SMRT在交直流大电网分析中的应用模式及实践

电磁-机电暂态混合实时仿真平台（super-mixed real-time simulation, SMRT）因其仿真规模、仿真精度和易用性等方面优势在交直流大电网分析中展现出广阔的应用前景。目前,SMRT仿真平台已经被用于交直流大电网机电暂态行为和稳定特性的仿真分析与研究、基于典型运行方式的实际电网故障/事故快速复现、交直流系统重大运行风险评估等生产运行服务、系统性能及控制策略课题的研究和电网动态补偿电力电子装置对电网多直流故障后换相失败恢复的作用和影响的分析,以及调度员的教学和培训等领域。经过进一步开发,SMRT仿真平台将被用于解决系统级保护整定与校验等更多问题。     

SMRT交直分网混合实时仿真接口关键技术与实现

基于实时数字仿真( real-time digital simulation, RTDS)和数字计算机接口的电磁暂态、机电暂态混合实时仿真( super mixed real-time simulation, SMRT),深入阐述了电磁暂态、机电暂态两种模式的仿真平滑接口的关键技术,包括接口交互系统稳定性分析与稳定方法、实用低频段接口等效阻抗、基于超前估算的接口交互方法、三序分立电流注入不对称接口方法和闭环自校正三序基波功率计算方法。案例分析和方案整体验证证明SMRT已基本满足交直流大系统暂态综合过程仿真分析的需求。     

交直流大电网多时间尺度混合实时仿真系统设计与研究

MMC电力电子设备的广泛应用和交直流混联电网的快速发展对电力系统仿真技术提出了更高的要求。提出了基于"FPGA+RTDS+并行机"异构平台,具有快速电磁暂态、常规电磁暂态和机电暂态联合仿真功能的交直流大电网多时间尺度混合实时仿真系统。该仿真系统由VSC设备、HVDC系统和交流系统等几个仿真子平台组成,通过闭环接口实现时间上多尺度步长、空间上多颗粒度并行的多模式联合仿真计算,并能与EMS系统以及具有EMS画面风格的调控模拟及特性展示系统进行接口,为交直流复杂大电网运行分析和试验研究提供了精确高效的仿真平台。     

基于并行计算机/RTDS的混合实时仿真不对称故障接口交互与实现

针对"并行计算机+RTDS"的SMRT混合实时仿真平台,提出用于三相不对称处理的混合实时仿真接口三序电流分立注入法和电磁暂态侧接口三序功率初始自校正计算方法,研发实现了电磁-机电暂态混合实时仿真中全序量交互,扩展了SMRT混合实时仿真平台不对称故障仿真模拟功能,经SMRT电磁-机电混合实时仿真与RTDS电磁暂态实时仿真的对比测试验证表明,两者仿真结果具有较高的吻合度。     

基于RTDS/CBuilder的电磁–机电暂态混合实时仿真方法

提出了基于实时数字仿真器(real time digital simulator, RTDS)的电磁–机电暂态混合实时仿真方法。在RTDS/CBuilder环境下,采用多线程和双链表稀疏矩阵技术开发了实时机电暂态仿真程序。提出了电磁和机电侧接口等值电路模型,并将RTDS电磁模型与实时机电暂态程序进行了连接,建立了混合实时仿真平台。该平台可以在详细分析含直流输电局部电网的同时,又能较准确地考虑交流系统对暂态稳定的影响。仿真算例证明了所提混合实时仿真方法的正确性。     

RTDS上机电暂态仿真自定义模块的研究与开发

由于在实时数字仿真器(RTDS)上通过增加RACK数目来加大系统仿真规模的成本过高,一种可行的方法是对系统末端交流电网进行机电暂态仿真,系统主干交直流电网利用RTDS进行电磁暂态实时仿真,即实现基于RTDS的电磁-机电暂态混合实时仿真.为此,文中在RTDS的CBuilder开发环境下,开发实现了CBuilder自定义机电暂态仿真模块,并与RTDS电磁暂态仿真模型成功对接.通过采用CBuilder下的多线程技术和高斯网络化简技术,有效提高了RTDS上的机电暂态仿真计算规模.利用IEEE标准数据验证了所开发的机电暂态自定义模块的正确性,并在基于RTDS的电磁-机电混合仿真中成功加以应用,通过与全电磁模型的对比,证明了基于RTDS的混合仿真的有效性.     

