柔性直流与直流电网仿真技术研究

模型等效性高、仿真规模大、实时化以及计算资源需求小,一直是电力系统仿真技术的发展目标。讨论了柔性直流及直流电网的特点,结合实际工程经验,从运行特性、等效建模、数值计算以及控制系统试验等方面对柔性直流和直流电网的仿真技术进行研究。在上述研究的基础上,指出柔性直流与直流电网仿真技术的发展方向是具有多时间尺度、多速率建模与变步长计算能力的数字仿真,以及具有全功能极控/阀控实验能力的功率型数模混合仿真。     

直流电网模型和仿真的发展与挑战

直流电网具有接入灵活、控制灵活、经济性好等优势,受到了工程和学术界的关注,而传统的电力系统建模仿真技术已经不能完全适应直流电网的研究和应用的需要。文中介绍了直流电网建模仿真的最新发展,总结了适用于直流电网的设备模型和仿真方法,提出了建模和仿真技术的挑战。在建模技术方面,总结了AC/DC换流器模型、DC/DC换流器模型、直流开关模型、直流负载模型和直流电网的系统控制模型和实现方法。在仿真技术方面,阐述了直流电网潮流算法的实施方案和挑战;总结了直流电网电磁暂态算法在精确性和效率上的挑战,提出了解决方案;阐述了高效的并行算法和多速率混合仿真的挑战和实现方法;展望了物理仿真技术和数模混合仿真在直流电网的应用和未来发展。     

基于时序分析的数字物理混合仿真技术:（一）时序分析与离散动态模型

电力一次系统数字物理混合仿真是传统混合仿真技术的新发展,可以对功率设备进行仿真测试,是一种先进的仿真技术。这种新技术能充分发挥混合仿真的优点,不仅可以适应新能源革命下对各种新电力设备进行测试和研究的需求,还可以扩展混合仿真在电力系统研究中的传统应用,具有重要的研究价值和广泛的应用前景。从混合仿真的结构出发,研究了数字、物理两侧交互工作的特点和规律,提出了"帧—步长时序"的原理和框架。基于该时序,研究了混合仿真接口建模中的时间协调关系,并建立了适用于一般混合仿真系统的离散动态模型。     

电力系统数字混合仿真技术综述及展望

论述了混合仿真技术的发展历史和现状,对国内外现有的混合仿真平台进行了全面的技术总结和比较。在此基础上,从等值模型、相量提取算法、接口位置选择和交互时序4个方面对混合仿真接口技术进行了详细讨论,论述了各方面技术的内涵、方案和面临的主要问题。结合智能电网的发展和"源-网-荷"互动模式,提出将电磁侧系统通过交互接口与信息系统仿真平台相连,构成信息-电磁-机电混合仿真系统,为混合仿真技术的进一步发展提供了可能的方向。     

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。     

关于电力系统电磁与机电暂态混合仿真的研究

针对传统电磁暂态仿真规模不够和机电暂态仿真精度不足,难以满足含高压直流输电(HVDC)和灵活交流输电(FACTS)设备的现代电网的仿真需要,总结和归纳了基于两者的混合仿真如何解决仿真规模、速度和精度的问题.比较了3种仿真技术,着重阐述了混合仿真的关键问题(包括网络的划分、接口的选择、网络的等值、数据通信的时序以及不同类型模型的统一连接等).通过分析混合仿真的发展趋势,指出了实时混合仿真和超实时混合仿真的应用前景.     

