大规模交直流系统电磁暂态仿真关键技术

为了准确模拟交直流系统的交互影响特性,有必要采用电磁暂态仿真分析方法。提出了一种将机电暂态仿真模型数据快速转换成对应的电磁暂态模型数据的方法。先在PSS/E中对大规模交直流系统进行等值简化,再将PSS/E中简化后的系统通过编程方法快速转换为PSCAD/EMTDC中电磁暂态仿真模型,最终在PSCAD/EMTDC中搭建出详细的交直流系统电磁暂态模型。运用所提方法对一个实际电网进行稳态验证和三相对称交流故障下的暂态仿真计算,验证结果表明,通过所提方法转换得到的PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果与PSS/E机电暂态仿真结果一致,证明利用所提方法搭建的电磁暂态仿真模型是有效的。     

基于PSCAD/EMTDC的大规模交直流系统快速建模及有效性分析

为提高大规模交直流系统PSCAD/EMTDC仿真模型建立的效率,基于PSS/E数据文件,提出了一套系统快速建模的程序化流程。给出了PSS/E和PSCAD/EMTDC之间关键元件的模型对应关系,并描述了快速建模的详细过程:先提取元件连接、元件参数等信息,通过区域判据和电压分层实现网络模块化,再结合坐标变换完成整个网络在各子模块下的布局、元件模型的建立及各参数的设定,最后,通过自动布线生成PSCAD/EMTDC仿真模型。仿真结果表明,在稳态、直流闭锁和交流对称故障下,转换前后的系统稳态和暂态特性相一致,该结果验证了快速建模方法的有效性;在交流不对称故障下,模型转换前后的机电暂态与电磁暂态特性不一致,这表明了机电暂态仿真程序的局限性和电磁暂态仿真程序的必要性。     

图论在BPA模型向PSCAD模型自动转换中的应用

机电暂态仿真工具 BPA 在我国得到了广泛应用,对同一网络通过 PSCAD/EMTDC 仿真时,通常根据 BPA 模型数据文件的网络拓扑结构及元件参数在 PSCAD/EMTDC 中手动重新建模,该方式费时、费力且容易出错.为此,基于图论的关联矩阵、深度优先搜索等理论,先根据 BPA 网络数据重新生成网络树,计算网络节点坐标,确定网络元件模型结构及参数,完成 BPA 的电网系统数据向 PSCAD/EMTDC的模型转换,自动转换后的系统网络具有与原系统相同的网络拓扑结构及等效的元件参数,提高了在 PSCAD/EMTDC 中进行电网建模的效率及精度     

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。     

BPA向PSCAD模型转换的研究

电力系统电磁暂态仿真是测试继电保护装置性能的重要手段,也是分析交直流混合输电系统可靠性的重要方法.目前国内对电网动态仿真大都是对机电暂态过程的仿真,故电网数据也按照机电暂态仿真软件数据格式存储,从而造成了电磁暂态仿真数据的匮乏.在详细分析了机电暂态仿真软件BPA与电磁暂态仿真软件PSCAD差别的基础上,介绍了一种BPA向PSCAD的自动模型转换的实现方法,为电力系统电磁暂态仿真提供可靠的数据支撑,并且通过算例在2种软件下的电气拓扑结构和动态特性的比较,验证该转换方法的有效性和准确性.     

基于机电暂态-电磁暂态混合仿真的电网合环分析计算系统

为了提高电网的安全运行,开发了基于机电暂态-电磁暂态混合仿真原理的电网合环分析计算系统。利用机电-电磁混合仿真原理,提出了基于最大级数搜索算法的电磁网络自动划分方法,实现了机电暂态模型自动转换为电磁暂态模型的功能,并完成了地理图与厂站图相关联的功能,方便用户操作的同时提高了合环计算结果的准确性。利用开关统计功能,可以得到系统不同时刻的合环情况。通过对新疆喀什地区电网的合环仿真计算,其结果表明该系统能够提高合环操作的准确性,为合环操作提供了重要依据。     

