国产化电磁暂态仿真平台发展方向分析及展望

国产电磁暂态仿真平台存在用户群小、推广困难、难以面向工程的难题,亟须寻找合适的研究方向提升仿真性能。随着中国电网逐渐向大规模、高复杂度、电力电子化的方向发展,现有仿真平台的效率越来越难以满足需求。除此之外,现有仿真平台在软件内核、底层开放性和与硬件实物的交互能力上还存在提高空间,平台易用性还需进一步优化。总结了当前模块化电力电子装备的建模方法,提出了仿真技术的前瞻方向,并归纳出能够有效提高仿真效率的一般化加速仿真框架。最后,提出了国产平台易用性优化的具体建议,并指明了技术研究方向。     

采用面向对象方法开发用于电磁暂态及电力电子仿真程序的图形输出软件

电力系统电磁暂态及电力电子仿真程序（Electro Mag-net Transients and Power Electronics Program,EMTPE）是用于电力与电力电子装置的科研、设计和运行的电磁暂态分析工具。作为该工具的组成部分。要求与EMTPE计算程序配套的图形输出程序提供直观快捷的计算结果处理、显示和分析功能，以图形方式显示各种类型输出变量随时间或频率变化的波形和曲线，并具备数值分析及图形后处理等多项功能。为满足这些功能要求并结合实际工程需要，作者采用可视化面向对象技术，在Windows 9x/NT操作系统平台上开发了基于Microsoft VisualC 5.0的EMTPE通用图形输出软件（Plotting Transient Curve,PTC）。在此简述PTC1，0软件的设计与实现要点，同时介绍PTC软件的功能及应用。     

考虑变压器励磁非线性的电磁暂态仿真算法

建立了一种含有非线性励磁支路的变压器电磁暂态仿真模型。通过简单的仿真线路,仿真了变压器空载合闸时发生励磁涌流的现象。应用分段线性化的方法处理变压器励磁支路的非线性问题,并通过不同仿真步长下励磁电流的仿真结果,说明了分段线性化在大步长下出现的过冲现象。减小仿真步长可有效抑制过冲,但是仿真时间明显增加。在分段线性化方法的基础上提出了预测校正法改善过冲问题。在变压器电磁暂态仿真的程序设计中加入了预测校正模块,在不改变步长的情况下,解决了过冲问题,加快了仿真的计算速度。最后通过仿真结果验证了变压器模型及预测校正方法的正确性和有效性。     

大规模电网电磁暂态快速仿真方法

随着与直流输电、柔性交流输电等相关的电力电子装置广泛应用于电力系统,电磁暂态仿真逐步成为电力系统分析的重要工具。然而,由于电磁暂态仿真选取的步长小,占据的内存大,计算速度慢,仿真规模受到了限制。基于坐标系旋转变换的思想,通过旋转变换降低信号的频率,提出了一种快速的大步长仿真方法。与机电暂态仿真相比,本方法可以体现系统的电磁暂态行为,提高了仿真精度,与传统的电磁暂态仿真相比,提高了仿真速度。     

包含变压器的电力电子电路仿真方法

本文提出了使用受控源模型对包含变压器的电力电子电路仿真的方法,并用这种方法设计了相应的仿真软件包。这种方法的特点是通用性强,使用方便,计算速度快。     

级联H桥型电力电子变压器的闭锁状态等效建模方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)是未来交直流混合配电网的关键设备,对其进行多工况高效仿真的一个关键难点为闭锁等效建模。该文提出一种适用于级联H桥型PET(cascaded H-bridge based PET,CHB-PET)闭锁状态的等效建模方法。首先,以一个实际算例说明闭锁状态的电路特征;其次,经过合理简化后,推导部分闭锁和完全闭锁状态下的戴维南-诺顿等效参数;然后,分析闭锁等效模型的3种实施方式,提出一种与非闭锁模型共用状态变量存储单元的集成方法;最后,在PSCAD/EMTDC软件中搭建典型的10kV/3kV三相CHB-PET系统,并进行启动、电压暂降及直流故障闭锁工况仿真。结果表明,与详细模型相比,所提闭锁等效模型具有足够的仿真精度。     

