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。     

基于HYPERSIM的直流输电系统数模混合仿真接口技术研究EI北大核心CSCD

数模混合仿真接口技术是实现直流输电数模混合仿真的关键技术。该文基于HYPERSIM研究了直流输电系统数模混合仿真模型中的数字侧接口、数模混合接口和直流控保装置侧接口。对数字侧接口的软件配置方法进行了详细研究,针对超级并行计算机提出了优化的解耦和优化的子任务映射方法,确保直流控保装置接入后数模混合仿真系统以50μs的仿真步长实时仿真。研究了电气量模数转换和光纤数字协议通信两种数模混合仿真接口技术,并对其转换原理、同步方式和延时进行了详细研究,信号的单向传输过程均有1个步长的延时,该延时不影响直流系统的响应特性,无需进行补偿。研究了适用于数模混合仿真的直流控保装置的接口配置方式。建立了直流输电系统数模混合仿真模型,通过仿真试验表明该接口技术的有效性。该接口技术可推广应用至接入物理控制器的FACTS、风机等数模混合仿真系统。     

基于双实时仿真器的混合仿真接口测试方法

数模混合仿真是未来电力系统仿真分析的重要手段,而接口算法是保证其系统精确性及稳定性的关键。此处提出了一种基于双实时仿真器的混合仿真接口测试方法。该方法将提出的接口算法置于双实时仿真系统接口测试平台上进行测试,同时依据整定策略对接口参数进行在线整定。这种测试方法可以等效替代离线仿真和实际功率硬件在环(PHIL)测试过程,解决了接口算法研究中测试平台搭建复杂及参数整定困难的问题。以风电并网混合仿真和一种改进接口算法为例,对所提测试方法可行性进行验证。结果表明,所提出的接口测试方法快捷有效,参数整定结果准确,测试后接口可直接应用于实际数模混合仿真实验。     

MMC功率接口稳定性分析方法及改进措施

为了解决模块化多电平换流器(MMC)数模混合仿真功率接口稳定性问题,根据Routh判据推导出了基于电压型理想变压器算法功率连接技术的数模混合仿真系统接口稳定的必要条件。针对由功率放大器等接口设备带来的系统延时,提出了一种延时补偿技术。对工作于STATCOM模式下的MMC进行等效建模,并在PSCAD仿真软件中实现了基于电压型理想变压器算法的401电平MMC数模混合仿真。仿真结果表明了Routh判据用于数模混合仿真功率接口稳定条件的正确性以及延时补偿技术的有效性。     

MMC功率接口稳定性分析方法及改进措施

为了解决模块化多电平换流器（MMC）数模混合仿真功率接口稳定性问题,根据Routh判据推导出了基于电压型理想变压器算法功率连接技术的数模混合仿真系统接口稳定的必要条件。针对由功率放大器等接口设备带来的系统延时,提出了一种延时补偿技术。对工作于STATCOM模式下的MMC进行等效建模,并在PSCAD仿真软件中实现了基于电压型理想变压器算法的401电平MMC数模混合仿真。仿真结果表明了Routh判据用于数模混合仿真功率接口稳定条件的正确性以及延时补偿技术的有效性。     

MMC功率接口稳定性分析方法及改进措施

为了解决模块化多电平换流器（MMC）数模混合仿真功率接口稳定性问题,根据Routh判据推导出了基于电压型理想变压器算法功率连接技术的数模混合仿真系统接口稳定的必要条件。针对由功率放大器等接口设备带来的系统延时,提出了一种延时补偿技术。对工作于STATCOM模式下的MMC进行等效建模,并在PSCAD仿真软件中实现了基于电压型理想变压器算法的401电平MMC数模混合仿真。仿真结果表明了Routh判据用于数模混合仿真功率接口稳定条件的正确性以及延时补偿技术的有效性。     

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。     

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。     

电力系统数模混合实时仿真技术的现状与发展

电力系统实时数字仿真与物理模拟相结合可以达到优势互补、优化模拟的效果。模拟仿真器与实时数字仿真系统之间能量与信号的交换 ,是数模混合实时仿真接口的主要问题。利用替代定理 ,两者之间可以通过戴维南等值电路和诺顿等值电路进行相互表述。实时数字仿真系统与HVDC原型模拟换流器构成的混合实时仿真系统在天—广高压直流控制与保护系统测试中得到了成功应用。实时数字仿真系统与动模机组的硬件连接则需要开发背靠背变流器。提出了先进的集成混合实时仿真系统的架构 ,其对经济有效地扩大实时仿真系统的规模具有重要的意义     

