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——（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。     

含高渗透率分布式电源的独立微网的稳定性研究综述

含高渗透率分布式电源的独立型微网受自然环境条件和经济性的约束比较大,运行中缺乏大电网的支撑,同时换流器等电力电子设备的大量使用都将导致其稳定性问题相较于传统电网具有新的特征,也因此成为了研究的关键。总结归纳了微网稳定性的特点,指出将传统电力系统稳定性定义应用于微网时存在的问题,并给出含高渗透率DGs独立微网的稳定性定义和稳定性分类;分别从小信号稳定性、暂态稳定性和电压稳定性3个方面梳理评述了微网稳定性的分析方法;讨论了保障微网小信号稳定的控制方法和提高微网暂态稳定性的技术措施;最后总结展望了含高渗透率分布式电源的独立微网稳定性尚需进一步深入研究的关键问题。     

基于一致性协议的多微网协调控制

在分布式电源广泛接入配电网的前提下,多微网系统采取区域灵活自治的机制,实现分布式电源的主动消纳和管理。由于各微网自治的特性,面对配电网及多微网内部出现的功率波动,需要研究协调控制其电压与频率偏差的方法。提出了基于一致性协议的多微网协调控制策略,包括功率一致性以及电压、频率一致性2层控制,不仅实现子微网功率的平均分配,还消除了电压与频率的偏差,提高了多微网稳定性。仿真采用CIGRE中压配电网作为多微网运行的典型算例,应用Netlogo与Simulink联合搭建的多微网控制仿真平台,通过多微网内子微网离网和子微网负荷波动的案例分析,验证了所提协调控制策略的有效性。     

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.     

微网暂态稳定性研究

随着以各种分布式发电技术为基础的微网技术的快速发展,微网暂态稳定性已成为微网研究中的一项重要内容。由于微网的结构和控制策略等在不同的应用场合不尽相同,因而微网的暂态稳定问题较为复杂。针对以上问题,从影响微网暂态稳定性的4个主要方面,包括分布式微源类型、微源接口类型、负载特性和故障类型,对微网的暂态稳定性进行了总结。在此基础上,总结了提高微网暂态稳定性的主要措施。最后,探讨了微网暂态稳定性研究所亟需解决的关键问题,并就相关研究方向进行了展望。     

基于非线性多智能体系统的微网分布式功率控制方法

传统下垂控制方法存在难以使微网负荷功率按照分布式电源容量合理分配的问题,为此在分析功率分配机理基础上,针对含多个分布式电源的微网,提出一种基于非线性多智能体系统的分布式功率控制方法。该方法在不影响有功功率分配精度前提下,通过引入有功扰动项使负荷无功功率可按照分布式电源容量实现精确分配。同时,为保证系统输出频率和电压均稳定在额定值或偏移很小,基于一致性和输入/输出线性化理论,在分布式电源多智能体网络拓扑结构下设计分布式非线性协同下垂控制器,弥补有功扰动引起的系统频率和电压的波动。仿真实验结果验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

孤岛模式下微网能量管理系统控制策略的仿真研究

作为智能电网重要组成部分,微网的运行控制是维持其安全稳定运行的关键技术,特别当微网处于长时间孤岛运行模式时,微网能量的合理分配与系统控制的稳定性密切相关。在基于电压/频率型和功率型两类的分布式电源的微网系统,引入能量管理系统来解决孤岛状态下微网的能量平衡以及节点电压的稳定问题。分析了微网中频率、节点电压与分布式电源输出功率间的关系,研究了微网孤岛模式下的功率流动与分配问题。在此基础上提出了基于能量管理系统的微网有功功率与无功功率分配机制,并根据微网结构对有功功率分配进行了负载就近分配的优化设计。在EMTDC/PSCAD环境下对微网的孤岛运行模式进行了仿真,仿真结果表明在孤岛模式下能量管理系统能很好地完成对微网系统的运行控制与能量分配,保证系统的稳定性。     

含多种分布式电源的微网动态仿真

通过算例仿真研究了不同分布式电源配置方案下低压微网从并网模式向孤网模式转换的动态运行特性,获得了分布式电源的功率、微网电压和频率的变化规律。如果选择微型燃气轮机作为微网的功率支撑手段,在微网从并网向孤网过渡过程中,系统频率波动较大,且部分分布式电源有可能在低频保护动作下与电网隔离,不利于微网的稳定运行;增加储能设备后,储能设备对于微网的稳定运行可发挥重要的作用。采用下垂控制策略的蓄电池在微网孤岛运行时可以快速为系统提供有功、无功支撑,有效抑制了由于燃气轮机动态响应速度慢引起的电压和频率偏差。     

含分布式电源的配电网三相时域仿真

随着可再生能源的发展与利用,分布式电源开始大量接入配电网,其位置的多样性与容量的提升给配电网带来了稳定性问题。从基本的分布式电源建模入手,构建dq坐标系下分布式电源的电路、控制器模型,解决分布式电源对称模型与配电网不对称电压之间的矛盾;借鉴输电网单相机电暂态方法,提出配电网三相时域仿真方法,给出仿真中关键步骤的处理方法。在测试案例中实现配电网的三相时域仿真,结果验证了理论分析的正确性。     

