基于等效简化和GPU的高比例新能源电网快速仿真系统

随着新能源比例的不断提高,电力电子设备的毫秒级暂态控制与电网的秒级动态特征耦合程度不断加深,而当前的仿真系统在规模和速度方面无法适应复杂大规模电网的分析需求。为此,提出基于等效简化和GPU的高比例新能源电网快速仿真系统。基于控制模型和联结阻抗对大规模变流器设备进行聚合等效,在保证精度的前提下简化多变流器的仿真规模;对电网结构进行分区简化,便于并行计算以及降低运算复杂度;电网的仿真运算通过GPU并行计算完成,提高仿真系统的运行速度;通过聚合等效、分区简化和并行计算的相互结合,在保证仿真精度的前提下实现了高比例新能源电网的快速仿真,准确快速对高比例新能源电网的运行特性进行分析。最后通过运行实例验证了所提仿真系统具有较好的精度和运行效率。     

基于PSCAD的锁相环参数设计及仿真教学

锁相环原理及参数设计涉及到电路、数学和自动控制等学科,比较抽象,学生理解起来较困难。本文介绍了课堂理论教学与仿真演示、仿真实验操作及习题、检查实验报告和习题情况的仿真教学方法,以及基于理论分析归纳的参数设计原则,再在PSCAD/EMTDC暂态仿真软件中搭建锁相环模型,并进行仿真验证。教学实践表明,该仿真教学方法有助于学生更好地掌握锁相环工作原理及其参数设计方法,能有效提高教学质量。     

高压直流输电系统交流侧故障检测方法

交流系统故障是导致直流系统发生换相失败的重要原因之一。提高交流故障检测的快速性和准确性,可有效提升直流换流站的故障穿越及故障支撑能力。为此,将目前主流的高压直流输电系统交流故障快速检测方法进行了系统的分类,并通过仿真测试对比了各方法在不同采样频率下的检测效果;在此基础上,提出一种实用的高压直流输电系统交流侧故障检测方法。首先利用功率分量故障检测法判断故障的发生,然后应用周期采样点比较法对故障进行选相,再基于改进瞬时对称分量法进行电压序分量检测并合成出故障后的电压瞬时值,从而较快地判断故障发生相及换流母线电压跌落情况。最后,通过PSCAD仿真验证了所提判断故障发生方法、选相方法及严重程度判断方法的有效性。     

基于交流故障快速检测的高压直流换相失败抑制方法

交流侧故障是高压直流输电系统发生换相失败的主要原因。不对称故障时,换相电压的相位偏移会引起实际触发角偏移,当实际触发角大于指令值时,很可能导致换相裕度不足而引发换相失败。首先计算了交流单相短路接地故障下的最大换相电压相位偏移量,提出了基于交流故障快速检测的高压直流换相失败抑制方法。该方法可以快速检测单相故障发生相,计算出锁相环输出相位与偏移量最大的换相电压相位之间的差值,并取最大相位误差量对锁相环输出的同步相位进行修正。在PSCAD/EMTDC中利用CIGREHVDC标准测试模型测试,结果表明所提的方法在逆变侧弱系统及强系统中均能有效提高发生单相故障后的后续换相失败抵御能力。     

单相接地时高压直流换相电压相位偏移量特性

高压直流输电系统逆变侧不对称故障会造成换流阀换相电压相位发生偏移,进而引起换相失败的发生,严重影响了系统的稳定运行。为此,对不对称故障下的换相电压偏移量特性进行研究,基于电力系统暂态分析方法,对不对称故障下高压直流输电系统进行正负零序分解,推导出YNy0接线和YNd1接线换流变压器阀侧三相电压幅值、相位的计算公式,得到不对称故障下12脉动换流阀换相电压的最大偏移量,并对换流变网侧交流母线线电压幅值进行计算,通过MATLAB解析计算分析不同类型故障接地阻抗下,换流阀换相电压偏移量的变化特性。PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果证明了文中所分析换相电压偏移量影响特性的正确性。     

交流故障下高压直流系统的首次换相失败抑制策略

换相失败是高压直流输电系统的常见故障,其发生的主要原因是交流故障引起的电压幅值骤降和相位跳变。为抑制换相失败,直流控制系统采用关断角调节器将各换流阀的关断角保持在参考值,从而保证足够的换相裕度。然而,目前直流工程中常用的关断角调节器在暂态下响应速度较慢,且存在较大的控制误差,这使得逆变器在交流故障发生时仍然较容易发生换相失败。因此,提出一种快速应对交流故障的换相失败抑制策略。该方法根据换流母线处三相电压的零序分量以及αβ分量幅值计算交流故障下定关断角控制下应有的触发角指令,并将该触发角指令作为原定关断角控制器输出指令的上限值,从而对原控制系统触发角指令进行快速修正,增加交流故障下各换流阀的换相裕度。仿真结果表明,该方法能够有效降低交流故障下逆变器发生换相失败的概率。     

一种基于级联延迟信号消去锁相环的高压直流输电同步触发控制

现有同步触发控制在交流故障下无法精确产生触发脉冲,这将增大逆变器发生后续换相失败的风险。为此,该文通过建立小信号模型对同步触发控制系统进行详细分析,提出一种改进同步触发控制方法。该方法采用级联延迟信号消去锁相环快速跟踪换相电压相位,并根据交流故障快速检测改进触发方式,使得实际触发角快速准确地跟随触发角指令,有利于高压直流控制系统的精准调节。最后,利用CIGREHVDC标准测试模型对改进同步触发控制进行测试。仿真测试结果表明,该改进同步触发控制能够有效降低逆变器发生后续换相失败的概率,显著提升高压直流输电系统在故障后的恢复性能。     

交流故障下高压直流输电系统同步触发控制性能分析及改进

高压直流控制系统通过同步触发控制实现对换流器的控制作用。文中分别从同步和触发2个环节对2种具有代表意义的同步触发控制原理进行详细介绍,其中一种的特色是在同步环节采用环前滤波器进行谐波滤除和不平衡处理,触发环节为等间隔触发,以SIEMENS同步触发控制为代表;另外一种的特色是在触发环节含有辅助触发控制和触发角限制,同步环节无环前滤波器,以ABB同步触发控制为代表。然后,对2种同步触发控制在交流故障下的性能进行分析和对比,并将2种同步触发控制的特点进行结合,提出了改进型同步触发控制,建立了其小信号模型。最后,进行了阶跃响应仿真对比和交流故障测试,仿真测试结果验证了改进系统抑制后续换相失败的能力更强,同时验证了改进方向的正确性。