柔性高压直流输电系统数字物理混合仿真功率接口及其算法

提出一种适用于模块化多电平换流器高压直流输电系统数字物理混合仿真阻抗实时匹配的接口算法。针对功率接口引起的数字物理混合仿真系统稳定性和精确性问题,在采用戴维南等效方法建立MMC模型的基础之上,构建基于阻尼阻抗法的双端高压直流输电数字物理混合仿真系统;通过数字仿真验证该系统良好的稳定性性能,同时也揭示出接口延时对仿真精确性的影响。提出基于dq坐标变换重构电压信号的延时补偿控制方法,可减小接口延时产生的系统误差,提高数字物理混合仿真系统的精度。仿真结果表明,所提改进阻尼阻抗接口算法能够保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,功率最大相对误差小于2%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

功率连接型数字物理混合仿真系统：（一）接口算法特性

功率连接型数字物理混合仿真结合了实时数字仿真和动态物理模拟的优点,是未来研究新能源发电和储能设备物理特性和接入技术的关键手段。接口算法是功率连接型混合仿真系统的关键技术。文中从稳定性和精确性2个方面,研究并建立了功率连接型混合仿真系统的接口特性。对阻抗阻尼接口进行了化简,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口的稳定性。分析了简化阻尼阻抗接口对数字仿真系统精确性的影响,得出在阻抗匹配时阻尼阻抗法不受接口延迟影响的透明特性。针对物理模拟系统无源和有源2种情况,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口对物理被试系统精确性的影响,得出理想变压器接口带有源负载能力优于阻尼阻抗接口的结论。根据理论分析结果,给出了在各种情况下选择接口算法的原则。     

数字物理混合仿真功率接口设计及其控制策略研究

作为数字物理混合仿真中连接数字侧与物理侧仿真的互联装置,功率接口对混合仿真系统的稳定性与精确性起决定性作用,因此对于功率接口的设计及其控制策略的研究是数字物理混合仿真的关键。功率接口所接负载功率突变所引起的直流电压波动以及功率放大过程的幅值误差是影响功率接口稳定性与精确性的两个主要因素。基于数字物理混合仿真系统,对其功率接口进行设计,提出一种基于三个单相H桥结构四象限背靠背变流器的功率接口装置。在此基础上,针对功率接口稳定性与精确性问题,对其所采用的控制策略进行研究。为保证功率接口良好的动态性能和直压稳定,提出了一种基于前馈控制的整流端直流电压控制策略;针对指令信号放大精确度与稳定性问题,提出一种基于重复控制的逆变端复合控制策略;最终通过数字物理混合仿真试验证明了文中设计的功率接口及其控制策略的有效性与正确性。     

基于虚拟阻抗补偿的数模混合仿真系统功率接口建模方法

该文提出了基于虚拟阻抗补偿的功率接口建模方法,以提高用于模块化多电平换流器高压直流输电的数字物理混合仿真系统的稳定性和仿真精度。在分析电压源型理想变压器法的原理及稳定性条件的基础上,提出在数字仿真系统受控电流源的控制量中加入虚拟阻抗电流补偿的方法。给出基于虚拟阻抗法的数模混合仿真系统稳定性条件,得出虚拟阻抗可能的取值范围。综合考虑系统稳定性和仿真精度,提出虚拟阻抗参数的优化方法。搭建用于简单系统和柔性直流输电系统的混合仿真系统的仿真模型,进行稳态运行条件下不同接口建模方法仿真结果的比较,验证了文中所提方法对于同时提高数字物理混合仿真系统稳定性仿真精度的正确性和有效性。     

