燃料电池复杂非线性静态特性模型简化方法

提出了一种基于自动分段线性拟合方法的燃料电池复杂非线性静态特性模型简化方法.该方法可在满足预定误差要求前提下自动给出分段线性拟合简化模型,通过调整误差限度改变复杂非线性特性的线性分段数,进而在提高仿真速度的同时保证整个系统仿真的精度要求.该方法也适用于其他具有非线性静态特性的分布式电源.通过对详细模型与简化模型的分析对...     

基于FPGA的配电网暂态实时仿真研究(一):功能模块实现

随着配电网技术的发展,有源配电网及其数字仿真技术受到越来越多的重视。现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)具有高度硬件并行结构、资源丰富、运行频率高、成本低等优点。面向有源配电网的仿真需求,提出基于FPGA的暂态实时仿真器的计算求解框架,并给出基本无源元件、线路、电源、断路器等多个关键功能模块的硬件实现方式。所提暂态实时仿真方法,充分利用FPGA具有的高度并行特性以及流水线结构,采用浮点数运算保证数值精度,为后续基于FPGA的有源配电网暂态实时仿真系统的进一步开发奠定了基础。     

低压微网控制策略研究

为了避免微网运行模式变化时控制策略的切换,实现微网的平滑过渡,对传统的P-f和Q-V下垂控制进行改进,实现了并网运行时基于下垂控制的间接恒功率控制方式。并在脱网过程中采用了控制参数自动调节机制,以减小微网大功率不匹配引起的电压波动。分析了基于频率和幅值参考值正反馈的同步并网控制原理,在维持分布式电源输出功率的前提下利用下垂控制完成微网的同步并网。低压微网仿真结果表明,提出的控制方法能够有效地加快脱网过程中的电压调节速度,实现孤岛运行微网的平滑并网,降低运行模式变化给微网带来的冲击。     

基于状态变量分析的有源配电网电磁暂态仿真自动建模方法

状态变量分析法是电力系统电磁暂态仿真中的一类重要方法,但复杂的建模过程限制了其在实际研究中的应用,对于配电网等大规模系统而言必须考虑易于程序实现的一般性建模方法。提出了一种面向有源配电系统电磁暂态仿真的状态空间自动建模方法,与传统方法相比充分考虑了当前配电网络的实际结构特点与元件特性,并通过选取适当的状态变量保证了模型规模较小、模型性质满足分析需要,同时特别易于算法的程序自动实现,为各种基于状态变量分析的电力系统电磁暂态仿真、分析、计算方法的研究奠定了基础。     

基于Krylov子空间的大规模配电网络模型整体化简方法

智能配电系统暂态仿真扩展了传统电力系统电磁暂态仿真的研究对象与范畴,但同时也限制了仿真计算的规模与速度。为此,以Krylov子空间线性系统化简理论为基础,实现了对具有线性系统特征的大规模配电网络模型的整体降维化简。仿真结果表明,根据仿真需要对研究重点以外的配电网络进行合理化简,可在满足精度要求的前提下有效降低智能配电系统暂态仿真模型规模,极大提升系统整体的仿真速度。     

自动微分技术在分布式发电系统暂态仿真中的应用

针对分布式电源控制系统种类多样、采用基于控制系统基本元件的用户自定义模型影响仿真效率的问题,提出了控制系统组合建模方法.该方法将基本元件组合成若干函数进行建模.将自动微分技术与该建模方法相结合,利用自动微分技术可准确、高效地求取对应组合函数值及导数信息,有效提高了仿真程序的计算效率,同时保持了仿真程序代码的可维护性和可扩展性.算例测试验证了该方法的高效性.     

基于FPGA的配电网暂态实时仿真研究(二):系统架构与算例验证

有源配电网暂态实时仿真需要较强的计算能力作为支持,因此提出基于现场可编程门阵列的有源配电网暂态实时仿真中系统级并行、模块级并行以及底层并行的多层级并行架构,并研究了各层级并行的实现方式。利用模块级并行以及底层并行的设计思想,使用Verilog HDL语言开发了基于浮点数运算的配电网暂态实时仿真系统。为验证该实时仿真系统的有效性,选取典型配电网络并以2?s的仿真步长进行了实时仿真测试,充分验证了所提配电网暂态实时仿真系统在仿真速度、仿真规模方面的优势,通过与Matlab/SimPowerSystems的计算结果进行比较,验证了该系统的仿真精度。     

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。     

分布式发电微网系统暂态时域仿真方法研究——（二）建模、设计与实现

通过对分布式发电微网系统各组成部分的详细分析,介绍了基于一般应用场景下的暂态仿真建模需求,特别强调了各种分布式电源的建模方式,在此基础上采用面向对象思想设计并实现了分布式发电微网系统暂态仿真程序,应用分层设计明确了计算资源、仿真计算与高级应用间的相互关系,通过对对象和接口的详细设计降低了程序的耦合,提高了对象的内聚性和算法的复用性.分布式发电微网系统暂态仿真程序提供了系统底层的建模与计算能力,同时具有良好的可扩展性,可以满足各种应用场景下的仿真计算需求.     

分布式发电微网系统暂态时域仿真方法研究——（三）算例实现与仿真验证

为验证分布式发电系统暂态仿真算法的正确性和有效性,通过选取典型的分布式电源及相应的控制策略,实现了包括光伏发电单元、固体氧化物燃料电池发电单元、微型燃气轮机发电单元及蓄电池储能单元在内的各种分布式发电系统的建模与暂态仿真,考察了在欧盟典型低压微网系统结构下,微网从并网状态切换到孤岛状态时系统的暂态过程,详细比较了TSDG与MATLAB/SimPowerSystems的仿真结果.仿真结果表明TSDG与MATLAB/SimPowerSystems计算误差不超过0.1％,具有良好的数值精度与数值稳定性.伪牛顿法对程序仿真计算速度具有较大幅度的提升.讨论了未来通过并行思想、多速率算法等方式提高程序计算性能的思路.