严重故障的能力。     

金沙江一期送端特高压直流输电系统协调控制

金沙江一期3回特高压直流输电工程具有直流输送容量大、送端换流站群间距离近、交流电网联系紧密的特点。在金沙江一期的其中1回直流系统双极闭锁时,为减少金沙江送端切机数量和避免向交流通道大规模功率转移,作者提出了充分利用另2回直流系统的直流暂态和稳态过负荷能力相结合的协调功率调制策略,同时简单分析了多回直流间的协调控制以提高全系统稳定性的机理。仿真结果表明,该策略可改善金沙江一期送端交直流系统的稳定性,在1回直流故障双极闭锁后,金沙江一期水电站可不切或少切机。     

特高压直流单12脉动阀组的投退策略及其对交流系统无功冲击的影响

随着向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程的逐渐开展，研究了±800 kV特高压直流系统单12脉动阀组的投退策略，并比较了采取2种不同的策略投退单12脉动阀组时对交流系统的无功冲击。EMTDC仿真分析结果证实了这2种策略均能完成单12脉动阀组的正常投退，但不同的策略对交流系统的无功冲击不同，单12脉动阀组投退过程中直流电流保持4 000 A不变的策略对交流系统的无功冲击较高，另外一种先降低电流指令、投退单12脉动阀组，再恢复电流指令的策略对交流系统的无功冲击较低。     

湖北电网消纳蒙鄂特高压直流能力研究

2017年蒙西至湖北±800 kV特高压直流输电通道建成,将与湖北电网现有交流特高压输电通道一起,形成特高压交直流并联的格局,对湖北电网的结构形态、运行特性变化产生重要影响。以2017年湖北电网丰大运行方式为背景,根据湖北电网规划电力流,利用仿真软件PSASP建立湖北电网网架结构模型。采用连续潮流算法计算求取湖北电网对蒙西特高压直流的消纳极限,并对消纳极限运行方式下的湖北电网进行稳定校核,包括静态安全分析、单一故障及严重故障的暂态稳定校核。