基于RTDS的有源配电网暂态实时仿真与分析

有源配电网是智能电网中集成、管理分布式发电及储能设备、需求侧响应资源的重要平台,包括各种智能终端、控制及保护装置的研发与测试将对实时仿真提出更高要求。考虑有源配电网实时仿真的建模需求,文中基于实时仿真平台RTDS完成了含光伏、燃料电池等分布式电源的有源配电网暂态实时仿真建模,并给出了电力电子装置、分布式电源及控制器等特殊模型的实时仿真算法。研究了有源配电网在环境条件变化、系统故障及功率指令变化等各种场景下的动态过程,通过与离线仿真软件PSCAD/EMTDC的对比,验证了实时仿真模型的正确性,对系统资源消耗等分析,更为后续硬件在回路仿真(HIL)等研究中奠定了基础。     

基于GPU的大规模配电网电磁暂态并行仿真技术

随着分布式电源等复杂设备的接入,针对配电网暂态过程的分析逐步依赖详细建模和电磁暂态仿真。图形处理器(GPU)等细粒度并行计算设备可显著提升配电网的电磁暂态仿真效率。提出了一种基于GPU的并行仿真技术,在GPU中加速了对大规模配电网系统的电磁暂态仿真。首先,将配电网电磁暂态仿真的计算过程分为异构计算、同构计算和网络求解三部分,并分别建立了细粒度并行计算模型。其次,针对上述三种计算模型,分别设计了基于分层有向图的异构计算核函数,基于积和熔加计算的同构计算核函数以及基于矩阵运算的网络求解核函数,最终实现了完全基于GPU的配电网电磁暂态仿真。对大规模配电网算例的仿真结果表明,所提出的细粒度计算模型和仿真算法可在保证仿真精度的前提下,提升在GPU中进行大规模配电网仿真的效率。     

基于PSCAD的有源电力滤波器建模仿真研究

在对有源电力滤波器(APF)的结构和运行特性进行分析的基础上,利用电磁暂态仿真软件PSCAD对APF系统的运行过程进行了仿真,建立了系统的仿真模型,设计了基于瞬时无功功率理论的控制系统,给出了在负荷电流突变等情况下APF的动态响应曲线。仿真结果表明,APF在电网谐波抑制和无功补偿方面具有优良特性,同时也验证了本文所建模型的正确性和控制系统的可行性。     

国产化电磁暂态仿真平台发展方向分析及展望

国产电磁暂态仿真平台存在用户群小、推广困难、难以面向工程的难题,亟须寻找合适的研究方向提升仿真性能。随着中国电网逐渐向大规模、高复杂度、电力电子化的方向发展,现有仿真平台的效率越来越难以满足需求。除此之外,现有仿真平台在软件内核、底层开放性和与硬件实物的交互能力上还存在提高空间,平台易用性还需进一步优化。总结了当前模块化电力电子装备的建模方法,提出了仿真技术的前瞻方向,并归纳出能够有效提高仿真效率的一般化加速仿真框架。最后,提出了国产平台易用性优化的具体建议,并指明了技术研究方向。     

VSC-HVDC输电系统的电磁暂态建模与仿真

基于电压源换流器(VSC)的新型直流输电(VSC-HVDC)系统技术优点很多,建立能够准确描述VSC-HVDC动态特性的详细模型及仿真算法对该项输电技术的深入研究具有重要意义,还可为含有VSC-HVDC的电力系统机电、电磁混合仿真奠定基础。为此首先分析了VSC-HVDC的工作原理;利用隐式梯形积分法建立了双端VSC-HVDC的详细电磁暂态仿真模型,并利用一阶惯性环节模拟锁相环测量了VSC交流母线电压相位的动态特性;鉴于对应VSC-HVDC电磁暂态模型的差分方程为右端项含有待求变量的隐式方程,提出了相应的迭代求解数值计算算法。在VSC交流母线电压幅值和相位突变的条件下,通过与PSCAD/EMTDC中所建VSC-HVDC仿真电路电磁暂态响应的对比,验证了VSC-HVDC电磁暂态模型及其数值计算算法的正确性。     

基于传输块的暂态稳定建模

针对暂态稳定分析中发电机和相关控制系统的具体特点,将传输模块划分为大量的线性和少量的非线性表达。利用小干扰稳定分析中的插入式建模技术处理线性部分,先将发电机及辅助控制设备转化为两类基本的传输块,形成相应的数学表达,结合网络方程构成全系统计算模型。与常规的方法相比,在发电机建模、模型修改和状态变量的初值计算方面更为方便。该方法的有效性在一22节点6机系统上进行了验证。     

