基于互联网的分布式时域暂态稳定仿真可行性分析

分布式暂态稳定仿真是实现大规模互联电网一体化仿真的一种新的解决方案,它利用先进的网络技术,高效地整合各调度中心异构的计算资源,以克服大规模互联电网一体化仿真面临的数据采集、整合和管理困难.为了论述在高延时互联网中大系统分布式时域暂态稳定仿真的可行性,文中提出了一套评价指标,包括准确性、高效性、稳定性、鲁棒性和可扩展性.进一步,在可模拟广域互联网环境的分布式仿真平台上,选择基于Jacobian-free Newton-GMRES(m)方法的分布式暂态稳定仿真算法进行了全面的测试.针对全国联网和东北--华北--华中联网系统的测试结果表明,所选算法满足各项指标,证明了基于互联网的分布式时域暂态稳定仿真的可行性.     

分布式发电微网系统暂态时域仿真方法研究——（一）基本框架与仿真算法

分布式发电微网系统具有较强的非线性与随机性,其动态过程更加复杂,详细的暂态时域响应特性需要对元件进行详细建模,采用基于节点方程的电磁暂态仿真的基本框架作为实现分布式发电微网系统暂态仿真的基础。介绍了实现暂态仿真所采用的各种算法,比较了不同方法的优劣。具体为:采用增广的改进节点方程扩展了电气系统的建模能力;采用牛顿法迭代求解控制系统消除了非线性元件的内部时延,利用伪牛顿法提高了控制系统的计算速度;采用插值算法解决电力电子开关仿真时的各种问题。最后,讨论了分布式发电微网系统的初始化方法。     

基于随机网络演算的分布式能源调控系统时延上界计算

随着分布式能源的大量接入并网运行,通信延时的可确定性和网络控制成为保证系统稳定运行的关键。该文基于以太网通信的分布式能源系统,采用随机网络演算理论提出传输时延边界计算方法。其通过建立自相似业务流量模型,在网络节点处采用延时保证服务和加权公平排队机制调度算法将随机服务曲线具体化,推导出分布式能源通信业务端到端传输延时边界,有效克服了传统基于排队论仅能计算平均延时而遗漏长延时,造成网络控制失效的问题。最后,通过OPNET仿真软件构建的计及分布式能源物理设备与通信网络紧耦合分析模型的实验,验证了该文提出的随机网络演算时延边界数值计算结果的准确性。研究对精确分析不同通信体系架构的传输特性和分布式能源网络化控制提供了通信层面的理论支撑。     

基于KKT条件分解的互联电网分布式状态估计算法

分布式状态估计可用于在线生成互联电网一体化潮流断面.针对无约束优化问题描述的全网状态估计,提出了一种新的分解协调算法.采用节点撕裂法对互联电网进行切分,将全网状态估计问题的KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件方程分解为协调侧和分区侧2个部分.在边界节点状态给定情况下,各分区电网可独立求解分区侧KKT条件方程,获得自身状态估计结果.此时,若协调侧KKT条件方程的残差满足设定条件,则可判断全网状态估计收敛.由此出发,可构建全网状态估计分解协调计算模型,通过求解协调侧KKT条件方程获得边界节点状态修正量,从而调整分区状态估计结果,使其达到一致收敛.文中分别采用JFNG(Jacobian-free Newton-GMRES (generalized minimal residual))算法和逆Broyden拟Newton法这2种方法实现协调侧KKT条件方程求解过程.IEEE 14节点系统、IEEE 39节点系统和实际电网1 165节点系统的测试结果证明,所提出的分布式状态估计算法具有较高的准确性、收敛速度和计算效率.     

基于Jacobian-Free Newton-GMRES(m)方法的电力系统分布式暂态仿真算法

分布式暂态仿真是实现市场环境下互联电力系统在线一体化仿真分析的有效途径.文中研究了电力系统分布式暂态仿真计算模型,提出了基于Jacobian-Free Newton-GMRES(m)方法的协调求解算法.该算法只需要交换边界母线状态信息,接口简单,实用性强.为了提高算法收敛速度,减少协调求解所需通信次数,提出了自适应预处理和连续修正预处理矩阵、预估边界条件初值及多时步同时协调等改进方法并将其应用于新算法中.测试结果表明,新的暂态仿真分解协调算法收敛快,通信次数少,非常适合在基于广域网络的分布式环境中实现.     

