电压源换流器闭环控制的实时联合仿真

为解决电压源换流器闭环控制实时仿真中计算效率和仿真精度难以兼顾、计算量大的问题,提出了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、个人计算机(PC)架构的电力电子实时联合仿真方案。该方案为电力电子系统提供了一个多速率仿真平台。在该平台上,采用连续–离散模型分离法分割电压源换流器模型以及提取参数,采用开关函数法与状态空间法设计浮点型解算器,运用系统快速成型法快速建立仿真系统模型。对三相两电平逆变器闭环控制系统算例进行实时多速率仿真测试,FPGA以500 ns的仿真步长实现逆变器的高速解算,DSP以2μs的步长实现控制部分的低速仿真。结果表明:实时联合仿真比多速率离线仿真提速233倍,比单速率离线仿真提速991倍,且范式误差仅为1%,显著提高了仿真准确度与计算效率;且系统快速成型法采用自动代码生成技术,明显缩短了开发周期。     

基于FPGA-CPU的双馈风电系统异步协同仿真

为实现双馈风电系统的并网及暂态实时仿真，研究了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)与CPU协同仿真的多速率并行实时仿真方法。使用开关函数法对双馈风电系统中“背靠背”换流器建模并进行资源优化，基于PWM均值化原理完成不同步长系统之间的模型分割。利用FPGA运行速率高的优点，以200 ns的步长实现了“背靠背”换流器的小步长仿真。面向有源配电网实时仿真的需求，实现了FPGA与自主研发的实时仿真机(universal real-time experimental platform, UREP)的200 ns/50 并行协同仿真。通过与Simulink离线仿真结果对比，同时分析模型优化前后的FPGA资源消耗情况，验证了协同仿真的实时性与准确性，可为各类风电系统的并网及暂态研究提供技术参考。     

基于FPGA的变流器并行多速率电磁暂态实时仿真方法

随着电力电子器件越来越多地融入现代电力系统,对微秒级步长实时化电磁暂态仿真的需求不断增加,通过现场可编程门阵列（FPGA）提高仿真系统的计算能力是实现变流器实时化仿真的重要途径。引入FPGA作为硬件加速设备优化仿真系统的实时性能,提出一种变流器多速率实时仿真方法。针对控制系统多速率解耦和并行计算时序产生的误差进行分析,采用结合拉格朗日插值的改进线性插值算法有效降低了控制系统解耦后多速率并行仿真时序下的延迟误差。仿真结果证明,所提出的仿真方法与无插值算法的并行计算相比精度更高。性能分析验证了基于该算法所建立的仿真平台相比于单独基于中央处理器（CPU）或FPGA实现的仿真平台,在实时性能和资源占用率方面具有一定优势。     

适应新型电力系统的高性能电磁暂态仿真技术及其应用

对于新型电力系统的有效全电磁暂态仿真而言,不仅要提升基础模型的精度和稳定性水平,更面临着万节点级大规模电网的仿真效率和不同时间尺度电力电子系统的计算精度两大挑战。结合所研发的高性能电磁暂态仿真平台,介绍了解决上述挑战的基本思路和实现效果。以同步发电机、传输线和电力电子器件为例,说明重点核心模型的技术突破。基于时域变换大步长电磁暂态算法和高效自动并行技术,实现宽时间尺度大电网高效全电磁仿真,达到数千节点级主网架的超实时仿真和数万节点级电网的高效仿真。利用多速率电磁暂态接口,实现交流大电网及不同时间尺度电力电子系统的空间多速率并行仿真。通过万节点级超大规模电网算例及实际省级和区域电网的故障录波对比,验证了所实现技术的高效率和准确性。     

基于RTDS和FPGA联合仿真平台的多速率实时仿真方法

为实现含分布式电源的电力系统实时仿真,研究了一种基于实时数字仿真器(RTDS)和现场可编程门阵列(FPGA)联合仿真平台的多速率实时仿真方法。采用局部延迟插入方法分解电力系统网络,并利用拟合法和外插法实施并行多速率接口电气量交互。为减小通信延时对仿真精度的影响,提出了一种FPGA数据发送适当早于RTDS数据发送的接口电气量异步交互方法。在RTDS和FPGA联合仿真平台上以50μs/1μs混合仿真步长实时仿真了一个含2个光伏发电的IEEE 5节点电力系统,并与PSCAD平台下的仿真数据进行对比,验证了所提联合仿真平台的可行性和实时仿真方法的准确性。     

基于RT-LAB的高频链直流变压器实时仿真研究

针对高频链直流变压器多模块特性与高频特性带来的仿真实现困难问题,提出了在RT-LAB仿真平台上实现其实时仿真的具体方法及理论分析。所提出的方法中,控制系统与主电路系统采用不同的仿真步长分别在CPU仿真器与FPGA仿真器中完成,能够在满足两者对仿真步长不同要求的基础上,实现实时仿真资源的充分利用。同时,对高频串联电感的分割原理进行了理论分析,以完成多个FPGA仿真模块的联合实时仿真运行,从而在根本上解决了高频链直流变压器由于多模块化与高频特性所带来的实时仿真矛盾。最后,利用上述理论与方法,完成了一个高频链直流变压器的实时仿真模型,并将其与Matlab离线仿真进行了对比实验。实时仿真实验结果证明了所提出的仿真方法和理论分析的正确性以及高频链直流变压器实时仿真的快速性与实用性。     

