华东电力系统调度员培训仿真器的动态全过程准实时仿真

本文提出了对调度员培训仿真器中的动态全过程进行准实时仿真的模型和算法。在仿真中，整个动态过程被划分为暂态过程和中长期动态过程两个阶段，并通过加入人工阻尼，实现了暂态过程和中长期动态过程的平稳过渡；为提高仿真速度，在不同仿真阶段采用了与其相适应的参考轴系；引入了一种能对系统变化和仿真误差作自适应调整的自动变步长方法。此外，提出了基于广度优先的快速拓扑方法和局部拓扑跟踪修正的算法，以及基于稀疏技术的快速因子表修正法。     

电力系统全过程动态仿真的实例与分析-- 电力系统全过程动态仿真软件开发之四

经过3年多的研究开发，电力系统全过程动态仿真软件的主体框架结构的设计，机电暂态过程和中长期过程主要模型的建模，软件主要算法的编程都已完成，3个算例的仿真与分析表明，电力系统全过程动态仿真软件的暂态稳定计算功能仿真结果准确。中长期动态过程仿真结果合理，说明软件所采用的积分方法－Gear法可以用来仿真电力系统从快速暂态到慢速中长期动态过程的转换，可以自动变阶变步长，算法数值稳定性高，所开发的电力系统全过程动态仿真软件具备了仿真电力系统从机电暂态到中长期动态过程的能力。     

电力系统全过程动态仿真的数值方法——电力系统全过程动态仿真软件开发之一

电力系统全过程动态仿真是把电力系统的机电暂态过程，中期过程和长期过程有机地统一起来进行仿真。其特点是实现快速的暂态过程和慢速的中长期动态过程的统一仿真。这是典型的刚性系统，需要采用具有自动变阶变步长技术的刚性数值积分方法。在分析了刚性系统求解实质的基础上，采用适用于求解刚性微分方程的数值积分方法－Gear法作电力系统全过程仿真软件的基本算法，并研究根据积分的截断误差控制进行自动变阶变步长技术，构造了基于Gear法的电力系统全过程仿真程序的总体结构。     

中长期电压稳定准稳态时域轨迹追踪方法

提出了基于注入电流模型和节点功率平衡模型的中长期电压稳定准稳态时域轨迹追踪仿真方法,中长期电压稳定的动态过程相对暂态过程较慢,准稳态近似通过忽略暂态过程获得一系列的暂态平衡点来追踪电压变化过程。研究了处理元件极限的方法和更新雅可比矩阵的原则,比较了基于不同网络模型的2种准稳态仿真方法的优势、计算效率和适用范围。实际电力系统的仿真算例验证了上述方法的有效性和正确性,结果表明上述方法在电力系统离线和在线分析中具有很好的应用前景。     

电力系统不同时间尺度仿真对比研究

电力系统的运行需要数字仿真来进行分析。电力系统非实时仿真技术包括电磁暂态过程仿真、机电暂态过程仿真以及中长期动态过程仿真。针对不同的动态过程需要采取不同的仿真方法。在参考已有相关文献的基础上,对电磁暂态、机电暂态、中长期动态过程仿真在步长、数据形式、规模、适用场合上进行了对比分析。以逆变器为例研究了电力电子电路在这3种仿真方法中建模的区别,并在PSCAD/EMTDC和Matlab中搭建模型,用波形更清楚地表明了3种仿真方法的区别,验证了逆变器不同建模方法的合理性,该建模方法可以为其它电力电子电路的建模提供依据。     

电力系统中长期过程动态仿真的组合积分算法

电力系统中长期过程具有非线性、强刚性的特点,其仿真时间框架长,与电力系统机电暂态过程相比,中长期过程对数值积分算法的数值稳定性、收敛性和计算效率的要求更高。针对此问题,将隐式梯形积分法和多步高阶隐式Taylor级数法进行组合,提出新的组合积分算法。在机电暂态过程采用隐式梯形积分法,在中长期过程采用多步高阶隐式Taylor级数法。算例仿真与分析结果验证了新组合积分算法的有效性和可行性。     

基于集群机的大规模电力系统暂态过程并行仿真

由于传统的串行计算方法无法满足互联电力系统在线动态安全分析和实时仿真的要求，研究高效的电力系统暂态并行仿真算法及其软件已成为电力系统动态实时仿真的关键。该文基于集群系统，提出一种利用电力系统区域特性的多重化网络划分方案，弥补了传统网络划分算法在计算规模和划分质量上的不足；并提出了一种基于分块思想、消息传递与动态多线程相结合的网络方程分层算法及其实现策略，缩短了网络方程的计算时间，解决了暂态仿真中计算量突增的问题，提高了算法的并行效率和整体性能。同时，文中还简化了暂态稳定算法迭代流程，改进了全局收敛判定方法，有效地减少了算法计算量和通信损耗。实际电网的数值计算结果表明，文中提出的算法计算加速比高，实时性好，因此研制的电力系统动态并行仿真程序能够满足大规模电力系统暂态过程实时仿真、甚至超实时仿真的要求。     

