交直流混合电力系统中直流系统的仿真研究

为了更好分析交直流混合电力系统中直流系统的运行特性,使利用直流制动来提高非正常运行情况怔混合电力系统的稳定性成为可能,提出了一套实用的,重点反映直流暂态过程的仿真程序,此程序可以方便地嵌入一般交流潮流和暂稳程序,与交流系统地结合使用,从而为深入研究暂态过程中直流系统的运行特性提供了方便。     

交直流混合电力系统的数字仿真

采用先进的数字仿真系统对大规模的交直流混合电力系统进行研究是一个有效的途径.为此,介绍了我国交直流混合电力系统数字仿真的发展,以及几种常用的仿真软件,包括离线仿真的MATLAB,PSCAD/EMTDC和NETOMAC,实时仿真的RTDS和HYPERSIM等,并分别对它们的交直流混合电力系统仿真能力进行了探讨和比较,提出了用户选取时应注意的问题.     

“交直流电力系统多时间尺度全过程仿真建模、软件开发及工程应用”项目通过技术鉴定

“交直流电力系统多时间尺度全过程仿真建模、软件开发及工程应用”项目通过由中国电机工程学会组织的鉴定委员会的技术鉴定。该项目创建了大规模交直流电力系统多时间尺度全过程数字仿真系统,开发了“PSD电力系统分析软件包”．实现了电力系统稳态、电磁暂态、机电暂态、中长期动态过程的大规模交直流电力系统多时间尺度全过程仿真．取得了一系列具有自主知识产权的创新性成果．总体技术达到了国际领先水平。     

含有多馈入直流的交直流混合电网高压直流建模研究

讨论了目前研究交、直流混合电网时在直流建模方面存在的模型过度简化及模型选用不恰当问题；分析了稳定性研究中直流建模的一般方法，指出了简单模型、响应模型和详细模型的基本特征；基于NETOMAC环境，以中国南方电网为原型对改进的直流响应模型和直流详细模型进行了建模和仿真对比研究，分析了两种模型的优、缺点和适应性；对含有多馈入直流且直流落点邻近的南方电网，探讨了现有HVDC建模方法在研究大扰动下交直流相互影响及直流换相失败对邻近交直流系统的影响方面存在的明显不足。从基于动态相量法计及电压畸变的新直流相量模型研究和基于机电／电磁暂态模型的交直流混合仿真算法研究两个截然不同的角度提出了可行的直流建模研究思路。研究成果为含有多馈入直流的交直流混合电网的安全稳定分析提供了建模依据和参考，也为仿真分析多直流逆变站的连锁换相失败问题提供了新的解决思路。     

一种多时间尺度降阶原则及其在交直流电力系统中的应用

基于奇异摄动理论及矩阵特征值扰动定理,推导得出多时间尺度系统在小扰动作用下,采用忽略快动态或固定慢动态降阶时,降阶前后系统静态稳定性的一般规律,并给出一种使该稳定性规律成立的奇异摄动参数范围的计算方法,从而提出一种小扰动作用下多时间尺度系统的降阶原则,该降阶原则能保证降阶前后系统的静态稳定性一致。建立交直流电力系统中典型电力电子元件的开关周期平均奇异摄动模型,并运用所提出的降阶原则,对简单交直流电力系统进行降阶研究。降阶前、后系统在小扰动作用下的时域仿真结果证明所提出的降阶原则是有效的,能应用于交直流电力系统静态稳定性分析。     

基于SOP和VSC的交直流混合配电网多时间尺度优化控制

智能软开关(SOP)、电压源换流器(VSC)等电力电子设备具备快速灵活的功率调节能力,能够有效应对分布式电源带来的随机性和波动性。本文分析了含SOP和VSC的交直流混合配电网基本结构,针对高渗透率分布式电源接入带来的高损耗和电压越限问题,提出了一种多时间尺度协调控制方法。在日前时间尺度上,针对离散的开关变量与连续的SOP、VSC功率,以降低损耗为优化目标建立分层协调调度模型;在日内短时时间尺度上,针对电压越限风险情况,以控制电压为优化目标快速调整SOP、VSC功率。采用基于蚁群算法和原对偶内点法的混合优化算法对所提出的模型进行求解,实现联络开关与SOP、VSC功率的联立优化。通过算例仿真验证了所提模型和算法的有效性。     

