交直流电力系统多时间尺度全过程仿真和建模研究新进展

综述了以电力系统分析软件为基础的交直流电力系统多时间尺度全过程仿真和建模研究的新成果。在仿真方面的新成果有电力系统机电暂态-电磁暂态混合仿真、机电暂态-中长期动态全过程仿真、大规模电力系统小扰动稳定性计算、短路电流计算、静态电压稳定计算、最优潮流计算等;在建模方面的新成果有发电厂电力系统模型、发电机励磁和调速系统新模型、风力发电、直流输电系统模型、FACTS装置模型、负荷模型、保护与控制系统模型等。这些研究成果丰富和完善了交直流电力系统仿真能力,进一步提高了我国电力系统仿真与建模的技术水平。     

暂态低压减载对电力系统仿真结果的影响

电力系统暂态稳定性是评估电力系统稳定性的重要方面,它的可信度很大程度上决定了电力系统规划、运行的有效性和合理性。目前,电力系统暂态稳定仿真可信度提高的瓶颈在于负荷模型,虽然近年来出现了许多新型实用的负荷模型,但负荷的一些固有特性,尤其是暂态低压减载特性并没有在暂态稳定仿真当中得以体现。为验证暂态低压载特性对暂态稳定仿真的影响,本文以CEPRI-36节点系统为例,比较了不同负荷模型在发生暂态低压减载和未发生暂态低压减载情形下对暂态稳定仿真结果的影响,结果表明负荷的暂态低压减载特性和负荷模型一样都对仿真结果有着很大的影响,这种特性应该在暂态稳定仿真中加以考虑。     

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。     

马达负荷模型对华东电网暂态稳定性的影响分析

以华东电网为研究对象，采用中国电力科学研究院推荐的马达模型和参数，仿真比较了马达负荷模型的动态特性，分析了马达负荷模型对电网暂态稳定仿真结果的影响及原因，认为在电力系统暂态稳定仿真中，送端电网采用马达负荷模型有利于提高稳定水平。     

电力系统微分代数模型的奇异性和暂态电压稳定

将电力系统微分代数模型的奇异性与暂态电压稳定相联系，用动态负荷模型逼近静态负荷模型，以消除原微分代数方程模型中的奇异性。在2机单负荷3节点系统和新英格兰39节点系统中构造算例，证实了系统在原奇异点附近具有暂态电压崩溃的特征，从而微分代数方程的奇异性可以作为暂态电压崩溃的一种机理解释。此外，还研究了动态负荷模型时间常数、负荷功率和负荷成分对暂态电压稳定性的影响。研究结果表明具有恒功率或恒电流负荷特性且负荷响应较快的系统在重载下易发生电压崩溃。上述结论对研究暂态电压稳定的机理、电压稳定和功角稳定的关系、电力系统微分代数方程模型的理论和仿真分析具有一定的参考价值。     

电动机模型结构及参数对暂态稳定仿真的影响

针对目前负荷模型应用的薄弱环节,就三阶感应电动机模型及一阶机械暂态感应电动机模型和恒定阻抗模型对暂态稳定仿真结果的影响进行系统研究。首先,实现一阶机械暂态感应电动机模型与电力系统分析综合程序PSASP(Power System Analysis Software Package)的接口。然后．以PSASP为仿真手段,以湖南电网和WSCC-9节点系统为研究对象,仿真研究感应电动机模型参数及综合负荷模型结构对电力系统暂态稳定性的影响。研究表明。感应电动机定子漏电抗增大将使系统暂态稳定裕度显著减小．使用三阶感应电动机模型仿真所得系统的暂态稳定能力明显低于一阶模型和恒定阻抗模型的相应结果。最后的结论对电力系统负荷建模和模型应用具有较大的理论意义和工程应用价值。     

负荷模型对西藏林芝电力系统暂态稳定计算的影响

本文以西藏林芝电力系统中新线发生三相短路为背景,对比研究恒定阻抗、静态特性、综合负荷模型对电力系统暂态稳定计算的影响。研究中,同步发电机采用含有暂态参数的凸极式发电机模型,调速系统采用水轮机调速器和原动机相结合的模型。研究表明,三种负荷模型的暂态数值字仿真结果虽有一定差异,但没有本质的区别,三种负荷模型对林芝电力系统暂态稳定功角计算均具有较好的适用性。中新线三相短路持续2.5s时,电力系统能保持稳定且无不利影响。     

发电机和负荷模型对暂态稳定性影响的概率分析

详细分析了电力系统元件(如发电机、负荷)的数学模型,重点讨论了发电机模型和负荷模型及其之间相互关系对电力系统暂态稳定性的影响,并以两个系统为例,采用非序贯蒙特卡罗的概率分析算法,对发电机模型和负荷模型的影响进行了统计研究.文章指出,在电力系统的仿真计算中,采用不同的元件模型,其对电力系统暂态稳定性计算的影响是不同的.从概率分析的角度证明了在电力系统暂态稳定性分析计算中选择模型的重要性.     

