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。     

高比例电力电子电力系统过电压(一)：定义、分类及相关要求

随着新能源发电设备的大量投运和大容量交直流输电工程的相继投产,我国已初步形成高比例电力电子电力系统的基本格局,以过电压为代表的安全问题日渐凸显。然而,高比例电力电子电力系统过电压起因众多、产生机理繁复,对新能源外送及直流输电能力构成了严重制约。为解决上述问题,该文从大电网安全稳定视角出发,首先明确电力系统过电压的基本概念及其分类,分析高比例电力电子电力系统中不同过电压的起因与波形特征。进一步围绕3个实际电网过电压问题较为突出的场景,分析不同场景下过电压产生的原因、各类设备的过电压耐受能力及限制因素,论述传统交流设备过电压及新型电力电子设备在过电压场景中可能存在的安全风险。最后,总结了高比例电力电子电力系统过电压的分析流程,并结合时域仿真算例进行论述说明。     

高比例电力电子电力系统稳定性的统一性判据研究(二):区域稳定判据

电力电子电源场站与交流电力系统及其他电力电子电源场站间的复杂交互作用,使得基于单机和单场站思想的稳定性评估方法存在失效风险,引发了电网稳定运行的安全隐患.针对上述问题,提出一种对高比例电力电子电力系统中区域稳定性评估的统一性稳定判据.首先,该文提出区域动态统一性稳定指标(unification stability in...     

面向新型电力系统的高性能电磁暂态云仿真技术

高性能电磁暂态仿真是新型电力系统安全运行的必备分析工具。受建模仿真能力、计算效率、扩展性等方面的限制,传统电磁暂态仿真工具难以适应新型电力系统的需求。为此,该文通过新型电力系统电磁暂态建模、高性能并行计算、开放性电磁暂态仿真平台构建等方面的创新,解决了现有电磁暂态仿真平台“大规模新型电力系统建模仿真难”、“仿真效率提升代价大”和“服务决策能力不足”3个技术难题,研发了面向新型电力系统的高性能电磁暂态云仿真平台,形成了共享、灵活的仿真体系。     

含大规模电力电子装备的电力系统故障分析与保护综述

大规模电力电子装备接入使电力系统故障特征不仅受拓扑结构影响,而且受控制策略的影响,导致基于同步机故障特征的常规保护方法对含电力电子装备电力系统存在适应性问题。文中综述了国内外含新能源电源、高压直流、柔性直流的电力系统故障建模、故障特征分析及继电保护的研究进展,在此基础上对含大规模电力电子装备的电力系统故障特征分析方法提出思考,对保护原理的发展趋势进行分析总结。最后,提出考虑协调控制与保护的建议与设想,并探讨了进一步的研究方向。     

电力系统数字混合仿真技术综述

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,数字混合仿真技术为解决该问题提供了一种新的思路。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。最后指出,在混合实时仿真中电磁暂态侧与实际物理装置相连具有重要的研究价值和应用前景。     

电力系统暂态稳定计算的面向对象建模

本文将面向对象的方法用于电力系统暂态稳定计算的建模,并采用Ｃ＋＋语言实现了仿真计算。     

高比例可再生能源电力系统分析与调控

近年来,为了应对传统化石能源短缺与生态环境恶化,我国可再生能源快速发展,风电与光伏装机容量已居世界第一,将逐步替代火电成为电力系统主力电源。清洁能源的间歇性、不可控性增加了电网运行、控制的难度,大规模交直流混联电网建设在提升长距离送电能力的同时,使得输电网络的机电、电磁暂态特性更加复杂。在此背景下,高比例新能源接入电力系统的协调规划、仿真分析、优化运行、控制保护等众多技术问题亟需解决。     

高比例电力电子电力系统稳定性的统一性判据研究(一):场站稳定判据

新版《电力系统安全稳定导则》明确提出"新能源场站短路比应达到合理水平",但目前仍欠缺具体的评价方法和标准,无法有效量化电力电子电源集群接入交流电网的稳定程度.针对上述问题,提出一种面向电力电子电源场站稳定性分析的统一性稳定判据.首先,论述了动态统一性指标的定义和指标特性,并基于鲁棒控制理论和多变量频域控制理论提出并网系...     

电力系统动态仿真中的安全稳定控制系统建模

针对目前电力系统动态仿真分析难以准确反映安全稳定控制系统动作特性的问题,提出一种安全稳定控制系统通用建模方法。采用分层次、面向对象的建模思路,实现了对实际电网中的安全稳定控制系统特性的准确模拟,以及含安全稳定控制系统模型的动态仿真计算。该方法层次清晰、建模方便,克服了以往仿真软件因潮流转移导致的过负荷引起距离三段动作、反时限原理保护动作和涉网保护动作等导致系统元件的开断,特别是连锁故障引起的大面积停电等复杂故障情形,不能真实反映安全稳定控制系统动作行为的缺点,同时减轻了仿真计算的工作量。仿真结果表明,含安全稳定控制系统模型的动态仿真程序,为分析电力系统全过程动态稳定性、研究防止连锁故障引起大面积停电的措施提供了有力的仿真工具。     

调速器死区对水电高占比电力系统频率稳定的影响分析

云南电网在交流联络线断线后发生了死区附近的频率振荡现象.为此,文中对此现象进行了研究.首先,在单机系统的传递函数中加入调速器死区环节并对死区进行分段建模;然后,对不同扰动下的频率进行解析求解,从数学上解释了含普通型死区的系统相轨迹曲线连续、而含增强型死区的系统相轨迹曲线不连续的原因;接着,通过频率解的特征和稳定点证明了含增强型死区的正阻尼系统在特定扰动下会出现频率振荡的结论,并给出了振荡发生的条件.最后,通过多机系统的数值仿真验证了理论分析的正确性.     