双馈风力发电机组快速电磁暂态仿真模型

双馈风电机组含变换器等电力电子设备,电磁暂态仿真步长小、速度慢。为实现双馈风电机组的快速电磁暂态仿真,利用开关函数平均化的思想,建立了考虑Crowbar保护电路投切、变换器闭锁暂态过程的受控源型变换器统一简化等效模型,并提出一种预测校正的调制量计算方法,基于该等效模型构建了完整的双馈风电机组快速电磁暂态仿真模型。最后,以1.5 MW双馈风力发电机组为例,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建模型,从正确性、仿真步长适应性和仿真速度三方面对快速电磁暂态仿真模型进行验证。通过仿真结果比对分析,证明了该快速电磁暂态仿真模型不同应用场合的适用性。     

用于特快速暂态仿真的大型电力变压器线圈频域分段建模

针对超高压和特高压电力变压器特快速暂态仿真的需要以及以线匝为单元的多传输线模型难以用于完整绕组的建模、在单一模型中难以在近10MHz频率范围内确定频率依赖参数的问题,提出了一种频域分段建模的方法。在低于4MHz频率范围内采用新型的集总参数RLC电路模型,在高于4MHz频率范围内采用无损多传输线(multitransmission line,MTL)电路模型进行建模,在保证求解准确度的基础上,比单纯采用MTL模型有效降低了求解的复杂度,因而可用于具有大量线匝的绕组的建模。在分段模型中,频率依赖的损耗参数和电感参数可以分别考虑,避免了在单一模型中确定这些参数的困难;同时,在所关心的10MHz以下频率范围内以100kHz,4MHz为2个分界点,从低频到高频分别采用1,10和50kHz3种分辨率求解频域方程,既提高了低频段求解精度,又减少了高频段计算时间。理论分析和实例仿真表明该方法适用于大型电力变压器特快速暂态仿真。     

电力系统电磁暂态与电力电子仿真软件

主要功能:模拟多相电力系统的电磁、机电和控制系统的暂态特性,主要用于电力系统电磁暂态分析、超/特高压输电系统过电压和绝缘配合、各种电力电子装置包括高压直流输电(HVDC)和灵活交流输电(FACTS)装置的系统应用研究、设计和运行分析。     

电力电子变压器中高频变压器的设计方法

高频变压器是电力电子变压器的核心组成部分,担负着功率传输、电压变换和电气隔离等功能。针对当前高频变压器选型所存在的问题,提出了一种应用于电力电子变压器中高频变压器的设计方法。基于纳米晶软磁材料的高磁导性能,选择新型铁基纳米晶作为其铁芯材料,考虑电力电子变压器中移相全桥DC/DC变换器存在副边占空比丢失的问题,将面积乘积(AP)法与移相全桥DC/DC变换器的理论相结合,计算了高频变压器的变比和原副边绕组等参数。通过对高频变压器铁损、交流电阻、绕组温升和绝缘强度的测试和分析,结果满足设计要求,验证了设计方法的有效性和可行性。     

电力电子设备及含电力电子设备电力系统实时仿真研究综述

大量电力电子设备接入电力系统给电磁暂态实时仿真技术带来了巨大的挑战。文中从多个角度对电力电子设备和含电力电子设备电力系统实时仿真领域近年来的研究成果进行了综述。在应用场景和利用范式方面,除了硬件在环测试等对仿真实时性具有严格要求的场景,实时仿真还被用于其他单纯对仿真效率有较高要求的场景。在建模与仿真方法方面,无论是基于分立元件的建模仿真,还是基于端口特性或电路等值的电力电子设备建模仿真,都有商业化应用的案例,但如何兼顾高频、复杂设备实时仿真的效率和精度仍是当前研究的热点与难点。在实时仿真硬件平台方面,现场可编程门阵列（FPGA）和图像处理单元（GPU）等具有天然硬件并行性的计算芯片成为除CPU之外的重要选择,特别是FPGA正被越来越多的商业化平台所采用,但所用仿真算法大多基于传统框架,尚未能充分发挥FPGA的硬件架构优势。此外,电力电子设备和含电力电子设备电力系统实时仿真的算法并行性、强刚性与数值稳定性问题仍具有巨大的研究空间。     

