电力系统数字仿真技术的现状与发展

电力系统数字仿真已成为电力系统试验研究、规划设计和调度运行的重要工具。文中介绍了电力系统仿真技术的现状，讨论了现有电力系统数字仿真软件和系统的发展趋势。认为随着电力系统的发展和FACTS等新技术的应用，电磁暂态与机电暂态混合仿真、全过程动态仿真和大规模实时仿真系统将是我国电力系统仿真技术的主要发展方向。     

电力系统全过程动态仿真技术的现状与展望

随着我国全国性交直流混联电力系统的形成,电力系统的动态特性变得更加复杂。全过程动态仿真能够将电力系统电磁暂态、机电暂态和中长期动态统一起来进行计算,是研究和分析这种非线性超大规模电力系统动态特性机理、事故特征及其安全稳定措施的重要技术手段。分析了电力系统全过程动态仿真技术的研发与应用现状、存在的技术难点,并对技术发展进行了预测,主要包括电磁暂态-机电暂态-中长期动态统一仿真的数值计算方法和建模技术。该文指出新型数值积分算法、适于多时间尺度仿真的直流输电建模方法、具有智能化和开放式与交互式的并行仿真软件开发方法等关键技术,可为大规模交直流互联电网的安全稳定、经济运行及新技术和新设备的应用研究等提供强有力的仿真工具。     

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。     

基于ADPSS系统的电网安全自动装置仿真试验

针对安装在安徽电网颍州变电站220 kV母线侧的UFV200C型安全自动装置,介绍了利用中国电力科学研究院开发的实时数字仿真系统ADPSS进行的复杂电网电磁一机电暂态混合仿真技术,对UFV200C型安全自动装置进行的暂态实时仿真试验。试验结果表明,该试验能够真实地反映220kV阜阳区域电网稳定控制系统在暂态稳定下的控制特性及其对安徽电网暂态稳定性的影响,仿真系统初步具备进行安徽电网安全自动装置的试验条件。     

基于PSS/E和PSCAD/EMTDC联合仿真的交直流系统混合仿真研究

机电—电磁联合仿真技术兼顾机电暂态仿真和电磁暂态仿真二者优点,可应用于交直流输电系统仿真研究中,基于PSS/E与PSCAD/EMTDC联合仿真技术,对南方电网进行直流系统电磁暂态建模及交流系统机电暂态建模,并进行实例仿真研究,通过不同仿真工具的仿真曲线对比分析,说明机电—电磁混合仿真技术的优越性。研究结果表明,机电—电磁混合仿真与机电暂态仿真整体上系统响应趋势近似,在故障期间及故障恢复初期直流响应特性上还存在一定的差异性,机电—电磁联合仿真技术能更精确地体现多次换相失败及换相失败后直流系统恢复的过程,对交直流输电系统仿真研究具有较强的适用性。     

含高比例电力电子装备电力系统安全稳定分析建模仿真技术

面向高比例电力电子装备接入后的电力系统安全稳定分析需求,首先,梳理了电力电子装备单体建模和集群建模的现状,分析了不同建模方法的技术原理和适用性。其次,介绍了机电暂态、电磁暂态、机电-电磁暂态混合、数模混合等不同仿真技术的原理和应用现状。再次,分析了未来更大规模新能源接入场景的建模和仿真技术挑战。最后,对高比例电力电子电力系统建模及仿真技术的发展趋势进行展望,提出了电源侧和负荷侧精细化建模、大电网全电磁暂态仿真、基于高性能计算的云仿真、多手段协同仿真分析等关键技术研究方向。     

电力系统不同时间尺度仿真对比研究

电力系统的运行需要数字仿真来进行分析。电力系统非实时仿真技术包括电磁暂态过程仿真、机电暂态过程仿真以及中长期动态过程仿真。针对不同的动态过程需要采取不同的仿真方法。在参考已有相关文献的基础上,对电磁暂态、机电暂态、中长期动态过程仿真在步长、数据形式、规模、适用场合上进行了对比分析。以逆变器为例研究了电力电子电路在这3种仿真方法中建模的区别,并在PSCAD/EMTDC和Matlab中搭建模型,用波形更清楚地表明了3种仿真方法的区别,验证了逆变器不同建模方法的合理性,该建模方法可以为其它电力电子电路的建模提供依据。     

交直流混联电网运行控制实时仿真技术研究

现代电网已形成交直流多元件、多系统"混联"运行的格局,运行和控制特性极为复杂,表现为各类电力电子元件的电磁暂态和电网机电暂态过程之间的强耦合特性,传统基于"N-1"潮流或机电暂态仿真的方法在混联电网的仿真分析与控制研究中存在局限性。本文研究了实时仿真技术应用于交直流混联电网仿真的若干关键技术,以实用化的电磁-机电暂态混合仿真技术为核心建立含物理控制闭环的全景实时仿真环境,兼顾大电网仿真规模并精细刻画电力电子快速暂态过程及控制响应。该技术已应用于南方电网典型方式重要风险精确仿真界定、反措仿真验证和安稳控制策略的仿真试验,为复杂电网的精确分析和控制技术研究提供了有效的技术手段。     

