现代电力系统大功率数模混合实时仿真实现

数模混合实时仿真技术兼具数字仿真和物理模拟的优势,将成为未来电力系统仿真分析的有效手段。为了适应现代电力系统的发展需求,提出了通用型大功率数模混合实时仿真系统架构,采用基于理想变压器模型改进接口算法、基于电力电子变换器大功率物理侧接口和抗干扰信号交互系统,实现了400V/50kVA大功率数模混合实时仿真系统。同时,在所提出的数模混合实时仿真平台上开展了数模混合实时仿真实验,并与全数字仿真实验进行了对比,验证了系统的稳定性和准确性。     

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。     

基于可编程电源的数模动模混合仿真系统研究

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,提出一种基于可编程电源的数模动模混合仿真系统。利用动模实验室搭建动模仿真系统,并在RTDS中搭建39节点系统作为数字仿真系统模型,结合以理想变压器模型算法作为功率接口算法的接口系统,形成一个800 V/345 kV的动模数模混合实时仿真系统实验平台。在研究混合仿真接口两端系统延时对系统稳定性和准确性影响基础上,提出用二阶相位超前环节对下发通道和上传通道的接口延时进行相位补偿,以提高系统稳定性和准确性。通过对所搭建的数模动模混合仿真系统的实验,并与纯数字仿真进行对比分析,进一步验证了混合仿真系统的有效性。     

基于双实时仿真器的混合仿真接口测试方法

数模混合仿真是未来电力系统仿真分析的重要手段,而接口算法是保证其系统精确性及稳定性的关键。此处提出了一种基于双实时仿真器的混合仿真接口测试方法。该方法将提出的接口算法置于双实时仿真系统接口测试平台上进行测试,同时依据整定策略对接口参数进行在线整定。这种测试方法可以等效替代离线仿真和实际功率硬件在环(PHIL)测试过程,解决了接口算法研究中测试平台搭建复杂及参数整定困难的问题。以风电并网混合仿真和一种改进接口算法为例,对所提测试方法可行性进行验证。结果表明,所提出的接口测试方法快捷有效,参数整定结果准确,测试后接口可直接应用于实际数模混合仿真实验。     

MMC功率接口稳定性分析方法及改进措施

为了解决模块化多电平换流器(MMC)数模混合仿真功率接口稳定性问题,根据Routh判据推导出了基于电压型理想变压器算法功率连接技术的数模混合仿真系统接口稳定的必要条件。针对由功率放大器等接口设备带来的系统延时,提出了一种延时补偿技术。对工作于STATCOM模式下的MMC进行等效建模,并在PSCAD仿真软件中实现了基于电压型理想变压器算法的401电平MMC数模混合仿真。仿真结果表明了Routh判据用于数模混合仿真功率接口稳定条件的正确性以及延时补偿技术的有效性。     

MMC功率接口稳定性分析方法及改进措施

为了解决模块化多电平换流器（MMC）数模混合仿真功率接口稳定性问题,根据Routh判据推导出了基于电压型理想变压器算法功率连接技术的数模混合仿真系统接口稳定的必要条件。针对由功率放大器等接口设备带来的系统延时,提出了一种延时补偿技术。对工作于STATCOM模式下的MMC进行等效建模,并在PSCAD仿真软件中实现了基于电压型理想变压器算法的401电平MMC数模混合仿真。仿真结果表明了Routh判据用于数模混合仿真功率接口稳定条件的正确性以及延时补偿技术的有效性。     

MMC功率接口稳定性分析方法及改进措施

为了解决模块化多电平换流器（MMC）数模混合仿真功率接口稳定性问题,根据Routh判据推导出了基于电压型理想变压器算法功率连接技术的数模混合仿真系统接口稳定的必要条件。针对由功率放大器等接口设备带来的系统延时,提出了一种延时补偿技术。对工作于STATCOM模式下的MMC进行等效建模,并在PSCAD仿真软件中实现了基于电压型理想变压器算法的401电平MMC数模混合仿真。仿真结果表明了Routh判据用于数模混合仿真功率接口稳定条件的正确性以及延时补偿技术的有效性。     