MMC-HVDC功率硬件在环仿真的SDIM-ITM接口算法与延时补偿

针对功率接口硬件延时影响MMC-HVDC功率硬件在环仿真精确性问题,设计了一个模拟一阶RC高通滤波器的相位超前校正单元进行延时补偿。MMC采用戴维南等效电路模型,以便于计算SDIM接口中的实时阻尼阻抗和降低数字仿真计算量。MMC-HVDC功率硬件在环仿真采用SDIM-ITM接口,其中ITM接口作为驱动环节,SDIM接口作为观测环节,在运行点变化和故障条件下呈现出较高的稳定性和精确性。但接口延时(或功放延时)对物理侧仿真精度影响较大。故通过所设计的相位超前校正单元对激励功放的交流电压信号进行相位补偿,以进一步提高物理侧仿真精度。仿真结果验证了该延时补偿方法的有效性。     

光伏微网系统功率硬件在环仿真接口算法研究

对现有的功率硬件在环仿真接口算法进行了综述,基于理想变压器模型(Ideal Transformer Model,ITM)讨论了算法的稳定性和改进措施,通过无接口算法、无补偿电感ITM接口算法、添加补偿电感ITM接口算法三种情况的仿真试验,对比分析现有的功率放大器对仿真稳定性的影响,验证了改进接口算法能够提高功率硬件在环仿真系统的精确性和稳定性。     

电力系统数字物理混合仿真接口算法综述

数字物理混合仿真结合了动态物理模拟仿真和实时数字仿真的优点,是进行复杂电力系统研究分析的有效手段;接口算法是保证其闭环稳定性和仿真精确性的关键。文中给出了数字物理混合仿真系统构建的总体结构;对已有接口算法的基本原理、建模方法、存在的问题及其改进方法进行了详细的分析;通过仿真验证了理想变压器模型法、输电线路模型法与阻尼阻抗法的稳定性和精确性性能,并对各类算法的适用领域进行了总结。最后,针对数字物理混合仿真接口算法存在的问题与不足,提出了今后的发展方向和需要解决的关键技术问题。     

基于自适应模式切换的MMC-HVDC数字物理混合仿真新型接口算法EI北大核心CSCD

数字物理混合仿真已成为模块化多电平换流器柔性直流输电技术(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的重要研究手段,而接口算法是保证其系统稳定性和仿真精确性的关键技术。基于理想变压器模型法与阻尼阻抗法接口特性的对比分析,提出了一种基于自适应模式切换的新型接口算法,可在保证MMC-HVDC数字物理混合仿真系统稳定性的同时提高仿真精度。针对阻尼阻抗法,提出了物理动模交流场等效阻抗的精确计算方法,并简化了MMC交流侧等效阻抗的计算过程,实现了阻抗的实时匹配;根据2种接口算法的结构原理,在阻尼阻抗法的附加阻抗支路增加了一个可控开关,并以理想变压器模型法接口稳定性为依据设计了开关的动作条件及其误动的解决方案,进而设计新型接口算法的实现流程,保证接口特性的有效切换。通过数字仿真对比分析了新型接口算法与常用接口算法的接口特性,验证了其优越的稳定性和精确性。最后,设计了适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真平台的启动方案,并通过硬件在环实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于自适应模式切换的MMC-HVDC数字物理混合仿真新型接口算法

数字物理混合仿真已成为模块化多电平换流器柔性直流输电技术(modularmultilevelconverterbasedhighvoltage directcurrent,MMC-HVDC)的重要研究手段,而接口算法是保证其系统稳定性和仿真精确性的关键技术。基于理想变压器模型法与阻尼阻抗法接口特性的对比分析,提出了一种基于自适应模式切换的新型接口算法,可在保证MMC-HVDC数字物理混合仿真系统稳定性的同时提高仿真精度。针对阻尼阻抗法,提出了物理动模交流场等效阻抗的精确计算方法,并简化了MMC交流侧等效阻抗的计算过程,实现了阻抗的实时匹配;根据2种接口算法的结构原理,在阻尼阻抗法的附加阻抗支路增加了一个可控开关,并以理想变压器模型法接口稳定性为依据设计了开关的动作条件及其误动的解决方案,进而设计新型接口算法的实现流程,保证接口特性的有效切换。通过数字仿真对比分析了新型接口算法与常用接口算法的接口特性,验证了其优越的稳定性和精确性。最后,设计了适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真平台的启动方案,并通过硬件在环实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

