机电-电磁暂态混合仿真多端口模型的比较分析

机电—电磁暂态混合仿真在端口建模方面主要有两种方法:一种基于多端口诺顿等值电路在端口处进行直接的电路耦合(耦合模型);另一种是在电磁侧的端口与端口之间进行解耦,通过机电暂态计算进行间接耦合(解耦模型)。建立了稳态期间两种模型的数学模型,将机电暂态的计算过程考虑进解耦模型的等值电势,证明了稳态情况下解耦模型与耦合模型的一致性。考虑电磁侧直流输电系统的控制特性,推导了经扩展之后的两类模型的节点导纳矩阵。结合两种模型的节点导纳矩阵的特点,对两种模型进行了暂态特性的对比分析。理论和仿真结果表明,当扰动和故障发生在电磁侧时,两种模型在本地直流的换相失败现象的分析过程中表现基本一致,而对一回直流逆变侧故障引起其他直流的换相失败的分析,解耦模型的适应性较弱。两种模型在仿真建模中应进行合理选择。     

基于分群解耦的电力系统机电电磁混合仿真的分网技术

多条耦合直流输电的响应只能通过电磁暂态仿真程序模拟.为了提高仿真精度,机电-电磁混合仿真已用于电力系统运行的研究.为解决目前机电-电磁混合仿真速度太慢的问题,提出了一种电力系统混合仿真分网技术.首先把机电网络分成尽可能多的网络孤岛,把电磁暂态网络通过传输线解耦方式分网,然后基于分群解耦的机电-电磁混合仿真算法形成单时步...     

多端口电磁-机电暂态混合实时仿真接口技术与应用

建立混合仿真机电系统多端口接口等效电路模型,给出等值阻抗,求取及正、负序阻抗不等情况下的修正方法。详细分析多端口下混合仿真误差机理,在此基础上提出包括戴维南电动势预估、变步长交互等精度改善技术。采用端口解耦处理与基于自组织竞争神经网络的端口聚合方法,克服了端口数目增多带来的接口建模维数灾问题。基于RTDS实时仿真平台,设计了以RTDS/CBuilder自定义模块作为接口形式的多端口接口实现方案。最后,分别搭建了某区域电网验证系统与某地区含7回直流的复杂交直流电网应用系统,进行典型案例测试,对比全电磁仿真结果,验证了多端口接口模型与接口实现方案的可行性及有效性。     

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。     

混合仿真电流源等值误差机理分析及改进

传统的机电-电磁暂态仿真中电磁侧在机电侧的等值方式主要有电流源、诺顿等值电路和功率源等。分析了电磁侧在机电侧电流源等效的误差产生机理,指出在电磁侧故障期间仅传递接口的电流幅值和相位难以满足机电侧的精确求解。结合接口的电压约束和功率约束,提出了一种区别于电流源的等值方式。该等值方式利用机电侧上一个步长的信息,将传统的电流源等值直接参与机电网络求解的方式改为迭代求解,从而改善了电流源等值方式,在故障期间由于不能保证接口功率传递,而带来的计算不准确问题。在PSCAD/EMTDC环境中,搭建了基于PSCAD+C架构的含有两回直流输电线路的,IEEE 39节点系统机电-电磁暂态混合仿真平台。仿真结果表明,所提出的电流源改进等值方式可以显著改善故障期间机电侧的仿真精度。     

机电-电磁暂态混合仿真复合非对称故障计算方法

为了提高机电-电磁暂态混合仿真对机电侧非对称故障的处理能力,进一步提升混合仿真对各类工况的适应性,本文提出了一种同时考虑机电侧非对称故障和电磁侧非对称故障的计算方法。首先提出了一种机电侧发生非对称故障后的机电侧故障仿真方法,该方法根据非对称故障的类型获取故障电路导纳矩阵,继而通过修改与故障节点相关的导纳元素,将故障电路导纳矩阵的叠加到原导纳矩阵中获得故障后的导纳矩阵,并通过求解网络方程获得故障后的网络解。然后根据线性电路叠加定理,提出了接口节点戴维南等值电势的计算方法。为减少电磁侧的建模量,采用接口正序等值导纳进行戴维南电势向诺顿等值电流的转化。最后结合含有一回直流线路的IEEE39节点系统的基于PSCAD+C架构的机电-电磁暂态混合仿真平台,验证了所提方法的精度和有效性。     

