含双馈感应发电机的电网多步长快速暂态仿真

为提高含双馈感应发电机(doubly-fed inductiongenerator,DFIG)的电网暂态仿真效率,提出一种多步长快速暂态仿真方法。该方法在系统积分步长不变的情况下,通过可变参数改变双馈感应发电机模型的积分步长。对双馈感应发电机模型在改变后的步长下进行数值计算,此过程无需求解电力系统网络方程,当双馈感应发电机模型的积分时间和系统积分时间同步时,双馈感应发电机模型与系统其他元件统一进行精确的数值计算。简单系统和经典电力系统的仿真计算结果表明,所提仿真方法计算速度快、精度高,是一种有效、实用的计算方法。     

基于优化分网策略的有源配电网多速率并行暂态仿真分析EI北大核心CSCD

随着配电网元件种类日益丰富和分布式电源渗透率不断提高,网络动态过程更加多样化,配电网暂态仿真的难度进一步加大。针对目前有源配电网并行暂态仿真方法未考虑元件动态响应速度对仿真计算量的影响和仿真步长需求的问题,提出了一种基于优化分网策略的自适应变步长多速率并行仿真方法。考虑不同元件暂态响应速度和计算量的差异,提出了以CPU多核心计算均衡和核心间交互数据量最小为目标的有源配电网优化分网策略;在此基础上建立了元件接口等效模型和子任务协调模型,提出了CPU子任务间多速率并行、子任务内部仿真步长自适应调整的并行仿真方法,达到加速暂态仿真的目的。通过对变电站同一母线的12条出线进行仿真测试,验证了所提并行仿真方法能够满足配电网暂态的仿真需求,在保证仿真精度的同时大幅提高计算速度。     

基于优化分网策略的有源配电网多速率并行暂态仿真分析

随着配电网元件种类日益丰富和分布式电源渗透率不断提高,网络动态过程更加多样化,配电网暂态仿真的难度进一步加大。针对目前有源配电网并行暂态仿真方法未考虑元件动态响应速度对仿真计算量的影响和仿真步长需求的问题,提出了一种基于优化分网策略的自适应变步长多速率并行仿真方法。考虑不同元件暂态响应速度和计算量的差异,提出了以CPU多核心计算均衡和核心间交互数据量最小为目标的有源配电网优化分网策略;在此基础上建立了元件接口等效模型和子任务协调模型,提出了CPU子任务间多速率并行、子任务内部仿真步长自适应调整的并行仿真方法,达到加速暂态仿真的目的。通过对变电站同一母线的12条出线进行仿真测试,验证了所提并行仿真方法能够满足配电网暂态的仿真需求,在保证仿真精度的同时大幅提高计算速度。     

PSASP用户自定义建模混合步长仿真机制的实现与应用

基于面向对象程序架构的用户自定义(UD)建模仿真程序设计,对UD模型的计算流程进行改造,通过设置仿真控制时间窗或者进行偏差判断,由程序根据事先设定的步长值,在仿真过程中进行积分步长的变换,既可以实现稳态工况下采用大步长仿真以提高计算效率,又可以实现在故障发生和系统恢复期间采用小步长仿真以提高计算精度和改善仿真收敛性的目的,解决了当前电力系统分析综合程序(PSASP)只能采用统一的固定步长进行计算,不能兼顾仿真效率和精度的不足。同时开发了用于长过程仿真的自动发电控制(AGC)的UD模型,并采用混合步长仿真机制,分析了AGC在电力系统中的动态特性,一方面验证了该机制的有效性和模型的合理性,另一方面通过提高机电–中长期暂态仿真的效率,为PSASP全过程仿真的实现提供了可行的通路。     