柔性直流输电系统数字物理混合仿真改进阻尼阻抗接口算法

针对功率接口引起的稳定性和精确性问题,提出了一种适用于基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统数字物理混合仿真的改进阻尼阻抗接口算法。根据MMC中功率器件断态电阻通常远大于通态电阻的特性,简化了阻抗计算过程,并采用绝对稳定且精度较高的梯形积分法对子模块电容进行离散化,实现了MMC正常运行工况下阻尼阻抗接口算法阻抗的高效匹配;结合MMC闭锁运行时的特点,提出了其闭锁时阻抗的实时匹配方法;基于傅里叶分解重构电压信号的方法实现了接口延时补偿控制,以提高系统的仿真精度。在PSCAD/EMTDC中建立了基于所提接口算法的双端MMC-HVDC数字仿真系统,对不同运行工况进行了仿真,结果表明改进阻尼阻抗接口算法可以保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,且有功功率最大相对误差小于1.5%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

基于自适应模式切换的双馈风机并网数字物理混合仿真新型接口算法

数字物理混合仿真已成为交直流混合电力系统的重要研究手段,而接口算法是决定仿真系统稳定性和精确度的核心内容.为实现新能源经柔性直流输电外送的数字物理混合仿真,将数字物理混合仿真应用于双馈风机,设计了一种自适应模式切换的新型接口算法.根据阻尼阻抗匹配法的结构原理,建立了物理模拟双馈风机的动态等效阻抗模型;针对阻尼阻抗匹配法在双馈风机动态过程放大谐波电流的现象,在功率接口与数字侧之间增加滤波支路,并以双馈风机电流直流分量含有率为依据设计了支路开关的切换条件以防止开关误动作.采用小波神经网络时间序列预测法对物理侧双馈风机转速的传输进行了延时补偿,有效地提高了动态阻抗匹配算法的精确度.通过数字仿真对传统接口算法与新型接口算法的稳定性和精确度进行对比,最后搭建了双馈风机数字物理混合仿真实验平台,验证了所提算法的可行性.     

基于和声搜索算法的配电网多目标无功优化

首次将一种新型人工智能算法即多目标和声搜索算法(MOHSA)应用于配电网无功优化中,建立了以系统网损最小、无功补偿费用最低为目标函数的无功优化数学模型,考虑配电网的运行要求,以容性无功补偿的定容定址为控制变量。算法通过和声保留、音调调节和随机选择三种方式来更新和声解向量,同时基于非劣化排序,考虑拥挤距离,对和声记忆库优先筛选,确保求得Pareto前沿的非劣性与分布性,并采用理想点法选择工程最优解。最后采用IEEE-33节点系统,对算法的性能以及工程性进行测试,并与NSGA-II算法对比,结果表明了M OHSA在收敛稳定性、计算精度等方面具有一定优势。     

现代电力系统大功率数模混合实时仿真实现

数模混合实时仿真技术兼具数字仿真和物理模拟的优势,将成为未来电力系统仿真分析的有效手段。为了适应现代电力系统的发展需求,提出了通用型大功率数模混合实时仿真系统架构,采用基于理想变压器模型改进接口算法、基于电力电子变换器大功率物理侧接口和抗干扰信号交互系统,实现了400V/50kVA大功率数模混合实时仿真系统。同时,在所提出的数模混合实时仿真平台上开展了数模混合实时仿真实验,并与全数字仿真实验进行了对比,验证了系统的稳定性和准确性。     