采用模块化方法的交直流电力系统混合仿真

高压直流输电系统和柔性交流输电系统中大量大功率电力电子设备的应用,使反映不同物理特征的动态过程相互交织在一起。而在仿真过程中要求既能模拟大规模互联系统的机电暂态过程,又能模拟局部响应快速的电磁暂态过程。提出了一种基于模块化的交直流电力系统混合仿真算法。该算法采用分层分区网络分割,对系统中各种动态元件,包括HVDC和柔性交流输电等电力电子设备及其控制器进行模块化处理,应用双向迭代技术,将电磁暂态仿真程序嵌入到机电仿真程序中,以实现快速、准确模拟交直流混合系统暂态过程。在Kundur2区域系统和IEEE10机39节点系统上对该算法进行了仿真测试,并将其结果与EMTDC结果进行了比较,验证了其准确性和有效性。     

电力系统全过程动态仿真的故障模拟--电力系统全过程动态仿真软件开发之二

故障模拟是电力系统动态仿真的重要组成部分。电力系统全过程动态仿真软件的故障模型采用故障支路导纲阵模拟各种对称和不对称复故障，利用导纳阵收缩技术处理多重故障和随机发生的故障。该方法的特点是可以对一条支路发生任意重故障进行处理，而不需要增加支路或节点，从而提高软件的计算效率和使用的方便性。     

电力系统多时间尺度灵活性指标研究

为了更好地解决间歇性电源接入电网的问题,应对风电的不确定性,考虑负荷的变化,提出了电力系统多时间尺度的灵活性评价模型。首先对风电的不确定性进行了介绍,阐述了灵活性的概念和特点,从应对电网中风电场出力变化能力的角度,针对负荷的变化,列举了3类不同的时间尺度,提出了基于不同时间尺度下系统响应电网中风电场出力变化最大速率的灵活性评价模型;对具体的灵活性评价数学模型进行阐述,并利用内点法实现了模型的求解。最后,以甘肃电网为例,对文中提出的灵活性指标进行了具体的算例说明。     

电力系统全过程动态仿真的实例与分析-- 电力系统全过程动态仿真软件开发之四

经过3年多的研究开发，电力系统全过程动态仿真软件的主体框架结构的设计，机电暂态过程和中长期过程主要模型的建模，软件主要算法的编程都已完成，3个算例的仿真与分析表明，电力系统全过程动态仿真软件的暂态稳定计算功能仿真结果准确。中长期动态过程仿真结果合理，说明软件所采用的积分方法－Gear法可以用来仿真电力系统从快速暂态到慢速中长期动态过程的转换，可以自动变阶变步长，算法数值稳定性高，所开发的电力系统全过程动态仿真软件具备了仿真电力系统从机电暂态到中长期动态过程的能力。     

基于模块化多电平换流器的交直流混合电网稳态建模及仿真

由于模块化多电平换流器(MMC)在容量升级、电磁兼容、故障管理等方面具有明显的技术优势,其在交直流电能变换与控制中的应用越来越广泛。首先,基于电路原理中的平衡桥同电位点可以短接的等效理论,建立基于MMC的交直流混合系统简化等效电路模型;然后,导出基于MMC的交直流混合系统纯交流节点的潮流方程、直流节点的潮流方程和MMC换流器的基本潮流计算方程,并依据所建立的稳态模型和MMC控制方式,分析适用于基于MMC的交直流混合系统潮流算法;进而,基于自动微分技术,提出一种具有3阶收敛速度的统一迭代改进潮流算法;最后,通过算例验证所建立模型和算法的有效性。     

特高压交直流大电网的数模混合实时仿真系统建模

为对金沙江一期和锦屏电力外送的系统接入和受端交流扰动后的交直流响应性能及恢复情况进行专题研究,中国电力科学研究院仿真中心按照网络物理特性相符并适应仿真中心现有仿真设备规模的等值网,建立了迄今国内外规模最大的数模混合实时仿真系统。文中阐述了数模混合实时仿真系统建模的关键技术,包括:交直流系统模拟比的选择,发电机和动态负荷模型的建立和校核,采用不同策略和技术的7回高压和特高压直流系统的建立;无源元件模型的建立和连接;系统数据库的建立;系统的全面校核等。     