基于矢量控制的微电源接口模型研究

仿真软件所提供的微电源与电网的接口模型少、型式单一、复杂,模型中各变量的物理意义不清晰,阻碍了仿真软件进行微电网仿真研究。利用不同的坐标变换,采用电压定向控制技术,设计了基于矢量控制技术的微电网接口模型,解决了微电源与微电网在Matlab/Simulink中的不同模块集、不同运行模式下组网仿真的接口问题。仿真结果表明,采用该模型组成的微电网能够正确反映出微电网在各种扰动下的电压、频率、有功、无功等变化,能够满足微电网仿真要求。     

光伏微网系统功率硬件在环仿真接口算法研究

对现有的功率硬件在环仿真接口算法进行了综述,基于理想变压器模型(Ideal Transformer Model,ITM)讨论了算法的稳定性和改进措施,通过无接口算法、无补偿电感ITM接口算法、添加补偿电感ITM接口算法三种情况的仿真试验,对比分析现有的功率放大器对仿真稳定性的影响,验证了改进接口算法能够提高功率硬件在环仿真系统的精确性和稳定性。     

微源并网逆变器下垂控制策略的改进研究

针对下垂系数大难以保证微电网稳定性,下垂系数取值小则反应速度慢的不足,提出了一种基于类似磁滞曲线的非线性下垂特性的逆变器下垂控制策略,通过实时改变下垂系数,提高负荷功率分配精度,有效抑制电微网频率和电压的大幅度波动,改善系统稳定性;并通过在功率控制环节中增加前馈环节进一步提高微电网稳定性.建立了简化的逆变器接口的微网小扰动分析数学模型,仅考虑功率环等慢动态过程.各微源接口先在各自本地坐标轴上建模,然后通过网络方程将各微源接口和负荷变换到统一旋转坐标轴,最后将方程线性化得到微电网小扰动分析模型,分析了下垂系数和前馈环节对微电网小扰动稳定性的影响.采用PSCAD/EMTDC搭建了基于此控制策略的微电网仿真模型,仿真结果验证了此控制策略的有效性.     

电力系统数字物理混合仿真接口算法综述

数字物理混合仿真结合了动态物理模拟仿真和实时数字仿真的优点,是进行复杂电力系统研究分析的有效手段;接口算法是保证其闭环稳定性和仿真精确性的关键。文中给出了数字物理混合仿真系统构建的总体结构;对已有接口算法的基本原理、建模方法、存在的问题及其改进方法进行了详细的分析;通过仿真验证了理想变压器模型法、输电线路模型法与阻尼阻抗法的稳定性和精确性性能,并对各类算法的适用领域进行了总结。最后,针对数字物理混合仿真接口算法存在的问题与不足,提出了今后的发展方向和需要解决的关键技术问题。     

小规模电网安全稳定实时控制系统研制与应用

分析了稳定控制系统策略的三种实现方式的优缺点,提出了在小规模电网开展在线实时稳定控制系统研究应用的需求。介绍了基于超实时仿真算法的在线实时稳定控制系统的实现方案,包括硬件结构、软件结构和关键技术指标。阐述了系统涉及的关键技术问题,包括超实时仿真算法、稳控决策、高速实时通信方案以及多种决策方式的协调方案。该系统在独立局域电网和企业自备电网的应用,验证了其工程实用性。最后,展望了在大规模电网推广在线实时稳定控制系统的研究方向。     

