基于动态相量法的逆变型分布式电源微电网建模与仿真

微电网中变流器的电磁暂态过程加剧了微电网的动态特性分析难度,为了快速准确地分析微电网的动态特性,文中采用动态相量法建立了逆变型分布式电源微电网的动态相量模型。通过MATLAB/Simulink分别用动态相量模型和电磁暂态模型对含2个逆变型分布式电源的微电网进行仿真分析,仿真结果表明,动态相量模型在较高精度范围内近似电磁暂态模型,验证了模型的正确性和有效性。而且,所提出的动态相量模型在保证较高精度的同时,提高了仿真速度,节省了仿真时间,为复杂微电网的建模提供了一种新方法。     

基于动态均衡凸-凹步骤法的含PI型DG配电网无功优化

采用电流控制型逆变器并网的分布式电源和储能系统具有PI型并网功率接口特性,如果将其近似建模为恒功率模型,则可能造成无法忽视的计算偏差。研究计及PI型分布式电源精确功率接口特性的配电网无功优化问题以及相关的二阶锥松弛模型的可行性恢复方法。针对惩罚目标函数法和基本凸-凹步骤法在可行性恢复能力和最优性保持能力方面的缺陷,提出一种动态均衡凸-凹步骤法,采用二阶锥松弛法产生初始解,并以动态均衡权值替代固定权值。仿真算例验证了所提方法的性能。     

电网电压不平衡条件下并网逆变器的动态相量模型

为适应电网电压不对称条件下微电网快速精确仿真和分析控制的需要,采用了一种新的建模方法。基于时变傅里叶级数的动态相量法,分别取正负序分量的一阶动态相量,无需进行2倍频滤波,减少了模型的计算量。建立了电网电压不平衡条件下并网逆变器的动态相量模型,并在Matlab/Simulink中建立三相电网电压不平衡条件下逆变器输出的详细时域模型,对两个模型进行仿真分析。通过对两个模型的仿真结果进行比较分析,结果表明所提的在电网电压不平衡条件下动态相量模型的正确性和有效性,为并网逆变器和微电网的不对称分析和控制提供了一种新方法。     

含逆变器的微电网动态相量模型

微电网作为一种分布式可再生能源并网的有效途径,是传统电力系统的重要补充。然而,微电网中含有大量的并网逆变器、机端负荷和线路,其电磁暂态过程给微电网的建模、分析和控制带来了巨大的挑战。以并网逆变器、线路和机端负荷的动态相量模型为基础,建立含并网逆变器的微电网动态相量模型。最后,在电磁暂态综合分析程序PSCAD/EMTDC中建立一个含有多台并网逆变器的微电网模型,并在Matlab/Simulink中建立其动态相量模型。仿真试验的结果验证了所提微电网动态相量模型的正确性和有效性,为并网逆变器和微电网的建模、分析和控制提供了一种新方法。     

含分布式电源的配电网电压暂降评估

运用蒙特卡洛法研究了含分布式电源的配电网电压暂降评估。分别建立了同步机型DG和逆变器型DG的仿真模型,然后基于EMTDC/PSCAD运用蒙特卡洛法对含分布式电源的典型配电网进行了仿真,采用系统平均均方根值变化频率作为评价各节点电压暂降的指标。结合多个仿真算例分析了DG的类型、控制策略、出力和接入位置对电压暂降的影响。仿真结果表明,逆变器型DG的接入能够降低配电网电压暂降的发生频次,DG的控制策略、出力和接入位置都会对电压暂降产生一定的影响,这为配置分布式电源和缓解电压暂降问题提供了参考。     

交直流系统的换流器动态相量模型

建立准确而有效的换流器数学模型是研究大规模交直流混联系统动态特性的关键问题。分析在交流系统不对称情况下,换流阀导通时刻偏移和三相换相角不平衡的HVDC换流器动态特性。由此,提出基于序分量的适用于各种运行工况及故障的改进换流器动态相量模型,该模型突破了传统换流器动态相量模型的应用局限性。将其应用于贵广Ⅱ回HVDC系统详细模型和CIGRE HVDC系统标准模型的交直流系统动态特性的全面仿真计算,与应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件得到的仿真结果相比较,结果表明该模型准确有效。     

含源网荷的智能配电网运行仿真平台研究及应用

考虑配电网存在的源网荷不对称现象、特殊网络结构的基础上,建立了配电网常规元件及分布式电源的稳/暂态模型。针对智能配电网三相不对称的特性,研究了智能配电网相关的三相潮流算法、三相短路电流算法以及三相时域仿真算法。最后,开发了基于OPEN3200系统接口的智能配电网运行仿真平台,并在南京河西新城进行了成功应用,验证了所提方法及研制系统的合理性、有效性。     