高比例风电接入的电力系统灵活性评估与优化

针对含高比例风电接入的电力系统灵活性评估问题,建立了动、静态指标相结合的灵活性综合评估体系。其中,基于发电资源技术特性的灵活性静态指标用于评价系统中各类发电资源所固有的灵活性供给能力;基于电力系统运行特性的灵活性动态指标侧重针对风电和负荷的波动性和随机性,定量评估系统在不同运行状态下的灵活性不足程度。在此基础上, 提出了灵活容量缺额最小化的机组组合优化模型,在兼顾系统运行成本最优的基础上,构建了电力系统应对高比例风电接入的灵活容量缺额动态优化模型,可为系统灵活性的改造与规划提供参考。基于某省级实际系统数据的算例验证了所提指标与方法的有效性。     

“双高”电力系统稳定性的新问题及分类探讨

在能源转型和科技进步的推动下,高比例可再生能源和高比例电力电子设备(即"双高")正成为电力系统发展的重要趋势和关键特征,电力系统的动态行为随之发生重大变化,产生了新的稳定性问题。该文从分析"双高"电力系统的特点出发,先概述"双高"对经典稳定性各个侧面的影响,然后简要归纳"双高"背景下的新型稳定性问题,进一步探讨IEEE经典和扩展稳定性分类的适用性,最后尝试提出一种新的分类方法和框架,在维持经典分类逻辑的同时,兼容新的"双高"场景,希望有利于推动"双高"电力系统稳定性建模、分析与控制研究。     

基于多FPGA的电力电子实时仿真系统

大功率复杂电力电子装置通常需要实时仿真系统来加速装置开发和功能验证。然而,商业化电力电子实时仿真系统均由国外公司垄断,价格昂贵,系统升级维护费用高,开放性差,仿真容量和接口数量也受限。为此,文中提出了一种基于多现场可编程门阵列(FPGA)的实时仿真系统的实现架构,以多片FPGA作为并行核心运算单元,有效增加仿真容量和缩短仿真步长。分析了数据实时传输的需求,并提出了一种满足通信需求的增强型串行外设接口(SPI)通信方式。基于该架构自主开发研制了实时仿真平台,并采用硬件描述语言构建10kV 12级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)电路模型进行系统实时仿真验证。实验结果表明:实时仿真步长可以达到2μs,实时仿真波形与MATLAB仿真波形误差在0.5%以内。     

电力系统暂态稳定性的时域仿真分析

暂态稳定分析在电力系统规划和运行分析中占有重要位置,其目的在于确定系统在给定的大扰动下发电机能否继续保持同步运行。暂态稳定分析最实用的方法是时域仿真方法。在理论分析的基础上,采用二阶R-K算法求解算例,对功角δ进行数值计算,画出时域波形,讨论极限切除角和极限切除时间。最后用等面积法则证明了时域仿真的正确性,并从切除时间角度讨论了几种短路类型对暂态稳定的影响程度。     

分布式发电系统电力电子控制器通用建模方法

针对分布式发电系统涉及的电力电子并网装置控制结构多样、建模方式繁杂的特点,构建了一种电力电子装置控制系统通用控制结构。将控制部分分为外环和内环2个通用模块,这些模块内含有模式控制开关,通过改变这些开关的状态,可使外环分别实现功率控制、电压控制、下垂控制及恒压/恒频控制,内环则可实现电流控制。该模型具有很强的通用性,可以表征一大类不同的电力电子并网装置的控制系统结构及控制策略,具有模块化特征,特别适合基于面向对象建模的分布式发电系统仿真软件的开发。     

电力电子技术在电力系统中的作用分析

当今社会科技进步飞速,电子技术的应用遍及社会的各个角落,电力电子技术也在不断地创新与进步之中,呈现出各种新的材料及零件促进电力系统的完善。文章就电力电子技术在电力系统各个环节中的作用进行了分析。     

高比例新能源接入区域电网稳定控制技术探讨

有色金属行业等一些高耗能生产企业为降低生产成本,在具备条件的地区自建电厂或与主网联网或孤网运行.随着国家环保政策从严以及新能源发电成本的大幅下降,建设新能源电源成为新的选择,然而新能源发电具有间歇性且涉网鲁棒性较差,高比例新能源接入后恶化电网面的稳定问题.从高比例孤立电网存在的频率等问题出发,结合实际工程经验,介绍了稳定控制系统、低频低压减载系统、新能源功率控制系统、负荷平衡技术、负荷调频技术、调压调频技术等在区域电网稳定控制中的应用,为新能源接入区域电网稳定运行控制提供参考.