电力系统机电-电磁混合仿真边界解耦算法研究

提出了一种基于边界点分群解耦的机电–电磁混合仿真算法。算法首先将特高压交直流电网划分为电磁网,实现机电暂态网络在边界点处分组解耦;然后在电磁侧首先按照分布参数长传输线解耦将网络划分为多个连通子网,并按指定分网个数约束利用启发式规则进行子网合并和均匀化处理;接着以机电网解耦初始状态为基础形成子网群。子网群间机电侧完全解耦,电磁侧仅通过分布参数长传输线相连;最后在此分网方案基础上,提出机电侧主控进程并行化处理方法和电磁侧子网群主控进程并行算法。算法理论推导与仿真表明,文中算法能大幅提高交直流混联背景下含大量机电–电磁边界点混合仿真时计算效率。     

基于分群解耦的电力系统机电电磁混合仿真的分网技术

多条耦合直流输电的响应只能通过电磁暂态仿真程序模拟。为了提高仿真精度,机电-电磁混合仿真已用于电力系统运行的研究。为解决目前机电-电磁混合仿真速度太慢的问题,提出了一种电力系统混合仿真分网技术。首先把机电网络分成尽可能多的网络孤岛,把电磁暂态网络通过传输线解耦方式分网,然后基于分群解耦的机电-电磁混合仿真算法形成单时步内解耦的机电-电磁子网群。继而又提出一种新的并行程序结构,利用机电-电磁子网群实现并行仿真,加快仿真速度。最后对含有7条直流输电和4000个节点的电磁网络的国调方式计算案例进行的研究表明,该方法可以在不降低精度的情况下大大提高仿真速度。     

电力系统暂态实时仿真并行算法的研究进展

计算机并行技术和通信技术的快速发展,使得大规模电力系统暂态实时仿真成为可能。介绍电磁暂态仿真和机电暂态仿真所采用的模型和计算方法以及各自并行算法所取得的研究进展和实用效果,讨论了基于网络分割和集群计算机系统的粗粒度并行算法,分析表明该类算法具有较高的并行效率以及较好的发展潜力。     

一种区域配电网电磁暂态实时仿真方法的研究

为了满足区域配网电磁暂态仿真实时性要求,提出了一种基于长线路原理对弱连接网络进行分割,实现解耦并行计算的方法。本方法首先利用长线路解耦原理搭建仿真模型,对仿真电网进行分块解耦;然后将子系统间进行并行计算,每个计算时步进行一次数据交互。最后,搭建实际的配网仿真系统。经验证表明:本文提出的实时仿真解耦并行算法是正确和有效的,计算结果满足精度要求,同时大大提高了仿真计算速度,实现了区域配电网的电磁暂态实时仿真。     

大规模电力系统电磁暂态并行仿真算法和实现

随着电力系统的发展,传统电力系统逐步演化为大规模交直流混联的复杂电力系统。设计高效、快速的大规模电力系统电磁暂态并行仿真器,成为大规模电力系统电磁暂态仿真的研究重点。首先讨论了传统粗粒度并行方法面对大规模电力系统电磁暂态仿真加速的局限;进而通过"平均化"的变流器建模方法改进了传统电磁暂态EMTP算法,通过"向量化"的细粒度并行计算方法,在新型计算设备GPU上实现了大规模电力系统电磁暂态仿真的加速;最后讨论了大规模复杂电力系统仿真的发展方向,并提出了用于大规模电力系统实时仿真的异构并行计算平台。     

用于大规模电力系统机电暂态实时仿真的并行网络拓扑算法

为在大规模电力系统机电暂态实时仿真中模拟厂站任意开关操作,提出了一种并行网络拓扑算法。算法首先定义一种电网主拓扑结构,并在此结构上应用基于优化边界表的网络分割算法,使得大量含有开关/刀闸的厂站主接线能完整地分配在子网中;然后在此基础上实现了一种基于消息传递接口(MPI)的电网并行拓扑算法,并定义了拓扑开关变位和断线故障之间的转换逻辑,以实现与机电暂态并行仿真程序集成。此算法没有增加已有机电暂态并行算法联络系统的复杂性,而是使厂站拓扑分析并行分布在子网中;同时为了加快拓扑分析与电网求解效率,使用了局部变化拓扑、导纳矩阵局部修改、部分因子分解技术。对被划分为14个子网的17984母线大电网案例测试表明:在Intel至强处理器E5450计算机上,并行拓扑算法能够获得超过19倍的超线性加速效果,实时模拟变电站运行而无需修改电网模型,总体效率能够满足实时仿真要求。     