三相LCL型逆变器序阻抗简化建模方法及并网稳定性分析

随着分布式电源大量接入电网,配电网呈现明显的电力电子化趋势。作为功率变换接口的逆变器,其与电网的交互稳定性问题不可忽视。对三相并网逆变器进行合理的阻抗建模是分析并网系统稳定性和谐振特性的前提,谐波线性化方法作为物理意义明确的阻抗建模方法受到广泛关注。以三相LCL型逆变器为研究对象,建立了典型锁相环的谐波线性化模型,获得了表征频率耦合效应的阻抗矩阵。基于此,提出一种谐波线性化简化建模方法,对采用典型电容电流反馈控制策略的三相LCL型逆变器进行了阻抗建模。进一步,计及电网阻抗与逆变器阻抗矩阵的交互作用,对多输入多输出系统模型进行变换,获得了适用于稳定性判据的单输入单输出正负序阻抗模型。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提谐波线性化简化建模方法及相应阻抗模型的准确性和其用于稳定性分析的有效性。     

适用于对称故障仿真的特高压柔性直流换流站动态相量建模

随着多项特高压柔性直流工程投运,建立高效而准确的模型用以研究特高压柔性直流换流站运行特性很有必要。为此提出了基于模块化多电平换流器的特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型,该模型能准确描述稳态及发生对称故障时特高压柔性直流换流站的动态特性。首先通过研究高低端换流器交直流侧的相互作用关系,重新建立了多换流器与交直流系统的接口模型。然后结合考虑内部谐波特性的换流器模型,建立了特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型。通过对已建立动态相量模型中交流侧状态空间方程的修正,进一步扩展了其在交流系统发生对称故障下的适用性。最后基于PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真模型,验证了所建模型在稳态和故障下的正确性和高效性。     

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。     

Power quality analysis of STATCOM using dynamic phasor modeling

Modeling of synchronous static compensator (STATCOM) of a power system based on the dynamic phasor model to investigate the performance of STATCOM for power quality analysis is described. It is compared with electromagnetic transient program (EMTP) like simulation. The dynamic phasor model and electromagnetic transient (EMT) model of the STATCOM including the power system are implemented in Matlab/Simulink toolbox and PSCAD/EMTDC, respectively. STATCOM dynamic phasor model including switching functions and their control system are presented. A satisfactory solution for power quality problems on typical distribution network is analyzed using the dynamic phasor model and EMTP like PSCAD/EMTDC simulation techniques. The simulation results revealed that the dynamic phasor model of STATCOM is in excellent agreement with the detailed time-domain EMT model of PSCAD/EMTDC simulation. The dynamic behavior of STATCOM using phasor model can be applied for analyzing power quality issues. It is found faster in speed and higher accuracy can be obtained and correlates well with PSCAD/EMTDC simulation results.     

分布式电源接入对配网过电流保护的影响

分布式发电接入中低压配电网使传统配网成为有源配网,对继电保护提出了新的挑战。本文围绕有源配网继电保护问题展开研究,分析了有源配电网故障电流的特征以及DG接入对传统保护和安全自动装置运行的影响,并结合国内外主要的标准和技术规程,综述了当前主要的解决方案。最后以典型的辐射状配电网为算例,利用ETAP软件建立仿真模型,研究双馈风机接入配电网后潮流和短路电流的变化以及反时限保护的动作情况。结果表明,高渗透DG接入后,潮流双向流动,短路电流变化复杂,反时限保护较难满足要求,有必要利用微网技术,构建更为完善和智能的有源配网保护体系。     

高压直流建模研究的相关问题

总结了电力系统稳定性分析中高压直流输电系统的一般性建模方法;讨论了直流模型的分类及模型的适用性;分析了常用商用电力系统分析软件中的直流模型,建议开发商适当增加内置直流模型与用户自定义模块间的接口,以拓展直流模型的适用范围;重点分析了基于采样数据建模方法和动态相量理论对直流换流器准稳模型的改进。认为采样数据建模方法建立了适合于电力系统次同步振荡研究的换流器小信号模型,但不能用于电力系统暂态稳定仿真计算中;动态相量法推导了换流器的大信号模型,但仍不能正确反映换相失败现象和不对称工作条件下高压直流系统的动态行为。认为在大规模交直流电力系统的暂态稳定性研究中,机电-电磁混合仿真思路较有潜力,而其关键问题在于各种扰动下电磁暂态仿真范围的合理确定。     

谐波约束下的配电网接纳分布式电源能力分析

逆变型分布式电源(DG)产生的谐波直接影响了DG在配电网的渗透率,从电压畸变和电流畸变2个制约因素分析配电网中压馈线对DG接纳能力的影响。推导DG和负荷分布位置对馈线电压畸变率的作用规律,以及考虑电流畸变率影响时最不利条件下的渗透率计算公式。提出基于随机场景的仿真计算方法,针对随机场景集合采用试探寻优的方法计算渗透率。算例验证了所提方法的有效性。     

Hybrid simulation of power systems with SVC dynamic phasor model

A novel hybrid method for simulation of power systems equipped with static var compensators (SVC) is suggested in this paper, where dynamic phasor theory is applied for SVC, and traditional electromechanical transient models are used for ac subsystem. A detailed single-phase dynamic phasor-based SVC model is derived first, and an interface algorithm between the SVC dynamic phasor model and the ac subsystem is proposed next. Test results on the 9-bus and the New England 39-bus test power systems show clearly that the single-phase SVC dynamic phasor model has very good accuracy as compared with its electromagnetic transient model. The proposed hybrid-model simulation method provides a new approach for dynamic simulation of large-scale power systems including SVCs.     

