电力系统机电暂态和电磁暂态数字混合仿真研究

机电暂态与电磁暂态混合仿真避免了机电暂态仿真对电力电子器件及其控制保护模型只能粗略模拟的不足,克服了电磁暂态仿真规模过小和仿真效率低的缺点,是解决交直流大电网仿真计算难题的重要技术方案。混合仿真的重点是机电暂态和电磁暂态的接口设计,在对比两类仿真差异性的基础上,就接口位置的选择、等值电路的形成和接口交互时序等方面内容进行了总结评述。指出当前接口技术基本框架已经成型,研究难点在于等值电路类型及其参数的快速求取,最后对混合仿真的发展做了简要展望。     

电磁-机电暂态混合仿真接口交互信息限制性分析

电磁-机电混合仿真可同时实现对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,本文首先分析了混合仿真分割求解的信息量交互基本需求,分别从电磁侧与机电侧两个方面比较了各自边界条件的限制性,并就电磁侧电流源等值形式与功率源等值形式进行了适用性分析。最后,通过基于PSCAD+C的混合仿真平台验证了上述相应分析结论。     

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。     

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。     

考虑不对称故障的机电暂态–电磁暂态混合仿真方法

提出一套机电暂态–电磁暂态混合仿真方案,包括接口母线的选取方法、机电暂态子系统对电磁暂态子系统的等效、等值电路正序和负序参数不相等情况的处理(基波负序补偿法),并采用最小二乘法求取3序基波电流来反映电磁暂态系统仿真结果对机电暂态网络的影响。仿真计算结果证明了该套仿真方案的有效性和可行性,解决了机电暂态网络发生各种对称和不对称故障复杂情况下局部电路的详细电磁暂态仿真问题,并通过了大型电网仿真的检验。     

适用于混合仿真的戴维南等值阻抗改进求取算法

由于基于机电暂态数据获得的机电侧系统戴维南等值阻抗参数难以体现接口发生故障后机电侧系统的电磁暂态特性,文中提出了一种基于电磁暂态短路仿真的机电-电磁暂态混合仿真机电侧戴维南等值阻抗改进求取算法。该算法是基于一种不受各次谐波影响的系统时间常数求取方法,通过全电磁暂态模型的接口位置设置2次不同接地电阻的三相短路故障,联立时间常数方程计算得到机电侧系统的等值阻抗信息。与传统的基于机电暂态模型通过单位电流注入法计算出的等值阻抗相比,文中方法计算出的等值阻抗能够更准确地体现接口发生接地故障后机电侧系统的电磁暂态特性,从而提升了机电-电磁暂态混合仿真故障期间和故障后的仿真精度。     

电磁–机电暂态混合仿真中的频率相关网络等值

频率相关网络等值(frequency dependent networkequivalent,FDNE)不仅可以表示网络的基频响应特性,而且还可以表示网络的高频响应特性,从而能够应对电磁暂态、机电暂态混合仿真中的接口波形畸变问题。基于简化元件模型介绍FDNE的频率特性采样值的求取方法;应用矢量拟合法将上述频率特性采样值整体拟合成一个FDNE,并采用摄动法保证了此FDNE的无源性。最后,用多个算例说明基于FDNE的电磁–机电暂态混合仿真方法的精度及其优势。     

基于PSS/E和PSCAD/EMTDC联合仿真的交直流系统混合仿真研究

机电—电磁联合仿真技术兼顾机电暂态仿真和电磁暂态仿真二者优点,可应用于交直流输电系统仿真研究中,基于PSS/E与PSCAD/EMTDC联合仿真技术,对南方电网进行直流系统电磁暂态建模及交流系统机电暂态建模,并进行实例仿真研究,通过不同仿真工具的仿真曲线对比分析,说明机电—电磁混合仿真技术的优越性。研究结果表明,机电—电磁混合仿真与机电暂态仿真整体上系统响应趋势近似,在故障期间及故障恢复初期直流响应特性上还存在一定的差异性,机电—电磁联合仿真技术能更精确地体现多次换相失败及换相失败后直流系统恢复的过程,对交直流输电系统仿真研究具有较强的适用性。     

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。     

电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真接口算法

传统的机电暂态或电磁暂态程序在分析日益复杂的大规模电力系统时,已开始显露出各自的局限性.将两者联合起来进行混合仿真,可以较好地解决仿真的规模、速度和精度的协调问题,这为研究电力系统的稳定性和动态特性提供了新的解决思路.文中系统研究了混合仿真中的接口算法,对机电侧和电磁侧的等值参数求取、等值电路形式及变换、电磁侧的基波等值复阻抗求解方法、机电侧正负序阻抗不等引起的不对称、电磁侧离散序列的基波提取等问题进行了深入分析,并且给出了具体的实现方案,为混合仿真平台的程序设计提供了坚实的理论依据.     

基于RTDS/CBuilder的电磁–机电暂态混合实时仿真方法

提出了基于实时数字仿真器(real time digital simulator, RTDS)的电磁–机电暂态混合实时仿真方法。在RTDS/CBuilder环境下,采用多线程和双链表稀疏矩阵技术开发了实时机电暂态仿真程序。提出了电磁和机电侧接口等值电路模型,并将RTDS电磁模型与实时机电暂态程序进行了连接,建立了混合实时仿真平台。该平台可以在详细分析含直流输电局部电网的同时,又能较准确地考虑交流系统对暂态稳定的影响。仿真算例证明了所提混合实时仿真方法的正确性。     

基于ADPSS的德宝直流电磁-机电暂态混合仿真 宿国良,王渝红,戴寒光,丁理杰,李兴源

针对机电暂态程序仿真无法详细体现故障期间的暂态过程以及电磁暂态程序仿真对交流系统反映不足的问题,分析研究电磁暂态子网和机电暂态子网数据交互的电磁-机电暂态混合仿真。详细介绍了电磁-机电暂态混合仿真软件ADPSS以及基于ADPSS的电磁-机电暂态混合仿真原理和流程。对±500 k V德宝直流实际算例分别进行了电磁暂态仿真、机电暂态仿真和电磁-机电暂态混合仿真,对比分析仿真结果,表明电磁-机电暂态混合仿真可以对较大规模电网的局部电磁暂态过程和交流系统响应进行有效分析,其仿真速度快,结果准确可靠。     

电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真的研究（2）——接口实现

作者在关于电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真研究的系列报告之一中曾提出了一种混合仿真的接口方法。在该混合仿真研究的系列报告之二中,作者主要针对电磁暂态机电暂态仿真接口实现过程中由于机电暂态网络正、负序阻抗不相等引起的机电暂态网络等值导纳矩阵不对称的问题, 提出了“节点分裂接口算法”,并提出了一种戴维南等值简化法,用于快速计算节点分裂法需要的相关变量。     

采用频率相关网络等值的RTDS-TSA异构混合仿真平台开发

大规模交直流混联电网的仿真,既需要考虑直流部分仿真的精细性,也要兼顾整体的仿真效率。因此文中将实时数字仿真器(RTDS)和机电暂态稳定分析(TSA)程序结合在一起提出一种异构的RTDS-TSA实时混合仿真平台。该平台采用GTFPGA板卡作为两者间高速数字化通信接口,同时实现了频率相关网络等值(FDNE)以提高仿真精度。通过一个由新英格兰39节点系统更改而来的含直流线路的测试系统,验证了所开发平台的正确性。     

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。     

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。