PC机集群系统在电力系统暂态稳定分析中的应用

暂态稳定分析的并行求解研究主要集中在对暂态计算时数学方程的并行化、暂态计算的内在并行性2方面。从网络分割的角度出发,采用基于支路分割的并行算法,以分割支路两端的电压为交接变量,将分割支路两端的节点看作有注入电流的节点,通过迭代最终实现并行计算。以MPICH.NT.1.2.5作为操作平台,利用MPI(MessagePassingInterface)传递函数库实现并行通信。最后,通过IEEE39节点系统对该算法进行测试,验证了该算法的正确性,并且通过与传统算法的比较得到了令人满意的并行加速比。     

基于HYPERSIM的大规模电网电磁暂态实时仿真实现技术

我国交直流大电网的持续发展对电力系统仿真提出了更高要求。接入实际直流控保装置的大规模电磁暂态实时仿真能够较准确的理解复杂电网的行为以及研究交直流相互影响特性。要实现?s级计算步长下,电磁暂态仿真规模达数千节点的交直流大电网模型实时运转,对解耦的合理性和仿真的实时性提出了严苛的要求,既是实现接入多套直流控保装置的前提条件,也是国际电力系统实时仿真领域共同面临的巨大挑战。基于HYPERSIM和超级计算机SGI,结合处理器计算能力,在长线路自然解耦的基础上,通过优化大电网解耦方法,合理拆分子任务模块,同时满足仿真精度和实时性要求。深入研究了HYPERSIM的自动任务映射参数,提出了综合优化自动任务映射参数的方法。最终实现了规模达到17746个单相节点的大规模交直流电网电磁暂态实时仿真,突破了扩大电网实时仿真规模的难题,进一步提升了交直流大电网仿真精度。基于HYPERSIM的大规模电网电磁暂态实时仿真技术的实现为未来大电网运行决策、规划校核、故障再现提供了新的技术手段。     

我国直流输电系统全数字实时仿真系统研发成功

中国电力科学研究院组织专家对直流输电系统的电磁暂态实时仿真进行研究,提出交直流电力系统分割并行电磁暂态数字仿真方法,并开发出直流输电系统全数字实时仿真系统。     

基于PC机群的电力系统机电暂态仿真并行算法

在电力系统的动态稳定在线评估和实时仿真计算中，并行处理是一种非常有发展前途的技术。许多种类的并行算法已被提出，并在不同类型的并行计算机上实现。由于具有性价比高、升级和扩展性能好的特点，PC机群并行计算机吸引了越来越多的注意力。本文综述和讨论了几种机电暂态并行算法，特别是在PC机群上实现这些算法的有利和不利条件。本文讨论的并行算法包括：网络分割、线性方程并行求解、牛顿类算法和一些时间并行算法。     

交直流电力系统分割并行电磁暂态数字仿真方法

针对直流输电系统拓扑结构变化频繁的特点,提出一种交直流分割并行的电磁暂态数字仿真方法,避免了直流输电系统拓扑结构变化对电力系统其他部分的影响。在CIGRE标准算例上所做的测试表明,该方法计算结果正确,计算速度快。该方法具有计算效率高、网络分割灵活等特点。该方法的提出和实现,为进一步解决直流输电系统的电磁暂态仿真的实时性及采用数字仿真系统进行直流输电控制保护装置的闭环仿真试验奠定了基础。     

电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真接口原理

在电力系统仿真中,如果能在一次仿真过程中同时实现大规模电网的机电暂态仿真与部分电网的详细电磁暂态仿真,那么对详细分析系统特性,特别是直流输电、FACTS元件等的特性具有重要的理论价值和现实意义。针对这一问题,笔者在比较电磁暂态仿真和机电暂态仿真模型与方法的基础上提出了一种电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真的通用接口方法。该方法在我国实际电网中的成功应用证明了其有效性和实用性。笔者将分三个系列进行相关讨论,此文为系列报告之一,主要提出了电磁暂态-机电暂态混合仿真的实现原理及接口模型,如接口等值电路的设计、接口交换时序的设计等。     

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.     