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。     

基于自适应模式切换的双馈风机并网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交直流混合电力系统的重要研究手段,而接口算法是决定仿真系统稳定性和精确度的核心内容.为实现新能源经柔性直流输电外送的数字物理混合仿真,将数字物理混合仿真应用于双馈风机,设计了一种自适应模式切换的新型接口算法.根据阻尼阻抗匹配法的结构原理,建立了物理模拟双馈风机的动态等效阻抗模型;针对阻尼阻抗匹配法在双馈风机动态过程放大谐波电流的现象,在功率接口与数字侧之间增加滤波支路,并以双馈风机电流直流分量含有率为依据设计了支路开关的切换条件以防止开关误动作.采用小波神经网络时间序列预测法对物理侧双馈风机转速的传输进行了延时补偿,有效地提高了动态阻抗匹配算法的精确度.通过数字仿真对传统接口算法与新型接口算法的稳定性和精确度进行对比,最后搭建了双馈风机数字物理混合仿真实验平台,验证了所提算法的可行性.     

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。     

数字—物理模型互联方法及混合仿真系统稳定性研究

现代电力系统通常包含高压直流输电(HVDC)或灵活交流输电(FACTS)等由开关器件构成的高频元件,单一实时数字模型因其离散性而受仿真截止频率限制,无法准确模拟这类元件的高频响应过程,目前最有效的仿真措施是建立包含这类高频元件物理模型的数字-物理互联混合模型.根据电路替代定理提出节点电压重叠互联方法,即在数字模型中将接口点电压变量通过D/A转换输出通道形成物理模型中的电压源替代支路,又将该物理支路的电流变量通过A/D转换输入数字模型中形成接口支路的替代电流源,从而实现数字一物理模型的互联;从系统稳定性的角度对基于该方法互联的混合仿真模型进行了理论分析,证明混合仿真模型为有条件数值稳定系统且推导出模型的稳定条件判别式;最后,通过混合仿真实验验证了理论分析结果的正确性.     

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。     

电力系统动态模拟技术

介绍了基于COM(串行通信端口)的分布式电力系统动态模拟技术和基于PLC(可编程逻辑控制器)的多层数字控制网络电力系统动态模拟控制技术的基本结构和技术要点。其中前者的硬件为模块式结构,软件为组件容器中的若干组件库;后者则用多层数字控制网提高了系统的可靠性、灵活性和可扩展性。     

Hybrid simulation of power systems with SVC dynamic phasor model

A novel hybrid method for simulation of power systems equipped with static var compensators (SVC) is suggested in this paper, where dynamic phasor theory is applied for SVC, and traditional electromechanical transient models are used for ac subsystem. A detailed single-phase dynamic phasor-based SVC model is derived first, and an interface algorithm between the SVC dynamic phasor model and the ac subsystem is proposed next. Test results on the 9-bus and the New England 39-bus test power systems show clearly that the single-phase SVC dynamic phasor model has very good accuracy as compared with its electromagnetic transient model. The proposed hybrid-model simulation method provides a new approach for dynamic simulation of large-scale power systems including SVCs.     

基于冲击负荷注入的电力系统混合动态仿真方法

混合动态仿真是实现电力系统动态仿真验证的重要方法。提出的混合动态仿真方法将包含恒定功率与冲击功率的实测数据直接注入仿真子系统,实现子系统间解耦。该方法避免了对外部系统动态等值可能引入的仿真误差,依托商用软件PSASP提供的负荷模型及固有的冲击扰动模块,简单易实现,避免了采用用户程序接口/自定义接口（UPI/UD）语言编写接口程序,实用性较强。以IEEE 10机39节点测试系统和某省级电网算例,验证了该方法的有效性。     

基于时序分析的数字物理混合仿真技术:（三）稳定性分析

基于离散动态模型,对电力一次系统数字物理混合仿真的稳定性进行了研究。将混合仿真理解为一种数值方法,其稳定性由延时系统和离散动态模型的稳定性决定。基于延时微分方程组的理论,分析了延时系统的稳定性及离散动态模型的稳定性,并推导了接口稳定性的条件。通过LC二阶电路的混合仿真实验,验证了理论分析的结论。