配电系统电磁暂态仿真算法分析

随着分布式发电技术的兴起,配电系统的建模与仿真越来越引起人们的重视.文中首先总结了应用于输电系统电磁暂态的主流仿真软件的发展,然后基于几种常用的电磁暂态仿真软件以IEEE 4节点配电系统算例比较了在正常和故障情况下各软件算法的特点.通过对箅例结果的比较分析表明,稳态时得到的各仿真结果是完全一致的,而在暂态情况下,各程序对开关过程产生的间断点的处理方法有所不同.最后,说明了造成结果差异的主要原因,为配电系统暂态过程的准确仿真奠定了基础.     

大规模电网电磁暂态快速仿真方法

随着与直流输电、柔性交流输电等相关的电力电子装置广泛应用于电力系统,电磁暂态仿真逐步成为电力系统分析的重要工具。然而,由于电磁暂态仿真选取的步长小,占据的内存大,计算速度慢,仿真规模受到了限制。基于坐标系旋转变换的思想,通过旋转变换降低信号的频率,提出了一种快速的大步长仿真方法。与机电暂态仿真相比,本方法可以体现系统的电磁暂态行为,提高了仿真精度,与传统的电磁暂态仿真相比,提高了仿真速度。     

高压直流输电系统电磁暂态建模

高压直流输电及特高压直流输电的大力发展,交直流相互作用问题日益突出。该文基于电磁暂态仿真软件PSCAD／EMTDC,给出了直流输电系统电磁暂态模型的一般建模方法、控制系统参数选择分析方法、控制系统静态特性校验方法及系统动态性能分析方法,以此验证交直流一次系统建模及控制与保护系统建模的有效性,为准确分析交直流相互作用提供有力基础。     

复杂电磁暂态故障自动仿真方法

分析了交直流电磁暂态计算商业软件包的执行流程,提出了基于C++和PSCAD/EMTDC的联合电磁暂态批处理自动仿真方法。通过动态修改输电线路长度,逐次调用EMTDC计算内核,实现输电线路全线故障位置、观测点自动遍历以及数据结果的存储,给出了完整的程序实现流程。     

基于模型预测的主动配电网电压协调控制

主动配电网含高渗透率分布式发电机,尤其是可再生能源,使得过电压或电压跌落问题时有发生,必须实施主动电压控制。考虑可再生能源的间歇性和变压器有载分接头（on-load tap changers,OLTC）的动作特性,提出基于模型预测的主动配电网电压协调控制方法,并采用全局收敛性能好的信赖域二次规划法对预测控制模型进行优化计算。该策略不仅能够克服不精确建模及测量误差等因素对控制性能的影响,而且能够预测OLTC未来的控制行为对控制电压的影响,以避免不必要的控制行为。最后借助含有5台分布式发电机的IEEE34节点24.9 kV的主动配电网,测试本文控制策略的性能。仿真测试结果表明：该控制策略具有良好的鲁棒性和有效性。     

含分布式电源的主动配电网双层规划模型

基于分解协调原理建立分布式电源双层规划模型,研究分布式电源在主动配电网中的合理规划问题。上层规划以节点网损灵敏度为原则,从系统网络损耗的角度确定分布式电源的安装位置与容量;下层规划根据分布式电源的投资效益、电压偏差指标建立多目标优化规划数学模型用于确定分布式电源的最佳出力。提出一种改进的多目标粒子群算法进行模型求解,通过对IEEE-33节点配电系统进行仿真计算验证所建模型和算法的可行性和有效性。     

谐波约束下的主动配电网分布式电源准入容量与接入方式

从理论上分析了单台分布式电源的谐波发射机理;给出以谐波发射限值为约束的接入容量极限,并基于矢量求和理论,对多台分布式电源接入连接点处的准入容量进行修正。针对反映主动配电网点、线、面三种典型消纳模式,采用渗透率、分散度和分布度等三个维度指标描述分布式电源在主动配电网中的接入状态,通过算例考察了配电网多点接入分布式电源的谐波规律。研究表明,主动配电网谐波分布与三维指标密切相关,应在配电网规划及运行阶段充分考虑谐波问题,采取相应手段预防和治理主动配电网谐波。     