基于拟牛顿法的配电网络潮流计算

以牛顿法为基础,提出了一种拟牛顿法的逆布雷顿秩1的方法来计算配电网络的潮流,该方法减少了每步迭代的计算量和计算时间。与经典的保留二阶项配电网络潮流算法相比,拟牛顿法计算速度快,且能很快收敛,IEEE33节点、145节点的配电系统算例,验证了所提方法的有效性。     

基于拟牛顿法的配电网络潮流计算

以牛顿法为基础,提出了一种拟牛顿法的逆布雷顿秩1的方法来计算配电网络的潮流,该方法减少了每步迭代的计算量和计算时间。与经典的保留二阶项配电网络潮流算法相比,拟牛顿法计算速度快,且能很快收敛,IEEE 33节点、145节点的配电系统算例,验证了所提方法的有效性。     

基于松弛牛顿法的互联电网并行分布式潮流计算方法

分布式潮流计算是解决多区域互联电网一体化潮流问题的有效方法.以松弛牛顿法潮流求解公式为出发点,首先利用矩阵分裂法,将互联电网分解为相互独立的子系统,然后利用矩阵求逆运算的Sherman-Morrison-Woodbery公式对各子系统进行协调求解,从而导出了一种新的互联电网并行分布式潮流计算方法.与基于网络分解及协调计算的分布式潮流计算方法相比,该方法具有更好的收敛性.利用基于PVM的分布式计算环境,以IEEE 118节点系统为例,对所提算法进行了装配、测试以及分析,初步验证了所提算法的有效性.     

采用BP神经网络求解CUEP的实用计算

主导不稳定平衡点(Controlling Unstable Equilibrium Point,CUEP)的计算在电力系统暂态稳定分析直接法中具有重要意义.提出一种计算CUEP的新的实用算法:由系统受扰后各切除时刻状态及达到稳态后系统状态可分别作为输入和输出样本,训练BP神经网络;基于Th6venin定理及转矩-滑差曲线以及转子暂态特性,估算出等值系统中负荷母线发生三相短路故障下的极限切除时间,并以此作为大扰动故障临界切除依据,输入训练好的人工神经网络即可输出CUEP.数值仿真采用IEEE-39节点系统来构造算例,以C#.NET 2010为编程语言,与时域仿真法对比证明了该方法的有效性及较高的精度.该方法无需牛顿法迭代计算、节省机时、误差小,具有一定的实用价值.     

电力系统电磁暂态实时仿真中并行算法的研究

该文从软件开发的角度出发,提出了一种解决电磁暂态实时仿真问题的分网并行算法.算法中采用"节点分裂"进行网络分割,采用子网内部节点电压方程与子网之间边界点电压相等的关系联合求解网络,并结合长输电线解耦法,在电科院开发的实时仿真器ADPSS中实现了电磁暂态分网并行计算,使网络中任意点都可以作为边界点进行网络分割.该算法不但能保持长输电线解耦法并行计算的较高并行效率,还能提高分网并行的灵活性.实际系统的计算结果表明:文中所提出的网络并行算法是正确和有效的;节点分裂法即可用于交直流电力系统实时仿真分网并行计算,以实现交直流系统实时仿真.也可应用于电力系统电磁暂态仿真与机电暂态仿真接口计算中,实现电力系统电磁暂态仿真与机电暂态仿真的混合仿真.     

DTS中长距离输电线路的电磁暂态仿真

提出了一种对高压交流长距离输电线路进行电磁暂态模拟的方法，并将春用于调度员培训仿真器（DTS）中。为保证DTS仿真的精度和速度，采用了对高压交流长距离均匀传输线采用电磁暂态模型，网络其他部分仍然采用常规机电暂态模型的混合暂态仿真方法，简单算例和实际等例结果证实了所提方法的正确性和有效性。     

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.     