基于ADPSS的高压直流输电系统机电暂态-电磁暂态混合仿真研究

为了准确分析高压直流输电系统的动态特性,针对±500 kV江城（湖北江陵-广东鹅城）高压直流输电实例工程,给出一种基于全数字实时仿真装置（ADPSS）的机电暂态-电磁暂态混合建模方法。利用电路等值转换理论分析了机电-电磁混合仿真的计算机理,进而阐述了机电模型及电磁模型的建模方法。利用所构建的直流工程混合模型,开展了整流侧与逆变侧的交流系统分别发生接地故障的模拟仿真,并与采用交流电网化简处理的常见直流系统纯电磁建模仿真进行了比较分析。仿真结果表明,基于ADPSS的高压直流输电系统机电-电磁混合仿真建模方法是有效的,其相比纯电磁模型能更精确地反映直流系统的动态运行特性,从而增强仿真模型的准确度。     

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。     

考虑衰减直流分量的dq-120改进算法及其在混合仿真中的应用

该文分析了故障电流含有衰减直流分量时传统dq-120算法的误差形成机理及表现形式。在此基础上,结合Prony算法提出了一种dq-120改进算法,该算法基于故障电流中含有直流分量的假设条件,对故障电流的dq-120计算结果进行模型降阶,简化了传统Prony算法的计算量并提升了dq-120算法对直流分量的免疫水平。借助PSCAD/EMTDC仿真软件,搭建了含有一回直流线路的IEEE 39节点系统机电-电磁暂态混合仿真模型。仿真结果表明,与传统的dq-120算法相比,改进算法明显提高了故障期间相量提取精度,从而有效提升了机电-电磁暂态混合仿真故障期间的仿真精度以及整个仿真过程的仿真精度。     

电磁–机电暂态混合仿真中机电侧故障的仿真方法

基于频率相关网络等值(frequency dependent networkequivalent,FDNE)的电磁–机电暂态解耦混合仿真系统一般不能处理机电暂态侧网络的故障。首先提出一种伴随仿真方法来初始化多个FDNE的状态,以实现FDNE的平稳切换。另外,通过大量仿真研究提出一种临界电气距离指标,用于快速鉴别机电暂态侧故障时是否需要在仿真中修改FDNE。最后,提出一种基于上述临界电气距离指标的FDNE切换策略以减小总体计算量。仿真结果表明基于临界电气距离指标的FDNE切换策略能够保证混合仿真的精度和效率。     

面向家庭直流微电网的多端口变换器研究

为减少家庭直流微电网中变换器的数量,本文提出了一种新型多端口直流变换器及其控制策略。该变换器具备4个端口,原边通过将双向Buck/Boost电路和移相全桥变换器的两个桥臂开关管进行复用而得到两个输入端口,副边与同步Buck变换器相结合构成高、低压两个输出端口,并通过选择和比较各端口的控制量实现多端口变换器控制策略的切换。该变换器能够实现多电压等级输入/输出及其端口电压的恒定控制、能量双向流动以及控制策略切换等功能,相较于其他多端口变换器,具有结构简单、功率密度高等优点。最后,本文通过Matlab/Simunlink软件搭建仿真模型,并进行详细的实验分析,结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

基于电力电子变压器的中压直流互联配电网协调控制方法

多端口电力电子变压器(PET)作为柔性互联配电网关键装备,其端口解耦控制与区域协调控制是保证跨区域互联系统安全稳定运行的关键技术之一.文中以基于隔离型模块化多电平变换器(I-M2C)的多端口PET作为关键装备提出一种依靠中压直流(MVDC)馈线互联的柔性配电网架构.首先,分析基于MVDC馈线跨区域互联配电网方案的技术特点,建立基于双调制自由度的I-M2C型PET端口数学模型.然后,根据端口数学模型及不同稳态运行模式需求提出各端口基于双调制自由度的解耦控制方法.同时,介绍了跨区域互联模式下区域间主从控制策略,总结了柔性配电网在各工况下的运行模式.最后,通过MATLAB/Simulink搭建了10 kV仿真系统模型,验证了MVDC互联的柔性配电网协调控制策略的有效性与可行性.     