MMC电磁暂态快速仿真模型

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)中大量的开关器件给电磁暂态仿真程序(如PSCAD/EMTDC)带来巨大的计算量,使得仿真速度极其缓慢,给仿真研究以及工程设计带来极大的不便。通过进一步推导电容、电感Dommel电磁暂态数值计算方法,得到了电容、电感等值计算中的历史电流源递推公式,使得历史电流源的计算过程中不必再进行支路电流的中间计算,加快了计算速度。基于此历史电流源递推公式建立了MMC电磁暂态快速仿真模型,并在PSCAD/EMTDC中搭建不同端数、不同电平数MMC-HVDC系统,验证了该快速模型的仿真精度和提速效果。     

电网换相换流器整体化电磁暂态仿真模型及算法

现有的电磁暂态仿真算法能够准确刻画基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的运行特性,但计算量较大。为了提高LCC-HVDC输电系统的仿真效率,对现有常用的电网换相换流器电磁暂态仿真模型进行了简化,提出电网换相换流器整体化电磁暂态仿真模型与求解算法。整体化模型包含换流变压器与换流阀,换流变压器采用简化模型,换流阀采用理想开关模型,能够对换流器的电气网络结构进行简化。该算法将换流器电气网络拓扑结构分割为主网络与副网络,首先对主网络求解,然后根据得到的结果对副网络求解,最后更新当前仿真步长各换流阀的电流和电压。在PSModel仿真软件中对整体化电磁暂态仿真模型及算法进行了编程实现,并与PSCAD/EMTDC仿真结果进行对比,验证了其高效性与准确性。     

并网光伏发电系统的通用性机电暂态模型及其与电磁暂态模型的对比分析

针对并网光伏发电系统电磁暂态模型复杂、计算速度慢的问题,提出了一种并网光伏发电系统的通用性机电暂态模型。该模型不包含电器元件及高频开关器件,由纯粹的数学计算完成,模型简单、计算速度快。在PSCAD/EMTDC中对该机电暂态模型进行了仿真,得到的结果与电磁暂态模型的仿真结果吻合,且仿真时间大大减少,从而验证了该机电暂态模型的正确性及有效性。该通用性机电暂态模型为大规模并网光伏电站的仿真建模等提供了模型参考,具有实用价值。     

用于大规模电磁暂态模型自动生成的拓扑分层识别方法

电力系统拓扑自动识别是实现大规模电力系统电磁暂态可视化仿真模型自动生成的重要基础。现有算法大多局限于单层拓扑描述,难以满足大规模电磁暂态模型自动生成对模型分层清晰布局、模块化建模的应用需求。针对该问题提出一种基于关联矩阵压缩和支路指针矢量更新的电力系统拓扑分层识别方法。该方法避免了大量的图搜索和逻辑运算,实现了基于大规模数据源的厂站节点搜索和"站间拓扑+站内拓扑"的自动分层识别,为后续站点自动布局和元件参数自动映射工作提供拓扑基础。对简化系统算例和西南电网实际大规模系统算例进行算法测试分析,验证了所提方法的正确性及适应性。算法可直接应用于省级或区域级复杂电力系统的拓扑分层识别及可视化模型自动生成工作。     

电力系统机电/电磁暂态仿真数据转换系统

针对目前电力系统机电暂态仿真与电磁暂态仿真各自相对独立的现状,从电力系统机电暂态/电磁暂态转换仿真的需求出发,提出并编程实现了一种基于PSS/E和EMTP软件的电力系统机电/电磁暂态仿真转换系统,该系统可以直接将机电暂态仿真数据转换为电磁暂态仿真数据,为机电暂态与电磁暂态两种原本相对独立的仿真搭起了桥梁。并以实际上海电网为例,结果表明该系统能准确地实现电力系统机电暂态仿真到电磁暂态仿真数据的成功转换。     

BPA向PSS/E的数据转换及暂态稳定比较研究

BPA和PSS/E均为机电暂态仿真软件,两者潮流数据和暂态模型具有较好的相似性,在对BPA和PSS/E两种仿真软件的暂稳态数学模型分析和比较的基础上,提出了BPA向PSS/E数据转换的详细方法,并通过某交直流系统进行仿真测试,对潮流计算结果和稳定计算结果进行了对比分析,仿真结果表明两者潮流基本一致,暂态仿真结果相似,暂稳态过程基本吻合,表明BPA数据可以准确的转换为PSS/E数据,实现数据共享.     