三相分布参数线路动态相量法的建模与仿真

传统的机电暂态模型由于建立在"准稳态"假设基础之上,因此不能用来仿真变化迅速的电磁暂态过程,而电磁暂态模型,虽然能准确反映电磁暂态过程,但由于仿真步长很小,仿真速度受到限制,不适合用来仿真大型电力系统。该文基于动态相量理论,对三相分布参数的线路进行推导和建模,提出一种适用于分布参数线路的大步长动态相量模型,并分析了其产生的误差。通过对算例的仿真和与电磁暂态模型仿真结果的比较,验证了动态相量模型能突破电磁暂态模型对分布参数线路仿真步长的限制,用来仿真三相分布参数线路上的电磁暂态过程。     

高渗透率逆变型分布式发电对 电力系统暂态稳定和电压稳定的影响

为研究大规模逆变型分布式发电对电力系统暂态和电压稳定性的影响,借助PSCAD/EMTDC仿真软件,以一个12母线测试系统为研究对象,建立电力系统和逆变型DG的动态模型。通过暂态仿真和理论分析,重点研究了不同渗透率DG对主同步发电机最大转速偏差和转速偏离频率的影响,分析了不同控制模式的DG在故障前(稳态)、故障期间和故障后对母线电压的影响。研究结果表明:渗透率越高,逆变型DG对系统暂态稳定性的负作用越大,但电压控制的逆变型DG能明显改善系统电压的稳定性。     

基于晶闸管控制电抗器的FACTS动态相量模型

利用电力系统变量的时变傅里叶系数得到晶闸管控制电抗器(thyristor controlled reactor,TCR)的动态相量模型,该模型忽略了对TCR动态特性影响较小的谐波分量,并通过对TCR时域模型的平均运算获得动态相量状态空间模型。应用该模型对含柔性交流输电装置的电力系统进行仿真,能在保证一定精度的同时获得较快的速度。基于TCR的动态相量模型提出了静止无功补偿器和晶闸管控制串联电容器的动态相量模型。通过与商业软件DCG/EMTP在简单测试系统上的全时域仿真结果相比较,证明了该动态相量模型的有效性和正确性。     

考虑分布式电源支撑作用的输配电系统协同恢复方法

随着高密度分布式电源不断接入配电系统,配电系统向上支撑大电网恢复成为可能。首先,结合高密度分布式电源对电力系统分区并行恢复的促进作用,分析含分布式电源的大电网恢复分区需要满足的基本条件。然后,针对含高密度分布式电源的大电网待恢复子区,考虑相关运行约束等,构建输配电系统协同恢复的双层混合整数线性规划(MILP)模型。其中,上层输电系统恢复模型以最大化机组输出能量和负荷恢复为目标;下层配电系统恢复模型以最大化加权关键负荷恢复数目为目标。其次,提出考虑输、配电网调度中心协同的双层MILP模型解耦求解策略,解耦后模型可以分别在输、配电网调度中心利用成熟商业优化软件求解,从而实现含高密度分布式电源的输配电系统的协同恢复,提升恢复效果。最后,利用改进的IEEE 14节点输电测试系统和IEEE 13节点配电测试系统构建输配电系统算例,仿真验证所提方法的有效性。     

含有多馈入直流的交直流混合电网高压直流建模研究

讨论了目前研究交、直流混合电网时在直流建模方面存在的模型过度简化及模型选用不恰当问题；分析了稳定性研究中直流建模的一般方法，指出了简单模型、响应模型和详细模型的基本特征；基于NETOMAC环境，以中国南方电网为原型对改进的直流响应模型和直流详细模型进行了建模和仿真对比研究，分析了两种模型的优、缺点和适应性；对含有多馈入直流且直流落点邻近的南方电网，探讨了现有HVDC建模方法在研究大扰动下交直流相互影响及直流换相失败对邻近交直流系统的影响方面存在的明显不足。从基于动态相量法计及电压畸变的新直流相量模型研究和基于机电／电磁暂态模型的交直流混合仿真算法研究两个截然不同的角度提出了可行的直流建模研究思路。研究成果为含有多馈入直流的交直流混合电网的安全稳定分析提供了建模依据和参考，也为仿真分析多直流逆变站的连锁换相失败问题提供了新的解决思路。