应用有向图分层的控制系统暂态仿真并行算法及其GPU实现

随着基于变流器的电气接口和交直流混联技术的广泛使用,电网电磁暂态仿真中需对大规模复杂控制系统进行建模。采用细粒度并行方法可加速控制系统计算,提升电网电磁暂态仿真整体效率。文中提出了一种控制系统细粒度并行仿真算法,加速了图形处理器(GPU)计算平台上大规模控制系统仿真。首先,为构造面向GPU的多线程细粒度并行计算,将控制系统建模为由大量基本控制元件构成的有向图。进一步,对控制系统有向图进行分层,生成控制元件求解顺序,以利用GPU的分组细粒度并行实现控制元件的分层计算。最后,结合GPU的三层并行结构,通过优化线程结构和配置共享内存,将计算线程映射到GPU中的计算资源,最大化控制系统仿真的并行度。对分布式电源接入IEEE 13节点系统的仿真结果对比表明,所提出算法在保证电网电磁暂态仿真正确性的同时,可显著提高GPU计算平台上大规模、复杂控制系统的仿真速度,在硬件资源充足时,不存在仿真规模限制。     

基于PLECS的孤岛微电网分层控制策略设计与仿真

随着新能源发电的不断发展,微电网的市场前景愈发广泛.微电网中的分布式微电源主体数量多、分布范围广,使用下垂控制能够精确分配不同微电源之间的输出功率.然而,通过下垂控制策略控制孤岛交流微电网,会导致母线电压和频率偏移.因此,设计了一种基于下垂控制改进的分层控制策略,以保证母线电压和频率不因下垂控制而偏移给定参考值.然后,...     

基于FPGA实时仿真的光储独立直流微电网协调控制策略

现场可编程门阵列(field-programmable gate array, FPGA)具有数据并行度高、运行频率高等优点,可以满足电力系统微秒级步长的精细化仿真需求,在微电网实时仿真中展现出巨大潜力。为了深入研究光储微网中光伏和储能系统的动态特性,基于FPGA设计了光储独立低压直流微电网实时仿真系统。首先搭建了低压直流微电网实时仿真框架,设计了一系列电气系统典型模块。其次考虑到实时仿真的不同动态需求,搭建了涵盖多种控制策略的光储控制系统模型。然后在此基础上提出了基于直流母线信号(DC bus signaling, DBS)的分层协调控制策略,通过协调光储变换器的控制策略平衡系统能量流动。最后将FPGA实时仿真结果和Simulink软件作对比,一方面验证了FPGA实时仿真器的精确性和可靠性,另一方面也验证了分层协调控制策略可平滑切换工作层区,自主平衡系统功率流动,有效维持直流母线电压稳定。     

基于实时数字仿真的微电网数模混合仿真实验平台

研究了基于RTDS的微电网运行和综合监控系统数模混合仿真实验平台,主要包括RTDS实时数字仿真系统、分布式电源控制系统和微电网运行与综合监控系统(EMS/SCADA)三部分。RTDS实时数字仿真系统对微电网中的网络结构、各分布式电源和负荷的主回路电气部分和相应控制系统进行实时数字仿真模拟,并通过相应模拟量和数字量的输入输出接口与外部分布式电源控制系统和微电网综合监控系统进行实时数据交互,实现软件和硬件结合的闭环仿真。最后基于该方法,搭建了针对风柴储独立微电网系统的数模混合仿真实验平台,可对微电网协调控制策略和能量管理策略等关键技术进行有效验证。     

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。     

风储海水淡化孤立微电网运行与控制实时仿真试验研究

建立风储海水淡化孤立微电网对于海岛地区可再生能源的利用、淡水资源的供给都具有重要意义。搭建基于PXI和PC的实时仿真平台,对风储海水淡化孤立微电网运行与控制进行了实时仿真试验研究。介绍了实时仿真平台的搭建、各部分数字仿真模型的建立并详细阐述了孤立微电网协调控制方案。该协调控制方案利用海水淡化负荷的可控性,协调控制超级电容、锂电池储能,维持孤立微电网的功率平衡与稳定。最后,通过实时仿真实验验证了所提出的协调控制方案的可行性。     