交直流大电网混合实时仿真（SMRT）平台研发与工程应用

为更准确、高效地研究南方电网受端多回直流换相失败、交直流复杂电网交直流相互影响、受端电网电压稳定和交直流电网稳定控制等问题,提出了研发基于RTDS实时仿真器与并行计算机联合闭环运行的电磁暂态-机电暂态混合实时仿真平台（supermixedreal-timesimulation,SMRT）。系统阐述了SMRT平台的架构和关键技术,即大规模电网实时机电暂态仿真技术、电磁与机电暂态全序量交互技术、RTDS与计算机仿真接口的数字化高速通信技术等。介绍了其在南方交直流互联大电网复杂系统运行分析、控制研究及运行人员培训中的应用。     

大规模电力电子设备接入的电力系统混合仿真接口技术综述

随着电网互联规模的扩大以及大量电力电子设备的接入,为更好地满足对电力电子设备接入后的复杂电力系统仿真分析的需求,采用机电暂态与电磁暂态结合的混合仿真能够很好地解决系统仿真规模、速度和精确性的问题。论述了机电-电磁暂态混合仿真技术的发展历史和现状,对现今国内外采用的混合实时仿真平台进行了归纳总结。在此基础上,就混合仿真接口技术的关键问题从等值形式、数据转换、接口位置选择和交互时序4个方面进行了详细讨论。论述了各个方面的内容、技术难点以及面临的主要问题。最后,提出了混合仿真技术未来可能的发展方向及相关问题。     

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。     

实时动态安全评估中在线和离线仿真互访过程研究

实时动态评估利用电力系统实际运行数据与网络模型参数,对电力系统潮流、电力系统稳定性、短路电流、输电极限等进行跟踪分析,并评价系统的暂态、动态稳定性。离线仿真针对同类问题开展研究,但在机组出力、负荷分配等方面多选择典型方式设置。模型参数因管理部门的不同,也存在一定的差异。以华北电网实时动态(暂态)预警系统为例,探讨在线和离线相互访问过程中的动态系统数据的截取、修改,离线数据上传、演算、结果回收等内容。针对这些问题提出相应解决方法并应用于工程实践,实现了动态预警在线和离线相互间的访问。     

计及PSS的电力系统时域仿真计算

随着电网规模日益增大,电力系统动态安全问题愈发受到重视,其中,时域仿真是研究电力系统动态特性的重要方法.综述了暂态稳定分析中时域仿真的方法,并利用时域仿真对计入电力系统稳定器(PSS)的系统进行仿真计算与分析,利用Matlab通过IEEE 14仿真算例定量研究了引入PSS对电力系统暂态稳定特性的影响.     

电力系统实时仿真技术研究综述

电力系统实时仿真已成为进行电力系统试验研究、规划设计、调度运行和状态安全评估的重要工具。电力系统实时仿真技术的发展经历了物理仿真、数模混合仿真和数字仿真三个阶段。介绍了电力系统实时仿真技术的一般定义、发展历程及现状,突出了该技术的实时性特点,同时,对实时仿真技术的理论基础、涉及的算法和实现方式也作了一定程度的阐述,对电力系统实时仿真技术有较全面的比较和说明。三种实时仿真技术有各自的优缺点,在实际应用中应有选择性地配合使用。数模混合仿真技术在仿真应用中较有优势,成为目前较热门的研究课题,对它作了重点介绍。最后进一步指出了电力系统实时仿真技术急需解决的问题。     

电力系统动态仿真中的安全稳定控制系统建模

针对目前电力系统动态仿真分析难以准确反映安全稳定控制系统动作特性的问题,提出一种安全稳定控制系统通用建模方法。采用分层次、面向对象的建模思路,实现了对实际电网中的安全稳定控制系统特性的准确模拟,以及含安全稳定控制系统模型的动态仿真计算。该方法层次清晰、建模方便,克服了以往仿真软件因潮流转移导致的过负荷引起距离三段动作、反时限原理保护动作和涉网保护动作等导致系统元件的开断,特别是连锁故障引起的大面积停电等复杂故障情形,不能真实反映安全稳定控制系统动作行为的缺点,同时减轻了仿真计算的工作量。仿真结果表明,含安全稳定控制系统模型的动态仿真程序,为分析电力系统全过程动态稳定性、研究防止连锁故障引起大面积停电的措施提供了有力的仿真工具。     

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。     

NETOMAC在电力系统实时仿真中的应用

基于电力系统仿真软件包NETOMAC和实时数字仿真器RIDS，提出了先进的集成混合实时仿真系统。此系统利用实时数字混合接口，将NETOMAC的机电暂态计算和RIDS的电磁暂态计算相结合，为大系统及包含多个灵活交流输电设备和高压直流输电的复杂系统的实时仿真提供了一个经济可行的解决方案。利用NETOMAC与实际的控制器和继电保护装置相结合构成的新型数字—物理混合动态仿真系统，可进行控制器和继电保护装置的实时测试。     

暂态全过程仿真中面向对象的负荷自适应模型

为实现电力系统负荷的暂态全过程仿真，作者分别对静态负荷和动态负荷的暂态特性进行分析，应用面向对象技术建立了适合暂态全过程数字仿真的负荷自适应模型。仿真实验结果表明，该模型适用于电力系统过电压、故障分析和保护校验，交直流系统相互作用以及暂态稳定等问题的仿真研究。     

马达负荷模型对华东电网暂态稳定性的影响分析

以华东电网为研究对象，采用中国电力科学研究院推荐的马达模型和参数，仿真比较了马达负荷模型的动态特性，分析了马达负荷模型对电网暂态稳定仿真结果的影响及原因，认为在电力系统暂态稳定仿真中，送端电网采用马达负荷模型有利于提高稳定水平。