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。     

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。     

适用于微电网的直流型大功率数模混合仿真接口方法

为满足微电网数模混合仿真大功率和双向功率流的需求,提出了一种直流型的大功率接口方法。首先研究并提出了一种适用于直流系统的稳定性改进接口算法,试验验证了其具有更大的稳定裕度;然后针对直流型数模混合仿真,提出了基于H桥的双向直流型大功率接口的模块化设计方法,可同时满足大容量和功率双向流动的要求。针对同一等值网络进行仿真,加入所提接口的混合仿真与数字仿真的结果一致,验证了该大功率接口方法的有效性;设计基于模糊控制的能量管理策略的应用场景并开展数模混合仿真试验,试验结果验证了直流型大功率接口及其构成的混合仿真系统的稳定性、动态性能和在微电网中的适用性。     

开放式换流系统的数字物理仿真实验平台研究

针对数字物理混合仿真接口稳定性问题,提出了通过改变功率接口阻值提高稳定性的方法。利用电路原理,对理想变压器模型接口算法进行了改进。在数字侧阻抗关键点上做了并联电阻处理,并在仿真中验证了方法的有效性。在数字物理混合仿真方面,以上措施提高了接口系统稳定性。介绍了开放式换流系统的接口结构和工作原理,运用改进理想变压器模型算法结合自主研发的开放式换流系统,搭建了380V/120kV风电场并网实验平台。实验与全数字仿真结果基本一致,从而验证了混合仿真系统的有效性和准确性。     

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。     

基于可编程电源的数模动模混合仿真系统研究

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,提出一种基于可编程电源的数模动模混合仿真系统。利用动模实验室搭建动模仿真系统,并在RTDS中搭建39节点系统作为数字仿真系统模型,结合以理想变压器模型算法作为功率接口算法的接口系统,形成一个800 V/345 kV的动模数模混合实时仿真系统实验平台。在研究混合仿真接口两端系统延时对系统稳定性和准确性影响基础上,提出用二阶相位超前环节对下发通道和上传通道的接口延时进行相位补偿,以提高系统稳定性和准确性。通过对所搭建的数模动模混合仿真系统的实验,并与纯数字仿真进行对比分析,进一步验证了混合仿真系统的有效性。     

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。     

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。     

功率连接型数字物理混合仿真系统：（二）适应有源被试系统的新型接口算法

将实时数字仿真技术和动态物理模拟技术结合起来,可以对含可再生能源和储能的微网系统进行研究与测试。由于被试系统为有源系统,对混合仿真系统的接口算法提出了更高的要求。针对简化阻尼阻抗接口,设计了一种适用于有源被试系统的阻抗跟踪算法,实现了实时阻抗匹配。提出了一种新的混合接口模型,新接口用理想变压器接口构成前向驱动器,以激励物理模拟系统;由简化阻尼阻抗接口构成反向观测器,以获得精确的数字仿真结果。MATLAB仿真表明,对于有源被试系统,新接口算法兼顾了简化阻尼接口算法对数字仿真系统的"透明性"以及理想变压器接口的带有源负载能力。     

数字物理混合仿真系统的建模及理论分析:（一）系统结构与模型

数字物理混合仿真结合了数字仿真和物理模拟的优点,是仿真发展的新方向.接口算法是混合仿真中的关键问题.分析了混合仿真系统的结构,对串行时序和并行时序进行了比较.综述了已有的5种接口方法,并推导出其中4种方法的统一形式.最后建立了混合仿真系统的离散动态模型,该模型为混合仿真系统的理论分析提供了基础.     

一种基于虚拟节点网络拓朴结构适用于架空线路 主动配电网的纵联保护方案

为了解决主动配电网双向潮流对配电网保护影响,分析了DER接入对PDN保护带来的问题,提出了基于虚拟节点网络拓朴结构多分支线路纵联方向保护,适用于架空线路的配电自动化。基于虚拟节点网络拓朴结构的配电网纵联保护方案,采用EPON技术,利用EPON传输GOOSE机制、FTU传输启动及方向元件,由集中式纵联方向保护装置实现配电网的保护,能很好地满足ADN接入DG对保护的要求。设计开发了相应的FTU及集中式保护装置,应用在实际的ADN系统,实验测试了GOOSE上行、下行传输延时,保护动作时间。实验结果表明基于虚拟节点网络拓朴结构的纵联保护方案适用于ADN系统,具有很好的应用前景。     

适用于配网冲击性负荷补偿的链式D-STATCOM

针对冲击性负荷接入配电网后带来的电能质量问题,提出一种基于链式结构的静止同步补偿器(D-STATCOM)的移动型并联有源补偿装置,与固定电容补偿装置形成良好配合,实现了无功的实时动态补偿.以江西电网实例应用为基础,分析以电弧炉为代表的典型冲击性负荷补偿的具体需求,结合现场录波数据和配电系统参数建立仿真模型,应用分频协调...     