电力系统电磁暂态实时仿真中并行算法的研究

该文从软件开发的角度出发,提出了一种解决电磁暂态实时仿真问题的分网并行算法.算法中采用"节点分裂"进行网络分割,采用子网内部节点电压方程与子网之间边界点电压相等的关系联合求解网络,并结合长输电线解耦法,在电科院开发的实时仿真器ADPSS中实现了电磁暂态分网并行计算,使网络中任意点都可以作为边界点进行网络分割.该算法不但能保持长输电线解耦法并行计算的较高并行效率,还能提高分网并行的灵活性.实际系统的计算结果表明:文中所提出的网络并行算法是正确和有效的;节点分裂法即可用于交直流电力系统实时仿真分网并行计算,以实现交直流系统实时仿真.也可应用于电力系统电磁暂态仿真与机电暂态仿真接口计算中,实现电力系统电磁暂态仿真与机电暂态仿真的混合仿真.     

异地多端电力系统实时闭环仿真测试系统

介绍一种由位于异地的多个仿真子系统构成的电力系统实时仿真测试系统,该系统采用电磁暂态建模方法,通过基于全球定位系统（GPS）的同步计算技术,实现了精确的异地同步仿真计算。介绍了仿真系统的硬件、软件和实时仿真的计算过程,仿真系统在实时仿真测试过程中通过通信交换异地保护动作信息,修正仿真网络拓扑,实现严格的闭环仿真测试。该系统适用于对变电站的成套线路主保护等装置进行实时闭环测试。     

微电网分布式电源的分层控制策略研究

研究了分布式电源接入对微电网的影响,提出了微电网分布式电源的分层控制方法,实现了对微电网电压与功率的控制.根据微电网可以孤岛和并网运行的特性,采用两层控制方法.初级控制采用改进下垂控制方法,给出了基于电压外环、电流内环和功率环等的反馈控制器.二级控制通过初级控制信号重新控制逆变器的输出电压幅值和频率,使之重新达到平衡,能够实现系统运行的稳定.通过Matlab/simulink仿真,分析了微电网运行中各分布式电源的功率、电压和频率的变化规律,结果表明了微电网中分布式电源分层控制策略的有效性.     

基于RTDS的微电网协调控制器仿真测试研究

微电网是能源互联网的重要环节,而协调控制器作为微电网的大脑,承担着控制指挥的枢纽作用.为验证微电网协调控制器的性能,首先,介绍了微电网电气部分的典型要素和组网方案;其次,基于实时数字仿真系统实时仿真平台搭建了包含各要素的微电网电气仿真系统;然后,设计了协调控制器与实时数字仿真系统之间的实时通信交互组网方案,构成闭环测试系统;最后,依托于该闭环测试系统,对微电网协调控制器的一键式启停、一次调频、后备电源等功能进行了仿真测试,仿真结果验证了协调控制器的各项功能,能够为后续协调控制器在工程现场的调试与应用提供坚实的保障.     

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。     

基于多组件并行架构的电力CPS实时联合仿真平台

融合传统电力系统与先进信息技术形成的电力信息物理系统(CPS),其物理侧电力系统与信息侧通信网络的耦合程度不断加深,网络故障与恶意攻击等通信问题导致的电力系统故障愈发严重,传统仿真手段不再适用于模拟和分析此类场景.分析了电力CPS仿真技术的研究现状,在主流实时仿真工具的基础上设计了嵌入式控制组件与渗透测试组件,基于多组...     