基于图解蚂蚁系统的配电网动态重构

为了提高配电网运行的经济性,提出一种基于图解蚂蚁系统的配电网动态重构问题的求解方法。求解过程分为离线和在线两个阶段。离线阶段完成拓扑分析,形成同时包含配电网拓扑结构和时段长度两部分的可行解解集,用构造图表示。在线阶段通过模拟蚁群在构造图中的行走过程完成搜索寻优。离线阶段仅需完成一次拓扑分析即可支持在线阶段各时段拓扑结构的求解。在线阶段通过时段延伸方法将搜索空间由可行解解集缩小为较优解解集。仿真算例验证了提出的算法可以有效缩小搜索范围,找到最优解。     

大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略

近年来频发大规模风电机组连锁脱网事故,需要深入研究事故发生的机理以及防御该类事故的措施和方法。文中首先基于实际风电外送电网拓扑和参数建模,仿真重演了风电机组连锁脱网事故的暂态过程;分析了该暂态过程中风电机组和无功补偿装置的动态无功响应能力。提出了综合考虑以上动态无功响应能力的大规模风电场全过程无功电压紧急控制策略:在电压跌落期间,风电机组网侧变流器基于电压变化量提供实时动态无功支撑,以缓解电压跌落;在故障切除之前,主动切除部分无功补偿装置来抑制暂态过电压;在故障恢复阶段,根据电压判据重新投入无功补偿装置,为系统提供无功调节能力。最后,通过仿真验证了所述策略的可行性和有效性。     

采用模块化方法的交直流电力系统混合仿真

高压直流输电系统和柔性交流输电系统中大量大功率电力电子设备的应用,使反映不同物理特征的动态过程相互交织在一起。而在仿真过程中要求既能模拟大规模互联系统的机电暂态过程,又能模拟局部响应快速的电磁暂态过程。提出了一种基于模块化的交直流电力系统混合仿真算法。该算法采用分层分区网络分割,对系统中各种动态元件,包括HVDC和柔性交流输电等电力电子设备及其控制器进行模块化处理,应用双向迭代技术,将电磁暂态仿真程序嵌入到机电仿真程序中,以实现快速、准确模拟交直流混合系统暂态过程。在Kundur2区域系统和IEEE10机39节点系统上对该算法进行了仿真测试,并将其结果与EMTDC结果进行了比较,验证了其准确性和有效性。     

基于扩展集员滤波的发电机动态状态估计

为了提高电力系统机电暂态过程中发电机动态状态估计的精确性,提出了一种考虑转子角功角不等关系的发电机动态模型。在此基础上,进一步提出采用适合非线性滤波问题的扩展集员滤波（Extended Set Membership filter,ESMF）算法对动态模型进行求解。以IEEE 9节点系统为例,对基于ESMF和扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman filter,EKF）的状态估计方法进行仿真比较,仿真结果表明,ESMF方法能有效地实时估计电力系统机电暂态过程中发电机功角轨迹,且精度更高。     

基于深度优先搜索算法的电力系统生成树的实现方法

电力系统仿真验证往往希望通过拓扑结构图直观地分析网络的潮流分布以及动态特性。然而电力系统机电暂态过程仿真软件如BPA、PSS/E和PSASP都不能自动地根据电力系统的电气联系合理地布置网络中的元件,而需要人为地调整各元件的位置来形成一个直观的电气接线图。这种人为手动调整,不仅给仿真增加了工作量,更有可能带来更多的人为误差。为此,文中提出了基于图论的深度优先搜索(depth first searching,DFS)算法,依据电力系统的电气拓扑结构形成电力系统生成树的实现方法。用文中方法生成的IEEE9节点算例系统的可视化界面验证了该算法的有效性和准确性。     

电力系统全过程动态仿真中的长过程动态模型——电力系统全过程动态仿真软件开发之三

电力系统全过程动态仿真除了需要详细模拟电力系统动态元件的机电暂态过程外，还要有详细的中长期过程的动态模型。电力系统全过程仿真所需要的火电厂动力系统的数学模型。水电厂动态模型、压水堆核电站模型以及发电自动控（AGC）模型等已在电力系统全过程仿真软件中得到实现。     

电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真程序设计和实现

电力系统混合仿真对常规电力系统进行机电暂态仿真,对重点关注的局部网络或者特定元件采用电磁暂态仿真.它综合考虑了机电暂态过程和电磁暂态过程的相互影响,为研究大规模电力系统的稳定性和动态特性提供了新的思路.文中基于自主开发的机电和电磁暂态混合仿真程序,结合具体的接口算法,设计并实现了电力系统混合仿真系统平台,并提出了一种新的数据时序交互方式以及在此基础上的数据通信和同步控制算法.所建立的仿真平台代码透明可控,功能易于扩展,提高了仿真的灵活性和效率.最后给出的仿真算例证实了所提出的方案的可行性及接口算法的正确性.     