基于二次向量场的暂态稳定性快速数值计算方法

时域仿真是研究电力系统暂态稳定性的重要手段。该方法主要涉及微分代数方程(DAE)的数值求解。目前,电力系统暂态稳定性仿真最常用的方法是先用隐式梯形法离散常微分方程,再用拟牛顿法求解非线性方程组。对于大规模电力系统,这种仿真方法非常耗时,因为在每一步的积分过程中通常需要多次迭代。提出了一种基于Kahan方法的数值方法来实现快速的暂态稳定性仿真,其中电力系统的机电暂态特性由二次微分代数系统描述,然后用Kahan方法求解DAE的非线性方程。基于Kahan方法提出的仿真方法是线性隐式的,可以通过求解单个线性系统来计算每个时间步长的积分。因此,它比现有方法具有更好的计算效率。在5机18节点系统和IEEE145节点系统上进行的研究证实了该方法的有效性。     

考虑调整变化量和变步长的暂态稳定约束最优潮流模型

为了满足电网事故后运行方式的快速调整需求,本文提出了一种新的暂态稳定约束最优潮流(TSCOPF)模型,以系统调整变化量最小为目标,并采用了区分故障中和故障切除后两阶段的积分步长微调策略。该模型的系统调整变化量与系统失稳程度密切相关,解决了传统TSCOPF调整量过大的问题。两阶段积分步长微调策略使得刚好整数步时到达故障切除时刻和仿真结束时刻,实现了关键时间节点的准确仿真。采用了原始-对偶内点法求解该模型。IEEE-9、NE-39及IEEE-118 3个测试系统的计算结果表明,所提方法利于调度员快速处理事故,提高了TSCOPF的实用化水平。     

基于频率相关网络等值和时变动态相量直流模型的机电暂态仿真方法

提出一种基于频率相关网络等值和时变动态相量直流模型的机电暂态仿真方法。该方法将大型互联电网中的直流系统从机电暂态模型中分离出来单独建模,并给出完整的仿真流程。基于多速率仿真方法用小步长建立电流源型高压直流(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)和电压源型高压直流(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)的时变动态相量模型。提出一种确定直流侧小步长值的方法,以提高机电暂态直流模型的计算精度同时尽量节省计算时间。直流和交流间为串行接口,且跟随机电暂态代数、微分方程的交替迭代而迭代。直流侧仿真时,交流侧采用频率相关网络等值;交流侧仿真中,直流侧为诺顿等值。通过与PSCAD电磁暂态和没有时变动态相量的机电暂态仿真对比证明所提方法的有效性。     

电力系统全过程动态仿真的实例与分析-- 电力系统全过程动态仿真软件开发之四

经过3年多的研究开发，电力系统全过程动态仿真软件的主体框架结构的设计，机电暂态过程和中长期过程主要模型的建模，软件主要算法的编程都已完成，3个算例的仿真与分析表明，电力系统全过程动态仿真软件的暂态稳定计算功能仿真结果准确。中长期动态过程仿真结果合理，说明软件所采用的积分方法－Gear法可以用来仿真电力系统从快速暂态到慢速中长期动态过程的转换，可以自动变阶变步长，算法数值稳定性高，所开发的电力系统全过程动态仿真软件具备了仿真电力系统从机电暂态到中长期动态过程的能力。     

电力系统动态过程的柔性自校正仿真方法

电力系统动态过程仿真的效率和数值稳定性常常受到刚性的困扰.通过对非线性动态系统刚性特征的分析和再思考指出:刚性时空分布的局部性为柔性化提供了基础.其次,文中提出了自适应柔性分组策略和具有自校正积分措施的变量组协调策略.通过对变量组别划分、相对步长因子调整、最小积分步长调整3种自适应策略的统一处理,可以动态地控制变量组别的变化和积分步长的调整,在保证精度的前提下放开了较慢变量的步长,避免了传统方法所有变量采用相同步长进行积分导致计算效率低下的缺陷,克服了现有变量分组方法难以做到同时自适应调整多个控制参量的不足,使计算效率得到了显著提高.     