数字计算机机电暂态与RTDS电磁暂态混合实时仿真系统

将机电暂态计算与电磁暂态计算进行实时接口,在一次仿真过程中同时实现大规模电力系统的机电暂态仿真和局部网络的电磁暂态仿真。还设计了数字计算机与RTDS的混合实时仿真平台,对其中的关键技术进行了研究和探讨,主要包括在进行机电暂态和电磁暂态仿真时如何对对侧系统进行等值以及两部分程序相互接口时的数据交换方式,并提出了解决这些问题的新思路,即构造的等值模型应该能够正确反映对侧系统的运行状态,而对次要因素可以简化。     

电力系统物理与数字联合实时仿真

提出了结合物理模拟与数字仿真实现电力系统联合仿真的技术.以替代定理为基础阐述了联合仿真的理论基础,并提出了联合仿真系统的总体布局.数字仿真接口用A/D转换通道与受控注入电流源实现,物理仿真接口用基于直流耦合的背靠背变流器结构的放大电路实现.最后通过实验验证了该技术的可行性.     

电力系统数字仿真技术现状及展望

介绍了电力系统数字仿真技术的分类方法和适用范围,综述常用仿真软件的仿真能力和应用现状,分析电力系统对数字仿真技术的新需求,说明其发展方向和开发难点,并论述河北省南部电网运用数字仿真技术进行电网规划和运行分析的成果。     

基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统

介绍了作者研发的基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统总体结构、关键技术及实现方法。该系统对变电站内监控系统、保护及测控装置、五防系统等采用现场真实物理设备,而变电站一次设备及其邻近电网采用数字仿真,同时采用电磁暂态与全动态电网联合仿真技术,这样既能详细而真实地反映变电站一次设备的行为,又能逼真地再现大电网各类动态过程对变电站的影响。应用该系统可以进行调度、集控站以及变电站运行人员的联合培训和反事故演习,特别是能够有效提高变电站运行人员实际操作的训练效果,并加强变电站人员的电网概念和全局观念。     

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     

电力系统机电-电磁暂态混合仿真接口技术

在电力系统仿真中,相互独立的机电暂态程序与电磁暂态程序由于各自的不足和局限,已经难以适应快速发展的现代电力系统对仿真技术的要求;如果能在一次仿真过程中同时实现大规模电网的机电暂态仿真与部分电网的详细电磁暂态仿真,那么对详细分析系统特性具有重要的理论价值和现实意义。文章对该技术进行了研究,认为接口的处理是其中的关键,在此基础上重点阐述了接口位置选择、等值电路形式、数据交互方式以及数据转换等核心问题,并在实时数字仿真系统-RTDS平台下初步实现该技术。     

变电站自动化仿真测试系统的设计和实现

针对目前运行变电站日常维护工作和新建主站系统信号核对工作的难点,设计并实现了变电站自动化仿真测试系统。文中简述了系统仿真测试原理、体系结构及结构特点,详细阐述了系统各模块功能和仿真装置能力。该仿真测试系统可在1台计算机上基于虚拟技术正确完成大型系统仿真和不同型号装置仿真,实现海量数据测试、保护事件模拟重演、整组动作模拟上送等功能。     

电力系统机电—电磁暂态混合仿真接口技术

在电力系统仿真中,相互独立的机电暂态程序与电磁暂态程序由于各自的不足和局限,已经难以适应快速发展的现代电力系统对仿真技术的要求;如果能在一次仿真过程中同时实现大规模电网的机电暂态仿真与部分电网的详细电磁暂态仿真,那么对详细分析系统特性具有重要的理论价值和现实意义.文章对该技术进行了研究,认为接口的处理是其中的关键,在此基础上重点阐述了接口位置选择、等值电路形式、数据交互方式以及数据转换等核心问题,并在实时数字仿真系统-RTDS平台下初步实现该技术.     

电力系统实时仿真技术分析

阐述了电力系统实时仿真技术的应用情况和发展前景。对实时数字仿真系统采用的各种硬件平台进行了分析和比较。结合实际工程项目对实时仿真测试技术的应用情况进行了详细介绍,并阐述了数模混合实时仿真系统的原理、结构和应用情况。提出了先进的集成混合实时仿真系统的架构。该系统对扩大实时仿真系统的规模具有重要意义。     

CJ1奖状飞行训练设备维护仿真建模与实现技术研究

奖状飞行模拟机系统繁多,与真飞机相比,维护手册章程简单,维护技术要求高.按照现有的维护手册很难精准判断故障组件,并对故障组件快速完成拆装更换工作.针对此问题通过分析奖状飞行模拟机的系统结构,提出并建立了维修仿真管理模型MSM,构建了MSM模型框架,定义了MSM模型的3个要素:状态、迁移和约束条件.基于状态定义维修组件的...