NETOMAC在直流输电系统仿真研究中的应用

基于NETOMAC软件的混合仿真功能,建立了直流输电系统的混合仿真计算模型。该模型能够在对交流网络进行机电暂态计算的同时,对直流网络进行电磁暂态计算,因而能较精确地考察暂态过程中直流线路的动态行为。针对CIGRE标准测试系统的仿真计算表明了方法的优越性。此外,还针对一个典型的多馈入直流输电系统,定义了影响多馈入直流输电系统中换相失败及其发生类型的2个重要参数,对仿真过程中发理的一些现象也给出了理论上的解释。     

电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真程序设计和实现

电力系统混合仿真对常规电力系统进行机电暂态仿真,对重点关注的局部网络或者特定元件采用电磁暂态仿真.它综合考虑了机电暂态过程和电磁暂态过程的相互影响,为研究大规模电力系统的稳定性和动态特性提供了新的思路.文中基于自主开发的机电和电磁暂态混合仿真程序,结合具体的接口算法,设计并实现了电力系统混合仿真系统平台,并提出了一种新的数据时序交互方式以及在此基础上的数据通信和同步控制算法.所建立的仿真平台代码透明可控,功能易于扩展,提高了仿真的灵活性和效率.最后给出的仿真算例证实了所提出的方案的可行性及接口算法的正确性.     

考虑网络划分优化的交直流系统并行电磁暂态仿真研究

对于大规模交直流混联电网而言,并行电磁暂态仿真在保证计算精度的同时,具有比串行电磁暂态仿真更高的计算效率,因而得到了日益广泛的应用。为进一步提高并行电磁暂态仿真的计算效率,从PSCAD并行仿真机理出发,分析了网络划分均匀程度及联络线路数对并行仿真效率的影响。在此基础上提出一种网络划分优化模型,可在保证分区均匀的同时,减少联络线路数,从而可提高交直流混联电网并行电磁暂态仿真的计算效率。算例分析验证了所提方法的有效性和高效性。     

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。     

大规模电网电磁暂态快速仿真方法

随着与直流输电、柔性交流输电等相关的电力电子装置广泛应用于电力系统,电磁暂态仿真逐步成为电力系统分析的重要工具。然而,由于电磁暂态仿真选取的步长小,占据的内存大,计算速度慢,仿真规模受到了限制。基于坐标系旋转变换的思想,通过旋转变换降低信号的频率,提出了一种快速的大步长仿真方法。与机电暂态仿真相比,本方法可以体现系统的电磁暂态行为,提高了仿真精度,与传统的电磁暂态仿真相比,提高了仿真速度。     

基于集群机的大规模电力系统暂态过程并行仿真

由于传统的串行计算方法无法满足互联电力系统在线动态安全分析和实时仿真的要求，研究高效的电力系统暂态并行仿真算法及其软件已成为电力系统动态实时仿真的关键。该文基于集群系统，提出一种利用电力系统区域特性的多重化网络划分方案，弥补了传统网络划分算法在计算规模和划分质量上的不足；并提出了一种基于分块思想、消息传递与动态多线程相结合的网络方程分层算法及其实现策略，缩短了网络方程的计算时间，解决了暂态仿真中计算量突增的问题，提高了算法的并行效率和整体性能。同时，文中还简化了暂态稳定算法迭代流程，改进了全局收敛判定方法，有效地减少了算法计算量和通信损耗。实际电网的数值计算结果表明，文中提出的算法计算加速比高，实时性好，因此研制的电力系统动态并行仿真程序能够满足大规模电力系统暂态过程实时仿真、甚至超实时仿真的要求。     

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。