输电线路工频动态相量模型在半波长交流输电系统机电暂态仿真中的应用研究

为了在机电暂态仿真中准确模拟半波长交流线路的波传输动态特性,提出将交流线路的动态相量模型应用于半波长输电系统仿真。动态相量模型在机电暂态仿真中得以应用的关键是仿真精度和仿真步长问题。半波长线路区外故障时,可以直接应用半周波固定步长进行机电暂态仿真;而当模拟半波长线路区内故障时,若仍采用半周波固定步长,则需应用线性插值的近似方法计算注入电流源。为保证仿真精度,并兼顾仿真速度,提出采用变步长仿真方法用于半波长线路区内故障。以电磁暂态仿真结果为基准,点对网半波长交流输电系统算例表明,动态相量模型比传统的交流线路稳态模型具有更高的仿真精度,且变步长仿真方法优于线性插值近似法。     

水电站过渡过程计算中水轮机模型单点迭代求解方法及其收敛性研究

水力机组过渡过程计算中水轮机模型最为复杂,常需要采用迭代的方法进行求解,但迭代不收敛现象时有发生。针对该问题本文采用单点迭代的方法研究了水轮机模型迭代收敛性,并提出了一种新的求解流程,从数学层面上严格推导了该流程需要满足的最大允许计算步长。在此基础上分析了求解过程中水轮机各参数对计算收敛性的影响规律及影响程度。进而大大减少了水轮机模型迭代计算的不收敛现象,为工程计算和科学研究中求解水轮机模型提供了可靠的理论指导。     

暂态稳定分布式仿真计算的改进算法

电网互联和电力系统市场化发展趋势对暂态稳定分布式计算提出了要求.文中研究了电力非线性网络暂态稳定分布式仿真算法的计算效率问题,指出算法的瓶颈主要是子系统边界值的迭代求解计算,提出了改善非线性网络分布式求解效率的交接变量估计法,进行了数值验证,并与适于线性网络求解的并行处理方法、已有的电力网络暂态稳定初值估计法和交接变量调节法进行了比较.数值实验表明,文中提出的方法可在较大程度上稳定地改善暂态稳定分布式仿真分析的计算效率,与电力市场条件有一定的适应性.     

A numerical integration method for long-term power system dynamic simulation

Large power system frequency/voltage fluctuations due to severe faults in trunk transmission lines or major generating units may trip-off other facilities and result in large-scale power system blackout. To prevent such blackout, development of an accurate and fast long-term power system dynamic simulation tool is required. With respect to the development stage, selection of a numerical integration method available for step-size adjustment, and the development of a scheme for the adjustment are principal subjects. The trapezoidal and the second-order Gear methods were selected as possible candidates for the step-size adjustment from the viewpoint of numerical stability. The trapezoidal method is selected from the viewpoint of accuracy and applicability to power system dynamic simulations. A new scheme for the automatic step-size adjustment is proposed for the trapezoidal method to achieve fast simulation of the long-term power system dynamics. The validity of the proposed scheme is verified through simulation studies on a single-machine-to-infinite bus system.     

动态电压振荡型失稳边界分析与算法研究

提出了全参数空间下的最近动态电压振荡型失稳边界的计算方法。在每次迭代中,采用逐步增长负荷的迭代方式找到振荡型失稳边界,求取失稳边界的超平面法向量。将该法向量作为新的负荷增长方式寻找下一步失稳边界,最终找到系统发生电压振荡型失稳的最近边界及其对应的最危险负荷增长方向。相对于摄动方法而言,该方法将各种因素对于电压稳定域的影响考虑在内,且不需要求取控制参数的海森矩阵,具有计算速度快、精度高的特点。选取系统有功负荷作为控制参数,研究了负荷的不同增长方式对系统振荡失稳边界的影响,并根据超平面的法向量求解出系统发生振荡型失稳的最近边界以及所对应的最危险的负荷增长方向。提出2类电压稳定指标,所提指标有助于综合评估系统动态电压稳定裕度。采用3节点和IEEE 14节点仿真系统对算法的有效性进行了验证。     