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。     

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。     

基于RTDS的机电电磁暂态混合实时仿真及其在FACTS中的应用

深入研究了基于实时数字仿真器(RTDS)的混合仿真平台的实现方法,其中包括利用RTDS的自定义工具Component Builder(CBuilder)开发的机电暂态程序与接口模块,并选取了适用于该仿真平台的数据交换时序。提出了利用机电-电磁暂态混合仿真技术进行柔性交流输电系统(FACTS)研究的方法,并在RTDS上搭建有两个静止无功补偿器(SVC)控制母线电压的系统模型,对全系统进行全电磁实时仿真、机电-电磁混合实时仿真、对等值化简后的系统进行全电磁仿真,比较不同SVC组合控制下的仿真结果。验证了混合仿真系统的准确性,阐述了利用未等值大系统开展FACTS应用研究的必要性。可以预见,混合仿真技术在大系统的FACTS研究中具有良好的前景。     

电力系统电磁/机电暂态实时混合仿真的关键技术

电力系统的巨大发展给仿真技术带来新的挑战，传统的仿真手段已不能满足实际大规模互联系统分析的要求。专家、学者结合电磁、机电暂态仿真的优点提出了混合仿真的技术路线。文中综述了国内外混合仿真技术的研究、发展情况，明确了混合仿真的2个基本要求以及现阶段面临的实质难题，包括分网方案制定、单侧计算时边界条件和对侧等值、故障时刻交互时序等;提出了预测校正的思路，阐明了其可行性，展望了混合仿真技术的发展方向。     

适用于混合仿真的戴维南等值阻抗改进求取算法

由于基于机电暂态数据获得的机电侧系统戴维南等值阻抗参数难以体现接口发生故障后机电侧系统的电磁暂态特性,文中提出了一种基于电磁暂态短路仿真的机电-电磁暂态混合仿真机电侧戴维南等值阻抗改进求取算法。该算法是基于一种不受各次谐波影响的系统时间常数求取方法,通过全电磁暂态模型的接口位置设置2次不同接地电阻的三相短路故障,联立时间常数方程计算得到机电侧系统的等值阻抗信息。与传统的基于机电暂态模型通过单位电流注入法计算出的等值阻抗相比,文中方法计算出的等值阻抗能够更准确地体现接口发生接地故障后机电侧系统的电磁暂态特性,从而提升了机电-电磁暂态混合仿真故障期间和故障后的仿真精度。     

多端口电磁-机电暂态混合实时仿真接口技术与应用

建立混合仿真机电系统多端口接口等效电路模型,给出等值阻抗,求取及正、负序阻抗不等情况下的修正方法。详细分析多端口下混合仿真误差机理,在此基础上提出包括戴维南电动势预估、变步长交互等精度改善技术。采用端口解耦处理与基于自组织竞争神经网络的端口聚合方法,克服了端口数目增多带来的接口建模维数灾问题。基于RTDS实时仿真平台,设计了以RTDS/CBuilder自定义模块作为接口形式的多端口接口实现方案。最后,分别搭建了某区域电网验证系统与某地区含7回直流的复杂交直流电网应用系统,进行典型案例测试,对比全电磁仿真结果,验证了多端口接口模型与接口实现方案的可行性及有效性。     

混合式制动电阻变换器的电磁暂态仿真等效建模

为了解决孤岛新能源柔性直流送出系统中混合式制动电阻变换器原始模型的巨大网络节点数严重制约电磁暂态仿真速度的问题,提出了一种基于戴维南等效及嵌套迭代的混合式制动电阻变换器电磁暂态等效建模方法,将其拆解为4类运行状态各异的子模块网络,结合子模块中主/辅开关器件的触发指令组合,得到各类子模块网络的戴维南等效电路,并将依此合成的混合式制动电阻变换器支路等效模型代入柔性直流送出系统网络求解,进而反推内部子模块电气特性,依此循环,迭代求解.并利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC开展等效模型与原始模型的一致性仿真测试及仿真速度对比分析,结果表明所提方法能高度模拟混合式制动电阻变换器的外部运行特性及内部子模块变化特性,并可大幅缩短仿真时长.     