面向实时仿真的小步长开关误差分析和参数设置

以固态开关为主要元件的换流器实时仿真是实现VSC-HVDC 实时仿真的难点之一。目前电磁暂态仿真程序的理想开关模型因为计算效率的问题很难实现实时仿真。所以电感/电容(L/C)模型由于较高的计算效率而在实时仿真中被考虑采用。该文深入研究使用L/C模型的开关的准确性,证明了小步长算法的可行性。同时,考虑模型暂态误差产生的损耗,提出了完整的小步长模型的参数设置方法。所提出的模型建立在ADPSS上,并与PSACD上的理想模型进行了比较,验证了模型的准确性。     

基于RTDS的模块化多电平换流器闭锁状态仿真建模方法

模块化多电平换流器(MMC)因其模块化的结构特点在高压直流(HVDC)输电领域得到广泛应用。对于MMC闭锁状态的仿真涉及对二极管这种自然开断器件的仿真。由于实时数字仿真(RTDS)平台不能使用插值和变步长算法,在RTDS中仿真时会存在数值振荡和二极管开关动作延迟的问题,RTDS是通过小步长来实现误差降低。但CBuilder工具不具备小步长仿真能力,需采用接口变压器连接,其漏抗等参数会降低仿真精度。提出一种适于RTDS平台的MMC闭锁状态仿真方法,将桥臂电抗的积分方法改为能有效抑制数值振荡的后退欧拉法,同时采用双值电阻并联RC阻尼电路的模型对二极管进行等效。通过对模型的稳态误差、暂态误差以及二极管动作延迟造成的误差进行计算分析,提出模型的参数选择方法,提高了模型的计算精度和数值稳定性。     

一种基于多频段动态相量的LCC换流器电磁暂态建模方法研究

为了提高仿真速度,在大规模交直流电网仿真中通常忽略换流器内部电力电子开关动作细节,重点关注换流器外部特性,动态相量法和频率偏移法常用来对换流器外特性进行建模。动态相量法通对信号进行时变傅里叶频率分解和移频变换,降低信号频率,能够增大仿真步长,但由于存在谐波截断误差,导致模型精度较低。频率偏移法一般适用于窄带信号,用于宽频域仿真时,无法采用大步长提高仿真速度。为了解决仿真精度和速度的矛盾。基于此该文建立换相换流器(line-commuted converter,LCC)的多频段动态相量模型,实现提高精度和增大仿真步长的目的。首先引入能够反映交流系统不对称的换流器改进开关函数模型,在此基础上,以六脉动为例推导LCC多频段动态相量耦合模型。然后,根据LCC的运行特性对上述模型进行频段解耦,得到多频段解耦模型,使其可应用于多核CPU的并行仿真。最后通过算例,验证该文多频段LCC动态相量模型的有效性。     

基于FPGA的直流变压器实时仿真研究

随着高频电力电子开关器件技术的逐渐成熟,直流变压器的研究和应用得到了越来越多的关注。由于直流变压器的高频特性,现有的基于CPU的实时仿真技术,其计算步长一般是10 μs级别的,无法精确地实时反应直流变压器的高频特性。鉴于此,提出了采用FPGA技术来进行直流变压器的实时仿真,由于FPGA的并行计算特点,其计算步长可以达到纳秒级别,可以精确地反应直流变压器的高频特性。给出了直流变压器的拓扑结构,建立了相应的直流变压器FPGA模型,并设计了相应的控制算法。经过实时仿真研究,验证了基于FPGA的直流变压器实时仿真模型及所设计控制算法的可行性和有效性。     

微电网概率性最优的储能容量研究

针对可再生能源发电受外界环境影响较大、难以控制,接入微电网后对其安全运行带来很大挑战的问题,指出在微电网中接入储能装置可有效地解决此问题;研究了微电网孤岛运行时储能容量的确定方法,提出了一种概率性最优的储能容量确定方法：计算了微电网调度出力与负荷需求的功率差额,并根据其概率函数密度曲线确定储能系统的最大充放电功率;根据储能系统不同时刻其充、放电量累计值的概率函数密度曲线,求出其最优储能容量,使电网能实现经济效益最优和可再生能源利用率最大。采用该方法确定微电网储能容量,具有求解方法简捷、所需储能容量小的特点。     

220 kV变电站10 kV直供负荷的改善措施及其经济分析

为了协调220 kV与110 kV变电站布点关系,结合某省220 kV变电站三卷变压器10 kV低压侧直接向负荷供电（简称直供）的实际情况,对全省220 kV变电站进行统计分析,研究其直接供电的现状及运行中反映的问题,并有针对性地从技术和经济层面提出解决办法：对10 kV直供负荷供电时,将配电网规划和10 kV直供负荷相结合,优化配电网的结构,合理利用220 kV变电站的容量,由220 kV变电站向周边10 kV负荷系统直接供电,在确保供电可靠性的情况下,控制10 kV线路的送电距离。以上措施可挖掘现有电网的供电潜能,降低线路损耗,使电网布局更趋合理。     