Parallel-in-time implementation of transient stability simulationson a transputer network

The most time consuming computer simulation in power system studies is the transient stability analysis. Parallel processing has been applied for time domain simulations of power system transient behavior. In this paper, a parallel implementation of an algorithm based on Shifted-Picard dynamic iterations is presented. The main idea is that a set of nonlinear Differential Algebraic Equations (DAEs), which describes the system, can be solved by the iterative solution of a linear set of DAEs. The time behavior of the linear set of differential equations can be obtained by the evaluation of the convolution integral. In the parallel-in-time implementation of the proposed algorithm, each processor is devoted to the evaluation of the complete set of variables relative to each time step. The quadrature formula, adopted for the integral evaluation, can be easily parallelized by using a number of processors equal to the number of time steps. The algorithm, implemented on a transputer network with 32 Inmos T800/20 adopting a uni-directional ring topology, has been tested on standard power systems     

电压骤降和瞬时供电中断概率评估的蒙特卡罗仿真

对动态电能质量中最主要的两个问题——电压骤降和瞬时供电中断进行了研究，提出了基于非序贯蒙特卡罗模拟和电磁暂态仿真相结合的电能质量概率评估新方法和相应的概率评估指标体系。算法利用蒙特卡罗仿真得到各种故障信息，并考虑保护设备的参数及各种故障类型，通过仿真程序PSCAD／EMTDC对蒙特卡罗模拟法随机产生的各种故障形态进行仿真计算，最后分析统计得到系统和敏感负荷点电能质量的各项概率指标。文中以RBTS标准测试系统为例进行了计算分析，算例表明了模型和算法的有效性。计算结果对规划调度有重要的参考价值。     

大规模电网运行方式调整潮流计算及病态诊断

调度和运行方式计算人员经常面临方式变化和调整,迫切需要自动诊断病态潮流并进行运行方式调整潮流计算。为此,文中提出一套工程实用的操作后不平衡功率分摊模拟、潮流数据检查、潮流初值给定、潮流求解病态特性自动识别、病态潮流自动调整的运行方式调整潮流计算方法。采用牛顿—拉夫逊迭代过程中电压幅值和相角衰减指标特性和大小识别病态特征,依据病态特征建立基于内点法最优潮流的病态潮流和无解潮流的自动调整模型,实现大电网运行方式调整潮流计算。采用所提方法对IEEE 14节点系统和实际系统数据进行了病态潮流诊断指标和特征确定及潮流自动调整,结果分析验证了该方法的正确性和有效性。     

电力系统中长期过程动态仿真的组合积分算法

电力系统中长期过程具有非线性、强刚性的特点,其仿真时间框架长,与电力系统机电暂态过程相比,中长期过程对数值积分算法的数值稳定性、收敛性和计算效率的要求更高。针对此问题,将隐式梯形积分法和多步高阶隐式Taylor级数法进行组合,提出新的组合积分算法。在机电暂态过程采用隐式梯形积分法,在中长期过程采用多步高阶隐式Taylor级数法。算例仿真与分析结果验证了新组合积分算法的有效性和可行性。     

改进的暂态稳定分布式并行仿真算法

针对基于支路分割和区域迭代的暂态稳定分布式并行算法的计算效率问题，根据电力系统机电暂态过程电气变量的响应特点和分布式协同计算实现过程中子系统间的信息交接特点，提出了改善暂态稳定仿真分布式计算效率的积分步初值估计法和积分步内交接变量修正调节法。应用1 000母线200机系统算例，在暂态稳定虚拟并行计算平台VAPPTSSP上对改进算法进行了验证。改进算法降低了系统计算收敛交接变量的必要通信频度，改善了数值仿真系统的迭代收敛特性，在较大程度上提高了暂态稳定分布式并行计算的效率。