华中电网故障暂态自适应仿真分析

为实现华中电网的暂态全过程分析,研究了基于自适应原理的电力系统暂态全过程仿真.首先建立了元件的暂态自适应模型,实现了基于元件状态的自适应变换,适合较长时间复杂暂态过程的仿真.应用面向对象技术不仅提高了软件的模块性和可重用性,而且实现了仿真模型的自适应变换.在此基础上,由系统等值模块、故障仿真模块、数据库和图形人机界面、应用分析接口模块等构成了华中电网的暂态全过程仿真软件.     

电力系统暂态稳定最小负荷裕度的计算方法

为考虑不同的负荷—发电增长方向对电力系统暂态稳定负荷裕度的影响,提出了计算电力系统暂态稳定最小负荷裕度的最优化模型。该模型使用改进PEBS法提供的暂态稳定量化指标构成稳定约束条件,具有与暂态时域仿真相同的模型适应性。根据点到曲面最短距离的基本定理,给出了求解所提出最优化模型的数值方法。该方法的基本思想是以暂态稳定临界点处暂态稳定边界曲面的法向量作为求解迭代过程中的负荷—发电增长方向,反复迭代求出暂态稳定最小负荷裕度。理论上,该模型不但可以计算各种发电—负荷增长方向上的暂态稳定最小负荷裕度,也可用于计算暂态稳定最大负荷裕度。所提出的计算电力系统暂态稳定最小负荷裕度的最优化模型及其求解方法可以考虑各种系统运行参数的约束。数值算例验证了所提出的模型及求解方法。     

多场耦合的电机暂态温度场计算

针对稳定负载下电机暂态温度场的计算问题,以小型封闭式结构的异步机为对象,建立电机热源计算的有限元电磁场模型,并依据散热结构特点建立相应的温度场模型,通过多场耦合的途径实现电磁场与温度场的联合,并附于电磁场、温度场相关的模型参数及联合计算参数,经电磁场适时地耦合温度场的联合计算,实现稳定负载下的温度场各暂态计算。通过搭建实验系统及测试,对电机额定负载下全域温度场实验结果和仿真对比得出,电机稳定负载下,多场耦合的联合计算能较好地计算电机全域暂态过程温度场。     

柘溪水电厂~#8机组甩负荷试验与数值仿真研究

通过开展甩负荷试验与数值仿真的研究,建立过渡过程仿真数学模型,同时基于历次试验结果对数学模型进行优化。针对柘溪水电厂~#8机组的仿真计算及试验研究表明：通过对数学模型及计算参数的修正,能够使计算结果与试验结果吻合。说明可以通过计算分析机组在各典型工况下的甩负荷过渡过程,确保其满足调节保证的要求。     

基于自适应下垂控制的微电网控制策略研究

感应电动机负荷的起动和功率变化对微电网孤岛运行时的电能质量及功率平衡影响较大,因此提出了一种自适应暂态下垂控制方法。该方法在传统下垂控制中引入暂态分量、功率与下垂系数的一次函数项,以改善下垂控制的动态性能和均流效果。针对含有感应电动机负荷的微电网,采用基于分层控制结构的自适应暂态下垂控制和PQ控制相结合的协调控制策略。利用PSCAD/EMTDC进行仿真实验,仿真结果验证了所提自适应下垂控制方法的正确性和微电网协调控制策略的有效性。     

系统惯性时间常数对互联电网暂态稳定水平的影响

由于区域电网的互联,整个系统的惯性时间常数将会发生明显变化,继而会影响整网的暂态稳定水平。基于暂态能量函数法,通过对等值2机系统进行数学推导并作暂态稳定分析,研究了系统在各种运行方式下,2端机组惯量变化对电力系统暂态稳定水平产生的影响,比较了两端机组惯量变化分别对系统暂态稳定性的影响,并发现了系统机组惯性时间常数对系统暂态稳定水平造成的影响与系统的负荷水平及初始工况有关。在理论分析的基础上,结合相关算例在各种运行方式下进行了仿真研究,仿真结果验证了分析结果的正确性。     

基于RTDS-PXI的电磁-机电暂态混合实时仿真研究

提出了基于RTDS-PXI的电磁-机电暂态混合实时仿真方案,其采用并行的数据交互方式,将运行在RTDS上的电磁暂态程序和自主开发的机电暂态程序通过PXI进行实时接口,实现了电磁-机电暂态混合实时仿真。最后在搭建的RTDS-PXI混合实时仿真平台上进行了与小规模全电磁暂态仿真的对比分析,结果表明所提出的方案是可行、有效的。     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。