含统一潮流控制器装置的电力系统动态混合仿真接口算法研究

提出了一种新的含UPFC装置的电力系统动态混合仿真接口算法，算法中对UPFC采用动态相量建模，对电力系统网络则采用成熟的机电暂态仿真。仿真中UPFC并联侧采用定交流母线电压控制和定直流电容电压控制，串联侧采用定线路潮流控制。文中推导了UPFC的动态相量模型，讨论了与网络机电暂态模型的接口算法。研究分析和算例仿真表明：使用动态相量建模可精确地仿真UPFC的电磁暂态（EMT）过程，且仿真速度快；文中所提混合仿真方案能保证较快的仿真速度和优良的仿真精度，具有较好的收敛性，且可用于含UPFC等FACTS装置的系统发生不对称故障时的暂态稳定分析。     

基于RTDS/CBuilder的机电电磁暂态混合仿真接口建模研究

在机电电磁暂态混合仿真中,一侧系统计算需要对对侧系统进行等值建模。本文基于RTDS/CBuilder提出了一种计及机电侧系统三序等值阻抗的适用于机电电磁暂态混合仿真的接口建模方法,详细介绍了接口模型的建模原理、实现方法和计算流程。仿真结果表明,该方法可以保证电磁侧发生非对称故障后的仿真精度,具有良好的扩展性。     

全桥型MMC数字-物理混合仿真阻尼阻抗接口模型

数字-物理混合仿真结合了数字仿真与物理实验的优势,为复杂电力电子设备的理论研究和工程设计过程提供了便利。然而数字-物理接口的存在可能导致数字-物理混合仿真结果精度降低甚至变得不稳定。为解决数字-物理接口引起的失稳问题,文中在传统阻尼阻抗接口模型的基础上,针对应用于柔性直流输电的全桥型模块化多电平换流器(MMC),提出一种接口补偿阻抗设计方法。首先,全面充分地考虑了接口引入的延时、扰动对系统稳定性和精确性的影响,根据MMC的运行特点,设计了结构简单的RLC串联结构补偿阻抗,使之在不同运行工况下均可确保系统稳定、高精度运行。在此基础上,搭建了基于全桥型MMC直流背靠背的数字-物理混合仿真实验平台,利用数字侧模拟电压暂降、短路等故障,而物理侧全桥型MMC实现故障穿越过程。实验结果表明,所提接口补偿阻抗设计方案保证了系统在各种工况下的有效性。     

配电网单-三相混合潮流计算模型及算法

针对配电网三相潮流问题计算精确性和计算速度要求,提出了一种单-三相混合配电网潮流计算模型及算法。首先推导了电网三相潮流计算模型,然后根据配网不确定性特点,对局部的对称部分采用单相潮流计算,对于不对称部分采用三相潮流计算,2部分网络之间通过单-三相接口进行连接,从而实现单相网络与三相网络的统一建模;进而基于线路电流的不平衡度,自动确定单-三相接口的位置。算例证明了所提出的单-三相混合配电网潮流计算方法和动态接口策略的有效性和正确性。     

基于分布式电源有功无功调节能力的配电网无功规划

传统的无功规划方法在应对小概率极端电压场景时往往要求配电网投资大量的无功补偿装置。为此,基于分布式电源及负荷场景,提出一种配电网无功规划模型,该模型充分利用了分布式电源的有功、无功调节能力,在小概率极端电压场景下将分布式电源有功调节作为一种附加电压调节手段,并以无功补偿装置投资费用和分布式电源有功调节费用之和最小为目标以减少系统总支付费用。提出一种嵌入原始对偶内点法的粒子群优化算法对模型进行求解。通过对自定义IEEE 30节点系统进行仿真分析,验证了所提模型的经济性和所提算法的有效性。     

功率硬件在环仿真稳定性分析及功率接口研究

功率接口装置作为连接数字仿真与被测实物的重要环节,对于功率硬件在环(PHIL)仿真技术的稳定性与精度起到决定性作用。基于PHIL接口等效建模理论,建立PHIL的电路模型,分析其稳定性;基于重复控制理论,设计功率接口控制策略,保证仿真稳定性与精度;加入电压外环P控制,提高动态性能。搭建PHIL仿真试验平台,以380 V、50 k W功率接口装置实现了复杂系统的混合实时仿真,且稳态特性好、动态响应快、鲁棒性强。