BPA与DIgSILENT动态模型的比较与数据转换

鉴于DIgSILENT中缺少大规模电力系统的暂态数据,难以进行暂态仿真分析,将BPA的暂态数据转换至DIgSILENT中是一种重要且有效的方法。详细比较了BPA和DIgSILENT两种商业软件中的机电暂态模型,实现发电机和负荷的模型匹配。利用Frame和Block的双层结构,在DIgSILENT中搭建了同步机控制系统框架和模型,实现同步机控制系统的模型匹配。利用DIgSILENT支持的Python语言编写暂态数据转换程序实现数据匹配。基于模型匹配和数据匹配实现大规模电力系统数据自动转换。IEEE 3机9节点系统和411机6 613节点华东电网系统的仿真计算结果验证了数据转换的准确性和实用性。     

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。     

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。     

直流机电暂态与电磁暂态模型在低频振荡分析中的比较

对交直流混合运行系统进行低频振荡分析时,直流系统通常采用机电暂态仿真模型。介绍了直流系统的机电暂态和电磁暂态两种仿真模型,在电力系统全数字仿真装置（ADPSS）平台上建立了EPRI36系统和某实际电网系统的机电暂态模型和机电-电磁暂态混合仿真模型,分别用于低频振荡分析。采用基于总体最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计（TLS-ESPRIT）算法,分析故障后的振荡功率信号。提取低频振荡主导振荡频率、阻尼比等信息进行模态分析,并对分别利用两种仿真模型进行仿真得到的低频振荡分析的结果进行比较。结果表明,直流线路分别采取两种仿真模型时,仿真结果较为吻合,低频振荡分析的结果基本相同,机电暂态模型具有较高的实用价值。     

电磁暂态软件PSCAD/EMTDC的应用现状与展望

PSCAD/EMTDC是一款优秀的电磁暂态仿真软件,以其图形化的操作界面、精确的元件模型、稳定的数值计算方法和方便的用户接口而拥有全球众多用户.介绍、分析了程序的执行过程,在此基础上,总结了PSCAD/EMTDC在电力系统中的应用现状,并对其在交直流互联电网中长期动态仿真和混合仿真中的应用前景进行展望.     

可仿真任意工况的MMC等值电磁暂态仿真模型与平均值模型

基于对MMC在启动以及直流故障期间桥臂电容电压动态过程的分析,提出了改进的MMC等值电磁暂态仿真模型,并根据桥臂总电容电压的动态特性提出了可仿真任意工况的MMC平均值模型。在PSCAD/EMTDC下搭建了21电平MMC的详细电磁暂态仿真模型、等值电磁暂态模型和平均值模型,通过启动、电流阶跃、交流故障和直流故障、环流抑制器投切仿真,验证了所提出的等值电磁暂态仿真模型和平均值模型可以分别在换流站级和电力系统级的研究上取代详细开关模型并提高仿真速度。     

模块化多电平换流器快速电磁暂态仿真模型

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电磁暂态仿真耗时过长的问题,提出了2种MMC快速仿真模型。通过分析MMC子模块原理,提出将MMC桥臂等效为自定义数值计算模块与受控电压源组合的数值计算详细模型;并在该模型的基础上设计了一种将独立子模块电磁暂态模型和一般子模块数值计算模型结合的混合模型仿真方法,弥补了数值计算模型难以模拟子模块电磁暂态过程的缺陷。为了进一步提高模型的仿真速度,通过简化MMC的电压均衡控制及子模块状态的差异性,建立了数值计算平均值模型。在PSCAD/EMTDC上搭建MMC-HVDC模型,对所提出的快速仿真模型及仿真方法的有效性进行了验证。     

基于分段平均化模型的微电网快速电磁暂态仿真方法

针对微电网的详细电磁暂态（EMT）仿真模型效率较低的问题,提出了一种基于分段平均化模型的微电网快速电磁暂态仿真方法,记作EMTPAM。该方法将分布式电源（DG）和分布式储能元件（DS）以分段平均化模型（PAM）来处理,并将PAM集成到微电网EMT仿真程序中。对带有两个光伏元件（PV）和一个电池储能系统（BESS）的微电网系统分别进行PSCAD/EMTDC和EMTPAM仿真,两者结果的一致性验证了所提方法的有效性;但后者的速度更快,表明所提的分段平均化模型具有更高的效率。