基于触发同步的配电网信息物理系统实时仿真方法

配电网信息物理系统（CPS）仿真需要实现电力物理系统与信息通信系统的联合仿真,同步接口是实现两者之间联合仿真的关键。配电网CPS实时仿真的精度高,但容易因计算规模过大、交互频率过高导致仿真产生“超时”现象,从而降低仿真精度。为了提升配电网CPS实时仿真的效率,建立了有源配电网的物理系统模型与信息通信系统模型,考虑物理、信息通信、信控3个仿真子系统的仿真交互需求,提出了包含管理层、仿真层、交互层的配电网CPS实时仿真架构。针对信息通信仿真子系统与物理仿真子系统之间的数据交互问题,通过事件触发下调节信息通信与物理仿真子系统之间数据交互的周期步长,提出了基于触发同步的有源配电网CPS的实时交互仿真方法,在保证精度的前提下,降低了配电网信息物理仿真接口所需的交互频次,提升了配电网CPS实时仿真的效率。算例分析结果表明,所提有源配电网信息物理交互同步方法能够有效保证配电网CPS仿真的精度,避免无效的交互计算,提高CPS联合仿真的效率。     

基于混合智能粒子群算法的广义电源主动配电网优化配置

研究广义电源接入主动配电网的优化配置问题。提出一种电压偏差指标。建立综合考虑投资经济效益、电压偏差及污染气体排放指标的多目标优化配置模型。提出一种混合智能粒子群算法,在优化过程中引入快速非支配排序策略、精英保留策略和拥挤距离计算策略以改善其全局搜索能力。对IEEE-33节点、PG&E-69节点配电系统进行计算,分析在不同负荷水平下各指标的变化情况,研究负荷变化时广义电源的最佳配置。研究表明,广义电源的接入与合理配置能够有效提高投资运行效益和系统电压稳定性,同时说明该方法能够保证配置方案的多样性和多目标优化过程的寻优性。     

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.     

含风光储联合发电系统的主动配电网无功优化

为了提高风、光能的利用率及降低其出力波动性对配电网的冲击,利用风力与太阳能时间与空间上的互补性及储能装置对功率的平抑作用建立含风光储联合发电系统的主动配电网模型,以无功补偿装置作为优化变量对主动配电网进行多时段动态无功优化,以电压偏差及网络损耗最小为多目标建立优化模型,利用凸松弛技术将优化模型转换为具有凸可行域的二阶锥规划(SOCP)模型。在IEEE33节点配电系统上进行仿真,对含不同类型的分布式电源发电方式的配电网进行无功优化,对比分析其对主动配电网调压降损的作用,并且对风光储联合发电系统的优化策略进行分析,最后验证了二阶锥规划松弛技术的精确性及可靠性。     

基于蚁群算法的神经网络配电网故障选线方法

为了克服基于神经网络的故障选线方法收敛速度慢、易于陷入局部极小点的缺点,提出了蚁群算法和神经网络相结合的故障选线方法。利用ATP-EMTP做单相接地仿真试验,得到各线路的零序电流信号,通过小波变换和傅里叶变换提取其中的故障特征作为神经网络的输入。利用蚁群算法对神经网络进行训练,完成训练的神经网络模型即可实现故障选线。仿真结果表明,该方法训练速度快、误判率低。     

基于基波检测原理的配电台区有源补偿装置研究与应用

主要介绍了应用于低压配电网三相四线系统的配电网有源电力电子补偿装置,分析了直接检测基波有功电流分量的基本原理。利用此种控制方式的配电网有源补偿装置在谐波、无功方面的补偿特性,尤其在配电台区负荷不平衡情况下,通过在Matlab/Simulink环境下仿真,证明此种配电网有源补偿装置检测控制方法的可行性和对三相负载不平衡情况下的良好补偿特性。最后通过开发样机证明了此种理论在补偿配电台区无功及三相电流不平衡情况下的有效性。     

基于等值模型的配电网机电-电磁混合仿真接口

电力电子装置的广泛应用使得直流系统以及开关元器件广泛接入交流系统,不同时间尺度下的暂态过程交织在一起,增加了分析和控制电网的难度.包含多时间尺度的机电-电磁混合仿真能够有效地平衡电力系统仿真中规模、精度、效率等问题.提出应用于配电网的基于等值模型的混合仿真接口技术.采用诺顿/戴维南等值模型作为等值方法,采用并行交互方式...