大规模交直流电网电磁暂态数模混合仿真平台构建及验证：(一)整体构架及大规模交直流电网仿真验证

随着中国特高压交直流电网快速发展,交直流、多直流之间相互影响加剧,电网安全运行面临严峻挑战,对仿真工具的性能提出了更高的要求。对接入实际直流工程的控制保护装置进行数模混合仿真是当前对大规模交直流系统动态特性进行仿真所采用的较为准确的仿真手段。文中在原有数模混合仿真技术基础上,提出了适用于研究大规模交直流混联电网运行特性的新一代数模混合仿真平台构建方案。该方案以大规模电磁暂态实时仿真软件HYPERSIM和超级并行计算机SGI为数字仿真核心,接入全部在运直流工程的控制保护装置及其他类型电力电子控制保护装置,解决了大规模特高压交直流电网高精度仿真试验研究的难题,并且实现了同时接入8回直流工程控制保护装置、电磁暂态仿真规模超过6 000节点的数模混合实时仿真。通过对实际电网故障的反演和结果对比,验证了所构建仿真平台方案的有效性。     

交直流混合电网仿真初始化方法

为了提高大规模交直流混合电网的初始化稳定收敛速度,采用人工神经网络拟合复杂的阻抗、谐波、控制特性,然后将其嵌套进基于改进节点法的三相基波潮流计算框架中进行迭代修正。为了提高大规模交直流混合电网的初始化效率,提出了基于多端口等值的并行初始化计算方法。分别采用含光伏电站的IEEE 33节点和330节点交直流混合电网算例进行仿真,验证了所提方法的有效性。     

多馈入交直流混合电力系统研究综述

在多馈入交直流混合电力系统中,由于交直流输电线路并列运行且多个直流换流站间电气距离较近,交直流系统间、直流子系统间相互影响,对多馈入交直流混合电力系统的控制和保护策略提出了新要求。文章概述了多馈入交直流混合电力系统中换相失败、直流系统故障后的恢复、电力系统功角/电压的稳定性、谐波的相互作用等问题的研究现状,指出了现有控制和保护策略的特点及不足,可为今后多馈入交直流混合电力系统的研究提供参考意见。     

南方电网交直流混合输电系统动态潮流仿真计算

针对调度员培训系统的仿真要求,根据直流系统分层的特点建立了系统和极两层对象,在直流系统这一层次上建立了其接线方式的描述,用以控制直流系统电气方程的建立.可以实现对直流系统不同运行接线方式的模拟以及分层控制的模拟,基于动态潮流的原理对直流系统进行建模,考虑了高压直流的频率特性,实现了基于动态潮流技术的交直流联合系统的仿真,为调度人员提供了逼真的交直流联合输电系统的培训环境.     

数模混合实时仿真系统及其在特高压交直流电网研究中的应用

介绍了国家电网仿真中心数模混合式实时仿真系统的结构、仿真试验流程及其在特高压交直流混合电网仿真研究中的应用。该系统包括相应的数字模型、物理模拟装置及接口设备,其中高压直流输电模拟系统模型包含与实际直流输电系统特性相近的仿真装置,且具有与实际直流工程相同的控制保护装置。文章阐述了对原系统的等值化简、确定系统模拟比、建立仿真试验系统模型等多个环节的处理过程及相关原则。以金沙江一期及锦屏送出特高压直流工程实时仿真研究项目为例,给出了数模混合实时仿真系统的试验结果并与离线计算结果进行了比较分析,2者基本一致。仿真系统试验结果可为特高压交直流混合电网的规划提供技术参考。     

A Novel Power Flow Algorithm for Hybrid AC/DC Power Grids

This study introduces a novel unified power flow algorithm for hybrid AC/DC power grids. For hybrid AC/DC power grids that incorporate voltage source converters (VSCs), the proposed algorithm uses the voltage amplitude and the phase angle of the AC bus and the voltage of the DC bus as the minimum set of state variables. The power equation of the converter is deduced by these state variables. Then, the bus-power-equilibrium (BPE) equations can be deduced based on the DC node classification and VSC converter station control modes. The Newton–Raphson method can be used to solve these BPE equations with good convergence behavior. In addition, the DC grid and converter station modeling impose no restriction on the hybrid grid topology. As a result, the Jacobian matrix in the modified equations can accurately reflect the coupling relationship between AC and DC grids and simultaneously maintain the sparse feature. The proposed unified algorithm uses the sparse technology and can solve the power flow problem for a large hybrid power grid. A simulation is implemented to illustrate the effectiveness of the proposed algorithm.