基于模块化多电平换流器的多端口谐振型电力电子变压器

适用于直流配电网的电力电子变压器(PET)需要中压直流端口,而现有基于模块化多电平换流器(MMC)结构的PET拓扑可同时提供中压交流、中压直流、低压直流和低压交流端口,但这类PET需要四级电能变换,使得电路结构复杂,体积和重量较大。文中提出了一种适用于直流配电网的多端口MMC谐振型PET拓扑。该拓扑采用混频调制策略,同时在MMC桥臂支路中并联一组LC谐振支路、中频变压器和全桥电路实现中压直流和低压直流端口的功率解耦输出。该PET拓扑仅使用三级电能变换即可提供所需的多端口特性,具有电路结构简单、体积重量较小等优势。针对该PET拓扑,提供了等效电路分析、控制策略和参数设计方法。最后,通过仿真和实验结果验证了该PET拓扑的可行性。     

高压大容量直流变压器模块化离散解耦等效建模方法

高压大容量直流变压器是直流电网的重要设备,在可再生能源汇集与直流系统互联等能量变换环节中具有关键作用。为了在降低建模复杂度的同时保留详细模型的所有电气特性,文中提出了一种模块化离散解耦等效建模方法,以实现高压大容量直流变压器的快速电磁暂态仿真分析。该方法通过引入受控源传递二次信息以实现直流变压器子模块外部端口与内部端口的离散解耦,从而将系统中的高维度节点导纳矩阵转换为多个低维度的子系统进行同时求解以实现仿真提速。所提出的等效模型不仅建模方法简单且保留了详细模型所有电气特性,同时可以准确地仿真直流变压器系统的暂态、稳态特性及一些特殊的运行工况,包括:预充电、直流短路故障及传输功率反转等,并显著地缩短了仿真时间、提高了仿真效率。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真分析验证了所提出的建模方法的正确性与有效性。     

变压器直流扰动下励磁谐波与铁心饱和失稳研究

变压器遭受直流入侵时铁心励磁饱和程度加深,励磁电流发生畸变,谐波含量显著升高。针对该问题研究变压器励磁谐波与铁心饱和特性,并提出一种变压器直流扰动下铁心饱和失稳判据。基于电磁耦合原理构建交直流混杂模式下的变压器状态方程,利用端口电气信息研究励磁电流辨识方法,对励磁电流进行谐波分析并总结其变化规律,通过分析变压器直流扰动铁心饱和机理,研究铁心饱和失稳判别方法。通过仿真计算与动模实验深入分析变压器的电磁特性,并验证该方法的有效性。该研究为变压器直流扰动下铁心饱和失稳判别提供可行方法。     

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。     

基于扩展状态平均法的隔离型多端口移相全桥双向直流变换器建模研究

建立了一种用于混合储能系统的隔离型多端口双向直流变换器的数学模型。通过星-网变换建立了移相控制下直流变换器多端口网型等效电路,通过扩展状态平均法建立了N端口变换器在电感电流连续时的状态平均模型和小信号模型,并分析了各端口之间传输的功率。仿真比较了不同端口数下变换器的模型输出和拓扑输出,并以三端口变换器为例,分析了移相比扰动下的模型和拓扑电路的动态响应。结果表明,提出的多端口直流变换器的数学模型能够准确反映移相控制下多端口变换器的稳态性能和动态性能,且对于不同端口数量的直流变换器具有普遍适用性。     

含分层接入特高压直流的交直流混联电网机电— 电磁暂态混合仿真研究

特高压直流分层接入系统在提升受端电网电压支撑的同时也带来了不同层间系统耦合关系复杂等问题。为准确研究特高压分层接入后交直流混联系统运行特性,结合±800 kV雅中—江西分层接入特高压直流输电工程,基于ADPSS搭建含特高压分层直流输电系统的交直流电网混合仿真模型。首先通过仿真对比验证了纯电磁暂态模型的正确性。然后对比分析关断角独立控制指令阶跃响应下混合仿真模型和纯电磁暂态模型的仿真结果,验证了混合仿真模型的准确性和优越性。最后与机电暂态模型进行故障仿真对比。仿真分析表明,混合仿真能够准确反映特高压直流分层接入后混联系统动态特性,提供很好的仿真模型基础。