主动配电网宽适应性潮流灵敏度分析模型

分布式发电、储能及柔性负荷在配电网的大量接入引起配电网潮流的频繁变化,构建准确、简洁的节点注入功率与运行参数的函数模型对主动配电网的规划和运行至关重要。结合配电网辐射状拓扑结构,提出了一种对节点注入功率变化具有宽适应性的潮流灵敏度分析模型。所提灵敏度分析模型具体包含节点注入功率对线路损耗的二次形式的灵敏度模型、节点注入功率对节点电压的线性形式的灵敏度模型和节点注入功率对线路潮流的二次形式的灵敏度模型。对灵敏度模型应用于存在弱环网的配电系统时的有效性进行了分析,利用IEEE 33节点配电系统和含环网的IEEE 123节点配电系统进行仿真分析,仿真结果证明了所提灵敏度模型的有效性。     

双馈风力发电机组快速电磁暂态仿真模型

双馈风电机组含变换器等电力电子设备,电磁暂态仿真步长小、速度慢。为实现双馈风电机组的快速电磁暂态仿真,利用开关函数平均化的思想,建立了考虑Crowbar保护电路投切、变换器闭锁暂态过程的受控源型变换器统一简化等效模型,并提出一种预测校正的调制量计算方法,基于该等效模型构建了完整的双馈风电机组快速电磁暂态仿真模型。最后,以1.5 MW双馈风力发电机组为例,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建模型,从正确性、仿真步长适应性和仿真速度三方面对快速电磁暂态仿真模型进行验证。通过仿真结果比对分析,证明了该快速电磁暂态仿真模型不同应用场合的适用性。     

A Study of an FDTD‐Based Frequency‐Dependent Line Model for Electromagnetic Transient Simulations

Electromagnetic transient (EMT) simulations of power systems require accurate representation of models in a wide range of frequencies. This of course applies to the representation of transmission lines, and the phase‐domain frequency‐dependent line model is often used to this end. The phase‐domain line model does not require modal transformation in EMT simulations but requires modal decomposition at its model identification stage, and there are cases where it fails to fix switchovers of propagation modes with respect to frequency. Thus, a frequency‐dependent line model which essentially avoids modal decomposition is desired. This paper studies the possibility of a frequency‐dependent line model based on the FDTD (Finite Difference Time Domain) method as a candidate which satisfies the above‐mentioned requirements. First, improvements regarding computational efficiency and numerical stability are made to Kordi's FDTD‐based frequency‐dependent line model. Then, the following points are clarified using the developed model: (i) Waveform deformations due to propagation modes with different velocities can be reproduced completely without modal decomposition; (ii) As the time step size becomes larger, waveforms obtained by the developed model become less accurate due to the embedded filter for numerical stability. These points assure, if the error due to the embedded filter is reduced, that the developed model can become a useful frequency‐dependent line model without model identification problems.     

基于机会约束的主动配电网动态经济调度方法

分布式电源在主动配电网中大规模接入后,需要对主动配电网进行动态经济调度,以降低主动配电网整体运行成本。由于可再生能源出力具有随机性和不确定性,主动配电网的动态经济调度面临广泛随机性,这对调度策略的可靠性提出挑战。为此,提出一种基于机会约束的主动配电网动态经济调度模型,该模型考虑了分布式电源出力及负荷预测的不确定性。由于该模型无法被直接求解,文章利用凸松弛原理,将原机会约束模型转化为确定性混合二阶锥规划模型。基于IEEE-33节点系统的算例表明,该模型可有效求解出主动配电网的最优经济调度策略,且电压越限率和线路容量越限率被严格控制在给定的机会约束概率以内。此外,算例结果表明所提出基于机会约束的经济调度方法优于传统确定性经济调度和鲁棒经济调度模型。     

基于选择不同暂态阻抗的分布式电源接入容量分析

含分布式电源（DG）的配电网在发生短路故障时,DG注入的电流可能会导致过电流保护误动,因此需要根据电流保护分析DG的准入容量问题。首先分析各个故障点对电流Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ段保护可能产生的影响,提出了基于选择不同DG暂态阻抗的计算最大接入容量的方法。对于电流保护Ⅰ段采用分布式电源的次暂态阻抗,对于电流保护Ⅱ段和Ⅲ段则采用分布式电源的暂态阻抗,得出了DG最大容量的约束条件,最后通过仿真说明了该方法既符合DG实际的暂态过程,又能在满足现有电流保护不误动的条件下得到DG的最大容量。