交直流混联电网运行控制实时仿真技术研究

现代电网已形成交直流多元件、多系统"混联"运行的格局,运行和控制特性极为复杂,表现为各类电力电子元件的电磁暂态和电网机电暂态过程之间的强耦合特性,传统基于"N-1"潮流或机电暂态仿真的方法在混联电网的仿真分析与控制研究中存在局限性。本文研究了实时仿真技术应用于交直流混联电网仿真的若干关键技术,以实用化的电磁-机电暂态混合仿真技术为核心建立含物理控制闭环的全景实时仿真环境,兼顾大电网仿真规模并精细刻画电力电子快速暂态过程及控制响应。该技术已应用于南方电网典型方式重要风险精确仿真界定、反措仿真验证和安稳控制策略的仿真试验,为复杂电网的精确分析和控制技术研究提供了有效的技术手段。     

基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真

阐述了计算机机电暂态仿真、RTDS电磁暂态仿真的实时混合仿真平台设计思想,给出了整体设计架构,详细分析和阐述了两侧接口数据交互和同步协调仿真流程、混合仿真接口方案以及接口数据传输方法等关键技术.以含南方电网贵广高压直流的简单交直流系统算例研究验证了该混合仿真平台的设计和实现是可行的、有效的.     

特高压交直流输电系统暂态混合仿真研究

随着电力系统发展,纯机电暂态和电磁暂态仿真在分析大规模特高压交直流混合电网时已呈现明显不足。为了准确分析特高压交直流输电系统的动态特性,文中基于电力系统全数字实时仿真平台(ADPSS)搭建了特高压交直流输电系统的机电—电磁暂态混合仿真模型,并对整流侧和逆变侧交流母线故障进行了仿真分析。结果表明通过机电—电磁暂态混合模型仿真结果输出,能够有效体现直流系统整体以及局部的各个元器件的详细动态过程,为特高压交直流系统的稳定控制提供技术理论支撑。     

基于ADPSS的宁夏电网多直流系统机电-电磁混合仿真对比研究

灵绍和昭沂特高压直流输电工程投运后,宁夏电网将成为我国又一高比例风火打捆外送直流送端电网。为了准确分析交直流间相互作用以及直流受端扰动对送端的影响,在ADPSS软件中建立了宁夏电网多直流系统的机电-电磁混合仿真模型,包括西北电网机电暂态仿真模型和宁夏电网三回直流的详细电磁暂态模型。针对送受端电网不同故障类型,评估了混合仿真和纯机电暂态仿真方法下电网受扰响应行为的差异,研究结论对于电网分析计算和制定安全稳定控制措施时选择适用的工具具有参考意义。     

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。     

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。     

电磁机电混合实时仿真平台实用化技术研发与实现：（一）混合实时仿真数字量接口*

电磁暂态-机电暂态混合实时仿真是国内外电力系统仿真领域的热点和难点之一,《电磁机电混合实时仿真平台实用化技术研发与实现》系列论文对此技术难题进行攻关。作为本系列论文第一部分,针对已有的基于模拟量接口的电磁机电暂态混合实时仿真系统的不足,利用目前国际先进的现场可编程门阵列（FPGA）板卡进行数字化通信接口交换数据,开发了基于RTDS的电磁机电暂态混合实时仿真数字量接口。与RTDS纯电磁暂态仿真结果对比,所研发的数字量接口可有效地减少仿真噪声、提高仿真精度,极大地推进电磁机电暂态混合实时仿真的应用。     

含大量电磁直流模型的机电–电磁暂态混合仿真技术研究

伴随特高压直流的飞速发展和其输电容量阶跃式提升,我国电网呈现出"强直弱交"的特点。送受端、交直流、多直流之间耦合日趋紧密,电网运行特性日趋复杂。在大规模交直流电网的仿真分析中,直流输电系统需要采用电磁暂态仿真以获得准确动态特性,其余交流电网采用机电暂态仿真以提高仿真效率。然而,含多条直流电磁暂态模型的混合仿真在数据建立、方式调整及平稳启动方面存在困难,制约了大规模电网分析的工作效率和仿真精度。提供了通过直流标准化建模和数据映射拼接实现混合仿真数据自动建立的解决方案,提高了建模效率;提供了直流输电电磁模型运行方式自动调整、混合仿真接口电压箝位平稳启动的方法,使混合仿真能在0.6s的仿真过程内达到稳态。所提方法提高了大规模交直流电网机电–电磁混合仿真分析的工作效率和仿真精度。     