变压器线圈中特快速暂态仿真的建模

电力系统特快速暂态过电压（ＶＦＴＯ）对变压器等电力设备的危害极大。本文提出的由互有耦合的分布参数电路与集总参数电路组成的混合电路模型可以有效地应用于分析变压器等电力设备内特快速暂态的响应以及线圈内的局部电磁振荡。这个模型还可以用于精确计算变压器的入端阻抗，与ＥＭＴＰ连接，可以更精确地分析电力系统、变电站和变压器内的电磁暂态。     

基于FPGA的变流器并行多速率电磁暂态实时仿真方法

随着电力电子器件越来越多地融入现代电力系统,对微秒级步长实时化电磁暂态仿真的需求不断增加,通过现场可编程门阵列（FPGA）提高仿真系统的计算能力是实现变流器实时化仿真的重要途径。引入FPGA作为硬件加速设备优化仿真系统的实时性能,提出一种变流器多速率实时仿真方法。针对控制系统多速率解耦和并行计算时序产生的误差进行分析,采用结合拉格朗日插值的改进线性插值算法有效降低了控制系统解耦后多速率并行仿真时序下的延迟误差。仿真结果证明,所提出的仿真方法与无插值算法的并行计算相比精度更高。性能分析验证了基于该算法所建立的仿真平台相比于单独基于中央处理器（CPU）或FPGA实现的仿真平台,在实时性能和资源占用率方面具有一定优势。     

输电线路电磁暂态仿真研究及其展望

阐述了输电线电磁暂态仿真在现代电力系统分析中的作用和意义，对研究内容和方法进行了介绍，对行波分析中的3种方法－特征线法，Fourier法和解析法的发展及现状进行了分析，在研究当前输电线路仿真存在的问题和数字化新技术的基础上，总结了输电线仿真研究的发展方向。     

电子电力变压器原理和仿真研究

电子电力变压器EPT(Electronic Power Transformer)是采用电力电子变换技术实现电力系统中的电压变换和能量传递的一种新型变压器。阐述了EW的基本理论,并对一种新的EPT实现方案进行了稳态特性仿真,以及4种情况下的动态特性仿真。结果表明,EPT可以保证原副方良好的电压、电流波形,具备良好的控制特性,并且具有电能质量调节器的功能,可以作为一种新型的电能质量调节装置。     

电力系统的电磁暂态与机电暂态混合仿真

介绍电力系统的电磁暂态仿真法与机电暂态仿真法的现状,对2种仿真方法进行对比,阐述现代电力系统混合仿真的目的和意义。提出电力系统的电磁暂态与机电暂态混合仿真的2种实现方案,给出嵌入式实时操作系统与实时动态仿真器(RTDS)之间交换数据的响应时间测试结果。对混合仿真及其实现过程中涉及的关键技术问题及解决方法作了论述。     

电力系统机电暂态和电磁暂态数字混合仿真研究

机电暂态与电磁暂态混合仿真避免了机电暂态仿真对电力电子器件及其控制保护模型只能粗略模拟的不足,克服了电磁暂态仿真规模过小和仿真效率低的缺点,是解决交直流大电网仿真计算难题的重要技术方案。混合仿真的重点是机电暂态和电磁暂态的接口设计,在对比两类仿真差异性的基础上,就接口位置的选择、等值电路的形成和接口交互时序等方面内容进行了总结评述。指出当前接口技术基本框架已经成型,研究难点在于等值电路类型及其参数的快速求取,最后对混合仿真的发展做了简要展望。     

三相三柱变压器暂态仿真

以三相三柱式变压器铁心磁路为基础 ,建立了变压器的暂态模型。分析了模型参数和变压器实验值的关系 ,可利用变压器的实验值及几何参数确定模型参数。该模型可以用于变压器的故障和励磁涌流仿真