电力系统数模混合仿真技术及仿真中心建设

从仿真规模、仿真技术的发展、功能作用、业绩回顾和远景规划等多方面对中国电力科学研究院电力系统数模混合仿真中心进行了详细介绍。中国电力科学研究院电力系统数模混合仿真中心是国家重点实验室,也是国家工程实验室。它是目前亚洲同类实验室中规模最大、功能最全、技术最先进的实验室。数模混合仿真中心的功能包括对大型交直流互联电力系统规划方案的试验研究工作,对电力系统控制保护装置的试验研究工作,通过仿真模拟研究离线计算难以实现或难以观察到的现象以及纠正某些离线计算中不真实的结果,真实地模拟交直流系统的动态行为和研究电力系统新技术等等。文中通过列举近年来数模混合仿真中心完成的重大科技项目,说明仿真中心在我国电力系统的技术进步、规划设计、工程建设和调试运行中起到不可替代的作用。另外,该文简单介绍了仿真中心今后的发展规划和预期目标。     

电力系统硬件在环仿真应用的现状及展望

硬件在环仿真(HILS)是提升现代大电网系统仿真准确性、支撑开展高压直流/新能源等装置可靠性验证的有效手段。首先,在介绍HILS基本架构和优势的基础上阐述了HILS在提升电网一次系统仿真准确性、支撑电网二次控制系统测试验证方面的技术及应用现状;然后分析了电力系统HILS平台构建面临的挑战,提出可接入多异构数据模型的灵活架构技术、有限仿真资源下新能源场站等值和大型二次系统等效技术、控制对象接入的通用接口技术等技术方向;最后,从传统技术深化和与新技术融合发展2个角度探讨了电力系统HILS的未来发展趋势,以期对相关平台研发和仿真实验工作提供一定参考。     

电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.     

混合储能系统反演自适应变结构控制

为提高混合储能系统及直流微电网的鲁棒性,建立带有扰动上界未知的DC/DC状态空间平均模型,采用反演控制和变结构控制相结合的方法,提出反演自适应变结构控制。在Matlab/Simulink中搭建独立型直流微电网的仿真模型,仿真结果表明,相对于PI控制,反演自适应变结构控制有效抑制了负载突变时直流微电网的母线超调电压,缩短了电压稳定时间,提升了混合储能系统及直流微电网的鲁棒性。     

微电网离网运行有功缺额计算方法

针对微电网中由于存在多种分布式电源导致其系统频率稳定控制方式比传统的配电网复杂的问题,研究快速求出微电网离网频率异常时系统内存在的有功功率缺额值的计算方法。提出了一种快捷的微电网有功功率缺额计算方法,并分析了该有功功率缺额算法对于微电网离网频率稳定控制的意义。算例分析结果表明,该方法可以指导频率稳定控制系统对孤立运行微电网内电力设备进行精确的有功功率调度,使系统频率快速恢复正常。且可以指导微电网能量管理系统进行频率稳定控制策略的仿真测试与验证。     

基于NI-PXI的分布式发电数模混合仿真系统

分布式发电(Distributed Generation,简称DG)技术是解决未来能源和环境问题的一个重要方向。这里提出一种分布式发电数模混合仿真系统的设计方案,用于分布式电源(Distributed Energy Resources,简称DERs)并网相关技术的研究。该方案采用NI-PXI为实时数字仿真平台完成分布式电源数字模型部分的实时计算,通过基于双PWM换流器的可控功率源模拟分布式电源的功率输出,作为混合仿真接口实现数字部分和物理部分之间信息交互,从而实现数/模混合实时仿真的目的。此处以双馈风力发电系统为例,验证了该方案的可行性,为研究分布式发电并网运行控制提供了良好、通用且便捷的实验平台。     

电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真接口原理

在电力系统仿真中,如果能在一次仿真过程中同时实现大规模电网的机电暂态仿真与部分电网的详细电磁暂态仿真,那么对详细分析系统特性,特别是直流输电、FACTS元件等的特性具有重要的理论价值和现实意义。针对这一问题,笔者在比较电磁暂态仿真和机电暂态仿真模型与方法的基础上提出了一种电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真的通用接口方法。该方法在我国实际电网中的成功应用证明了其有效性和实用性。笔者将分三个系列进行相关讨论,此文为系列报告之一,主要提出了电磁暂态-机电暂态混合仿真的实现原理及接口模型,如接口等值电路的设计、接口交换时序的设计等。