基于RTDS的机电电磁暂态混合实时仿真及其在FACTS中的应用

深入研究了基于实时数字仿真器(RTDS)的混合仿真平台的实现方法,其中包括利用RTDS的自定义工具Component Builder(CBuilder)开发的机电暂态程序与接口模块,并选取了适用于该仿真平台的数据交换时序。提出了利用机电-电磁暂态混合仿真技术进行柔性交流输电系统(FACTS)研究的方法,并在RTDS上搭建有两个静止无功补偿器(SVC)控制母线电压的系统模型,对全系统进行全电磁实时仿真、机电-电磁混合实时仿真、对等值化简后的系统进行全电磁仿真,比较不同SVC组合控制下的仿真结果。验证了混合仿真系统的准确性,阐述了利用未等值大系统开展FACTS应用研究的必要性。可以预见,混合仿真技术在大系统的FACTS研究中具有良好的前景。     

基于RTDS-PXI的电磁-机电暂态混合实时仿真研究

提出了基于RTDS-PXI的电磁-机电暂态混合实时仿真方案,其采用并行的数据交互方式,将运行在RTDS上的电磁暂态程序和自主开发的机电暂态程序通过PXI进行实时接口,实现了电磁-机电暂态混合实时仿真。最后在搭建的RTDS-PXI混合实时仿真平台上进行了与小规模全电磁暂态仿真的对比分析,结果表明所提出的方案是可行、有效的。     

多端口机电-电磁暂态混合仿真端口解耦指标研究

首先分析了多端口耦合给机电-电磁暂态混合仿真造成的误差机理,推导了不考虑直流电流变化及考虑直流电流变化情况下端口之间的耦合关系。然后,为减小多端口建模引入的仿真误差,并在满足RTDS建模约束下尽可能地保证电磁侧的仿真精度,针对机电-电磁暂态混合仿真电磁侧建模进行了多端口解耦指标的研究。分别对不同耦合强度的端口解耦,采用FSV(feature selected validation)方法分析了端口耦合强度和仿真精度之间的定量关系,得到了满足FSV定性评估为"好"及以上的端口解耦指标。最后在基于某地区500 k V及以上电压等级复杂交直流电网建立的实时混合仿真平台上验证了所提解耦指标的有效性。     

简讯

RTDS电网暂态仿真技术研究2 0 0 4年 2月 2 5日 ,四川省电力公司在成都召开《RTDS电网暂态仿真技术研究》项目验收会。RTDS电网暂态仿真技术研究项目利用国际先进的实时数字仿真设备 ,建成RTDS仿真实验室 ,其仿真能力和仿真精度可满足对电力系统各种保护、控制设备进行性能实验的要求。可用于电网工程、新技术应用和运行分析等。使四川省电力公司具有对电网电磁暂态过程和现象进行实时仿真的能力。RTDS电网实时数字仿真系统已按要求建成 ,开展了实际工程的试验研究 ,如“洪龙 5 0 0kV同塔双回线路继电保护性能检验”、“二滩5 0 0k…     

基于RTDS特高压直流控保仿真平台的锦苏特高压直流建模及仿真

传统对锦苏直流接入的江苏电网分析仅停留在纯数字的机电—电磁混合仿真研究,随着仿真技术的发展已不能满足分析的需要。参照锦苏工程在RTDS实时数字仿真装置中搭建了锦苏直流的一次系统,直流控保真型装置作为二次控制保护仿真系统与RTDS实时数字仿真装置构成闭环仿真平台,其性能与实际直流输电工程在控制保护功能、稳态工况和交直流故障下的行为及趋势等方面特性保持高度一致。以一次实际交流故障导致的换相失败案例为背景,分别利用该平台和传统的利用ADPSS的机电—电磁混合仿真的方法反演了故障并与实际录波进行了比对,验证了平台的精确性和可用性。     

南方电网交直流混合系统RTDS建模研究

实时数字仿真器RTDS是全数字式电力系统电磁暂态仿真装置,目前主要用于电网中控制保护装置的闭环测试、交直流电力系统的研究及电力系统的高级培训等方面。RTDS大系统建模是一个新的尝试。文章介绍了建模前的准备、建模的步骤及建模过程中的主要难点及对策。