特高压电流差动保护方案研究

特高压1000kV输电线路分布电容更大,由分布电容引起的暂态电容电流对线路的保护影响更大,因此研究1000kV输电线路的特点及暂态过程对保护的影响很重要。分析了1000kV输电线路的特殊性,给出了暂态电压电流的仿真波形,介绍了基于不同电容电流补偿方法的线路差动保护判据,通过分析和大量的仿真验证了几种判据在1000kV输电线路中应用的优缺点及需要注意的问题,为特高压输电线路电流差动保护方案提供一定的参考。     

750 kV及特高压输电线路的暂态电流研究

特高压输电线路分布电容大,分布电感小,电阻小,且传输距离远,故障暂态量大且暂态过程明显。研究特高压输电线路在故障和合闸过程中的暂态电流特征,对于分析保护的动作行为很有意义。针对750kV及特高压带并联电抗器的输电线路,采用简化模型推导了故障及合闸过程中的暂态电流公式。分析了影响暂态电流中自由分量频率和幅值的各种因素。大量ATP仿真验证了理论分析的正确性,并讨论了不同暂态情况下保护算法可能受到的影响。     

协调分布式潮流控制器串并联变流器能量交换的等效模型

由分布式潮流控制器的特性出发,建立了反映内部3次谐波能量动态交换的基于电流注入法和功率解耦控制法的分布式潮流控制器等效数学模型,设计了以3次谐波能量平衡为基础的串并联控制器。基于电力系统全数字仿真装置(ADPSS)的电磁暂态仿真功能和用户自定义模型功能,分别建立了分布式潮流控制器的仿真平台;基于该电磁暂态实验平台,通过分布式潮流控制器等效模型与电磁暂态模型仿真结果的对比分析,验证了所建分布式潮流控制器等效数学模型的正确性;基于机电暂态中用户自定义模型功能,在WSCC9系统和某500kV实际电网进行了稳态功率调控实验,证明了所建模型的有效性。     

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。     

基于分段平均化模型的微电网快速电磁暂态仿真方法

针对微电网的详细电磁暂态（EMT）仿真模型效率较低的问题,提出了一种基于分段平均化模型的微电网快速电磁暂态仿真方法,记作EMTPAM。该方法将分布式电源（DG）和分布式储能元件（DS）以分段平均化模型（PAM）来处理,并将PAM集成到微电网EMT仿真程序中。对带有两个光伏元件（PV）和一个电池储能系统（BESS）的微电网系统分别进行PSCAD/EMTDC和EMTPAM仿真,两者结果的一致性验证了所提方法的有效性;但后者的速度更快,表明所提的分段平均化模型具有更高的效率。     

基于GPU的大规模配电网电磁暂态并行仿真技术

随着分布式电源等复杂设备的接入,针对配电网暂态过程的分析逐步依赖详细建模和电磁暂态仿真。图形处理器(GPU)等细粒度并行计算设备可显著提升配电网的电磁暂态仿真效率。提出了一种基于GPU的并行仿真技术,在GPU中加速了对大规模配电网系统的电磁暂态仿真。首先,将配电网电磁暂态仿真的计算过程分为异构计算、同构计算和网络求解三部分,并分别建立了细粒度并行计算模型。其次,针对上述三种计算模型,分别设计了基于分层有向图的异构计算核函数,基于积和熔加计算的同构计算核函数以及基于矩阵运算的网络求解核函数,最终实现了完全基于GPU的配电网电磁暂态仿真。对大规模配电网算例的仿真结果表明,所提出的细粒度计算模型和仿真算法可在保证仿真精度的前提下,提升在GPU中进行大规模配电网仿真的效率。     

基于FPGA的光伏发电系统暂态实时仿真

介绍了分布式发电系统暂态实时仿真的主要难点,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的电力电子设备和控制系统的实时仿真方法以及不同步长下电气系统与控制系统的仿真时序和交互方法。在此基础上,设计了具有高度并行性、内存分布性及流水线架构的多种典型分布式电源控制元件模块,搭建了光伏电池及其控制系统模型,并以单极光伏发电系统为例对所提的暂态实时仿真器在多个步长下进行了验证,通过与PSCAD和RTDS软件仿真结果的对比,验证了所提实时仿真器的正确性。     

静止无功发生器集中式与分布式安装应用效果仿真研究

概述了集中与分散配置策略下考虑暂态电压安全的静止无功发生器（staticvar generator,SVG）安装地点选择和容量优化方法。选取某500kV变电站片区电网为仿真对象,采用电力系统计算分析软件包BPA（Bonneville Power Administration）搭建系统仿真平台,通过模拟片区电网的稳态、暂态仿真运行,对比分析其运行效果。结果表明,在子站低压侧分散安装小容量SVG比在母站低压侧集中安装大容量SVG更利于维持稳态电压质量和加快暂态电压恢复。