智能变电站中高频开关电源技术应用

高频开关电源因其性能可靠、体积小、效率高等优点,已广泛应用于智能变电站直流系统中,为变电站安全、可靠运行提供保障。首先简单介绍了交直流一体化电源系统,然后分别对直流充电模块、通信电源模块、UPS电源模块作了详细分析,重点研究了高频开关电源的N+1冗余技术和均流技术。通过研究发现,这2种技术的应用提高了高频开关电源模块的可靠性。高频开关电源能够满足智能变电站对直流系统可靠性的要求。     

电解铝整流系统建模与稳流协调控制策略

介绍了大功率直流电解铝供电系统结构,建立了包括电解槽负载模型、饱和电抗器（ＳＲ）模型以及有载调压变压器（OLTC）的整流系统模型,提出了稳流协调控制策略：OLTC可对系列电流进行离散性的粗调,SR可在一定范围内实现对系列电流的连续性微调,两者结合能有效地解决机组投入与退出、阳极效应发生等大扰动下的稳流精确控制问题。基于电磁暂态分析软件包（ＥＭＴＤＣ）搭建了6机组整流系统,对网侧电压波动、负荷波动等工况进行了仿真分析,仿真结果表明：所提协调控制策略能保持直流系统处于最佳的运行状态,可实现电解铝生产过程中电流的平稳。     

基于先验方差的发电机惯量辨识数据质量评估

发电机惯量是电力系统频率特性分析与在线应用的重要参数。基于发电机正常运行时机端有功功率和频率的类噪声信号可对发电机惯量进行实时辨识。然而实测数据质量存在的缺陷,导致现有算法对实测数据辨识效果较差。为解决该问题,本文以谱分析与系统辨识理论为基础,通过参考系统估计、模型参数方差估计、惯量方差估计三个步骤,建立惯量辨识结果的先验方差统计量,在进行辨识前对类噪声数据段进行评价和筛选,提升了惯量辨识的准确度。基于仿真数据和实测数据的数据评估筛选结果验证了本文提出方法的有效性。结果表明,先验方差较小的数据段,惯量辨识的准确度较高。     

基于暂态相关性分析的小电流接地故障选线方法

小电流接地系统发生单相接地故障时,接地点产生的暂态故障电流包含了整个系统中全部的暂态故障电流特征量。非故障线路的三相暂态电流主要表现为对地电容电流,考虑到系统中存在的电感影响,健全线路中的两相电流差非常小,且波形与自身的暂态零序电流明显不相关,而故障线路的两相电流差与其暂态零序电流表现出明显的相关性。利用这一特征,首先对母线电压进行小波变换,通过三相近似系数比例AR检测配电网是否发生了单相接地故障,并找出故障相;然后,运用相关性分析比较各条线路的两相电流差与零序电流的相关性,能够正确地选出故障线路,文章通过MATLAB/SIMULINK建模,验证了该方法的正确性。     

基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算

扩展卡尔曼滤波法(EKF)被认为是一种精度较高的电动汽车动力电池荷电状态(SOC)估算法,但是观测方程误差会对SOC估算结果带来影响。对EKF滤波过程进行改进,根据观测方程的误差对原EKF滤波过程增设动态卡尔曼增益修正系数,提出基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算法。仿真结果表明EKF法可以有效克服SOC初始值不准确所造成的估算误差,动态卡尔曼增益修正系数可以进一步减小由于观测方程误差造成的SOC估算误差,使估算误差保持在5%之内。     

多ARM协同架构的智能合并单元设计

为降低合并单元设备成本、增强其智能化和通用化特性,利用多ARM（高级精简指令集处理器）并行处理的优势来构建智能合并单元。采用灵活的模块化方式来进行总体架构的设计,通过光纤接口方式与其他智能电子设备建立基于快速以太网的双向通信,遵循IEC 61850通信标准进行采样值报文和GOOSE报文的高速网络化传输。结合数据处理和报文传输的要求,详细阐述了采样控制和开入开出控制等核心部分的软件处理流程。采样值及GOOSE传输等相关测试结果表明,该智能合并单元工作可靠而稳定,可满足智能变电站中合并单元在实时性强、可靠性高、通信流量大等方面的要求。     

East China Market in Dire Need of Three Major Breakthroughs

Since started as a pilot project of regional power marketin June, 2003, East China power market has been actively andsteadily progressing, and has promulgated in succession amarket establishing program, market operating rules andspecifications for the functions of technical support systems.The technical support systems have been built up by stagesincluding the master station system in East China region and     

12th International Conference on Electronic Measurement & Instruments(ICEMI'2015)

正Qingdao,China 7.16-19,2015 The International Conference on Electronic MeasurementInstruments(ICEMI)is the world's premier conference dedicated to the electronic measurement and test of devices,boards and systems that is covering the complete cycle from design,verification,test,diagnosis,failure analysis and process of manufactory and products