电力系统机电暂态过程主导动态参数的在线辨识

电力系统机电暂态仿真模型参数的不准确导致了仿真结果和实际量测的明显差异，限制了其在线应用。多年来,基于现场试验测试的动态参数辨识技术有了长足发展，但离满足工程准确性的要求还有相当长的研究路程。基于对电力系统实际动态过程量测的动态参数在线辨识方法是解决问题的一个途径。该文从发展在线机电暂态过程仿真-预测及安全稳定控制的需要和特点出发，研究了基于PMU/WAMS的主导动态参数在线辨识的系统算法。研究表明，应用Volterra级数降阶和模式分类及映射技术，可依据较少的量测信息，对系统中的主导动态参数进行在线快速辨识，弥补了现有电力系统动态元件辨识算法用于在线时要求量测数据丰富和计算量大的问题，为实现电力系统的在线实时辨识-仿真预测并进而实现在线实时控制系统打下了基础。文中给出了EPRI36节点系统和某省网级系统的主导动态参数在线辨识仿真结果，验证了所提出方法的有效性。     

基于分区牵制同步的电网动态拓扑自适应观测

随着大型电力系统互联和极端自然灾害影响,电网面临的复杂性和不确定性增加,正确的拓扑信息成为电力系统分析的重要先决条件。为了实时辨识出拓扑的动态变化,提出一种基于分区同步牵制的电网动态拓扑自适应观测方法。该方法首先采用电力系统动态方程将系统建模为Kuramoto振子网络,将待辨识电力网络作为驱动网络,构造多个带自适应观测器的子响应网络,基于分区牵制同步的原理使得驱动–响应网络同步,从而准确辨识出系统拓扑参数的动态变化。IEEE 9节点和IEEE 118节点系统仿真结果,表明该方法不受负荷波动影响,在系统正常运行和线路断路发生时均能够进行拓扑感知,能够在暂态过程中有效地应对电力系统多重断路识别问题,实时自适应跟踪系统拓扑变化。     

有源配电网典型暂态模型及区域分割并行仿真方法研究

随着分布式电源(distributed generation,DG)逐渐接入配电网,配电网动态过程更为复杂,为准确了解其动态特性及对配电网的影响,需借助相关暂态仿真工具,但串行仿真的计算性能受限,限制了其应用。以有源配电网实时仿真系统(active distribution network simulator,ADN-SIM)为基础,提出一种基于节点分裂适用于含DG配电网的并行暂态仿真计算方法,对含DG配电网进行暂态详细建模,提出改进区域分割配电网并行仿真方法,并在IEEE 33节点系统中验证了并行仿真方法的正确性。基于此方法,在某62节点实际网络中详细分析配电网中故障和暂态过程。所提方法适用于多种有源配电网暂态过程,且能实现仿真速度提升。     

基于多粒度聚类和多元特征统计的低压配电网拓扑识别与监测

针对低压配电网中用户的户变关系及相位信息常存在错误且变动较为频繁的现象,提出了一种基于多粒度聚类和多元特征统计的低压配电网拓扑识别与监测方法,包含拓扑聚类识别和拓扑统计监测2个阶段。在拓扑聚类识别阶段,基于用户电压波动曲线的α-峭度和α-偏度提取数据粗粒度空间特征,采用密度峰值聚类算法识别所有用户的户变关系;在数据细粒度特征空间,通过考虑延迟效应的动态时间弯曲距离算法优化密度计算过程,实现相位关系的精确聚类。在拓扑统计监测阶段,基于多粒度聚类结果,采用邻域保持嵌入算法建立多元统计监测模型,实现新增用户或拓扑有变化的个别用户的拓扑快速识别。实际算例的分析结果验证了所提方法的有效性。     

串联电池组电感电容储能主动均衡方法

提出一种基于电感电容储能的串联电池组主动均衡方法，利用一个电感实现高电量单体的放电均衡，一个电感电容串联电路实现低电量单体的充电均衡，均衡能量可以在任意单体和电池组间转移。首先阐述新型均衡方法的拓扑结构、均衡原理及参数设计过程，建立与拓扑结构相适应的控制策略；通过搭建仿真模型，与同样基于电感电容储能的均衡方法进行对比分析，验证新型均衡方法均衡速度及均衡效率的特点，并分析新型均衡方法拓扑结构较为显著的成本优势；最后以四单体构成的串联电池组为例，通过搭建实验平台验证了电池组充电过程、放电过程及动态过程新型均衡方法的有效性。     

云电送粤交直流混联系统全过程动态电压稳定研究

到2010年,南方电网将出现大规模交直流混联的局面,系统的动态特性也将成为关注的焦点。全过程动态仿真是把机电暂态过程、中期过程和长期过程有机地统一的仿真,所考虑的中长期过程中系统元件的动态模型,非常适用于电压稳定问题的研究。基于2010年南方电网基础数据,采用全过程动态仿真软件对云南电网出现严重故障情况下的电压稳定问题进行仿真研究。分析了不同负荷模型及有载调压变压器(OLTC)模型对电压稳定的影响,确定了对电压稳定性影响较大的故障扰动因素。