逆变器多层控制无线并联技术

研究逆变器无互联线冗余并联系统,针对传统无互联线下垂控制的不足,借鉴电力系统中应用于功率调度的分层控制方法,提出多层控制方法。第1层为改进的PQ下垂算法,对系统的频率及初始相位同时进行调节,以兼顾提高系统的动态和稳态性能;第2层控制检测系统交流母线电压的频率及幅值,以补偿下垂控制损害的负载调整率;第3层控制检测交流母线电压相位,实施直接同步调节,减小投入并联瞬间的冲击并避免动态相位失步。详细分析控制原理及各层控制之间的关系协调,并给出采用常规数字信号处理器的实现方法。由2台三相逆变器组成的并联系统的实验结果表明,多层控制无线并联方法实现了逆变器并联系统运行的稳定性和可靠性,具有好的动态和稳态性能。     

变流机组在船舶电力实时仿真系统中的实现

在交直流混合供电的船舶电力系统中，通常使用变流机组来实现交、直流电的转换。变流机组结构特殊、控制复杂，是系统实时仿真的难点之一。根据变流机组在船舶电力系统的运行特点和要求，详细给出在电力实时仿真系统中的实现方法和注意问题。实际运行表明，该模型比较准确地仿真了实际系统的运行特性。     

变流机组在船舶电力实时仿真系统中的实现

在交直流混合供电的船舶电力系统中,通常使用变流机组来实现交、直流电的转换。变流机组结构特殊、控制复杂,是系统实时仿真的难点之一。根据变流机组在船舶电力系统的运行特点和要求,详细给出在电力实时仿真系统中的实现方法和注意问题。实际运行表明,该模型比较准确地仿真了实际系统的运行特性。     

自治直流微电网分层控制策略

分布式控制策略由于可以与系统的监测体系相结合,有效解决了传统下垂控制方法所带来的电压跌落等问题。鉴于已有分布式控制策略在电压跌落补偿以及储能系统管理等方面的不足,该文采用新的分层控制策略来实现孤立直流微电网的可靠运行。该策略分为2层,第1层控制是就地控制,采用本地母线电压信号作为电力平衡指标来划分系统的运行模式;第2层控制是依靠通信的系统级控制,采用低带宽通信技术来实现母线电压的实时调节,并且根据蓄电池荷电状态(stage of charge,SOC)调节下垂控制参数以达到SOC均衡化的目的。通过MATLAB/simulink搭建了光储直流微电网模型,仿真结果验证了第1层控制可以不依靠通信连接来实现系统可靠运行,加入依靠通信的第2层控制后,能有效解决传统下垂控制所带来的电压跌落问题,并实现蓄电池SOC的均衡化。     

电力系统机—网暂态仿真的并行算法

本文提出了基于电网结构的二维拓扑并行模型和微分方程组的并行预测－校正算法，并用此算法在四ＣＰＵ Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ并行机系统上实现了单机－无穷大母线系统机－网暂态的仿真。文章对计算复杂性进行了分析，且对其并行性进行了评估，本文算法移植到高速、大规模的并行计算机系统上即可实现机－网暂态实时仿真。     

特高压交/直流电网仿真技术研究

电力系统的规模日趋扩大,复杂程度不断增加,迫切需要建立与特高压电网发展形势相适应的特高压电网仿真系统。首先分析了各种仿真系统的特点及其适用范围,然后结合我国特高压电网研究对仿真系统的要求,讨论了可用来对大规模交/直流电网的机电暂态与电磁暂态现象进行实时仿真的全数字实时仿真系统与数模混合仿真系统的原理、功能、特点、发展现状及适用范围,指出了其现存的局限性,提出了改进与完善的思路。     

日内及实时发电计划的递进协调方法

为了提高日内及实时发电计划的实用化水平,文中设计了日内发电计划、实时发电计划及自动发电控制(AGC)的递进协调方法,提出了日内及实时发电计划两阶段多组合的优化策略;采用预先故障排除技术,建立了数据源质量分析和告警逻辑,整体提高了发电计划实时平衡自动化的灵活性、安全性以及系统稳定性。通过实际运行应用说明,该系统可实现负荷偏差的自动优化分配,有效减少了调度人员的人工干预,提高了工作效率,提升了电网运行的安全性和经济性。