基于等值模型的配电网机电-电磁混合仿真接口

电力电子装置的广泛应用使得直流系统以及开关元器件广泛接入交流系统,不同时间尺度下的暂态过程交织在一起,增加了分析和控制电网的难度。包含多时间尺度的机电-电磁混合仿真能够有效地平衡电力系统仿真中规模、精度、效率等问题。提出应用于配电网的基于等值模型的混合仿真接口技术。采用诺顿/戴维南等值模型作为等值方法,采用并行交互方式,并对接口处基波相量的提取进行改进。采用滤除直流分量的改进型Dq-120方法。最后,含33节点配电网的仿真算例验证了混合仿真接口的正确性。     

多样性子模块混合型MMC统一外特性高效电磁暂态模型

混合型模块化多电平换流器(MMC)的高效电磁暂态仿真是研究相关技术的重要基础。然而,由于多种子模块可以被采用,且每种子模块中均包含了大量的开关,混合型MMC的详细电磁暂态模型将严重降低其仿真效率。鉴于此,文中基于开关函数的定义与电容器件的动态特性,对多样性子模块的串联结构进行了统一的动态平均化等值,并根据等值后的动态模型,提出了一种适用于直流电网高效电磁暂态仿真的混合型MMC统一外特性模型以兼顾直流电网对仿真精度及效率的双重要求。同时,所提统一模型具有良好的可移植性以满足其作为研究工具的修改便利性要求。最后,基于ADPSS仿真软件,通过与基于分立元件的详细模型进行对比,验证了所提统一外特性模型的仿真精度与效率。     

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     

含静止无功补偿器的电力系统混合仿真新算法研究

传统的机电暂态仿真对HVDC和其它FACTS电力电子装置采用准稳态模型,因而不能仿真它们的瞬变电压、电流特性.而电磁暂态仿真程序(例如EMTP)受计算规模的限制,一般要对研究对象的外部电力系统进行等值化简,因此不能反映系统机电暂态过程对电磁暂态过程的影响.本文介绍的混合仿真算法为弥补上述两种方法的不足,对电力网络采用准稳态模型,而对待研究的电力电子装置(例如SVC)使用电磁暂态模型,两种仿真的结合使用了本文发展的考虑系统频率偏移影响的接口技术.本文介绍的混合仿真算法为研究HVDC和FACTS等电力电子装置及其控制系统的动态性能提供了一种有力的工具.     

交直流网络系统可靠性评估的Monte Carlo-FD混合法

在分析交直流网络系统可靠性说估计算条件的基础上,考虑到网络的实际运行情况,提出一种将可靠性研究的两种经典方法（邓模拟法和解析法）结合使用的新方法－－ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ－ＦＤ混合法,并对其可靠性等效模型作了深入研究。详细讨论了整个交直流网络系统的模拟方法,具体分析了计划检修的模拟和一阶、二阶三番五次２的判别方法,并区分了故障后潮流调整与否两种实际情况,阐述了网络系统可靠性状态分析的方法并在系统随机     

基于ADPSS的高压直流输电系统机电暂态-电磁暂态混合仿真研究

为了准确分析高压直流输电系统的动态特性,针对±500 kV江城（湖北江陵-广东鹅城）高压直流输电实例工程,给出一种基于全数字实时仿真装置（ADPSS）的机电暂态-电磁暂态混合建模方法。利用电路等值转换理论分析了机电-电磁混合仿真的计算机理,进而阐述了机电模型及电磁模型的建模方法。利用所构建的直流工程混合模型,开展了整流侧与逆变侧的交流系统分别发生接地故障的模拟仿真,并与采用交流电网化简处理的常见直流系统纯电磁建模仿真进行了比较分析。仿真结果表明,基于ADPSS的高压直流输电系统机电-电磁混合仿真建模方法是有效的,其相比纯电磁模型能更精确地反映直流系统的动态运行特性,从而增强仿真模型的准确度。     

磁极分割型混合励磁电机等效磁路法分析

针对转子磁极分割型混合励磁电机结构的特点,分析导出该结构通用的等效磁路模型,并计算出其主要性能,最后用三维有限元方法对一台径向式结构的样机进行分析计算。磁路分析与有限元计算结果基本吻合,验证了等效磁路分析方法的有效性。