交直流大电网混合实时仿真（SMRT）平台研发与工程应用

为更准确、高效地研究南方电网受端多回直流换相失败、交直流复杂电网交直流相互影响、受端电网电压稳定和交直流电网稳定控制等问题,提出了研发基于RTDS实时仿真器与并行计算机联合闭环运行的电磁暂态-机电暂态混合实时仿真平台（supermixedreal-timesimulation,SMRT）。系统阐述了SMRT平台的架构和关键技术,即大规模电网实时机电暂态仿真技术、电磁与机电暂态全序量交互技术、RTDS与计算机仿真接口的数字化高速通信技术等。介绍了其在南方交直流互联大电网复杂系统运行分析、控制研究及运行人员培训中的应用。     

SMRT交直分网混合实时仿真接口关键技术与实现

基于实时数字仿真( real-time digital simulation, RTDS)和数字计算机接口的电磁暂态、机电暂态混合实时仿真( super mixed real-time simulation, SMRT),深入阐述了电磁暂态、机电暂态两种模式的仿真平滑接口的关键技术,包括接口交互系统稳定性分析与稳定方法、实用低频段接口等效阻抗、基于超前估算的接口交互方法、三序分立电流注入不对称接口方法和闭环自校正三序基波功率计算方法。案例分析和方案整体验证证明SMRT已基本满足交直流大系统暂态综合过程仿真分析的需求。     

基于并行计算机/RTDS的混合实时仿真不对称故障接口交互与实现

针对"并行计算机+RTDS"的SMRT混合实时仿真平台,提出用于三相不对称处理的混合实时仿真接口三序电流分立注入法和电磁暂态侧接口三序功率初始自校正计算方法,研发实现了电磁-机电暂态混合实时仿真中全序量交互,扩展了SMRT混合实时仿真平台不对称故障仿真模拟功能,经SMRT电磁-机电混合实时仿真与RTDS电磁暂态实时仿真的对比测试验证表明,两者仿真结果具有较高的吻合度。     

交直流混联大电网仿真技术现状及面临挑战

随着我国特高压交直流工程陆续投运,系统“强直弱交”问题突出,交直流、多直流、送受端之间的交互影响日益显著,电网运行复杂度迅速增加,对电网仿真的规模、精度和速度提出了更高要求。从电力系统建模、多时间尺度仿真、数模混合实时仿真3个方面梳理了仿真技术现状,针对交直流混联大电网发展需求,分析了仿真技术面临的挑战。指出提高直流、新能源、柔性交流输电系统（flexible alternative current transmission systems,FACTS）和负荷等复杂模型的建模精度,扩大电磁暂态仿真规模,提高大规模电网仿真效率,将是提高大电网仿真能力的研究重点。     

大规模交直流电网电磁暂态数模混合仿真平台构建及验证：(一)整体构架及大规模交直流电网仿真验证

随着中国特高压交直流电网快速发展,交直流、多直流之间相互影响加剧,电网安全运行面临严峻挑战,对仿真工具的性能提出了更高的要求。对接入实际直流工程的控制保护装置进行数模混合仿真是当前对大规模交直流系统动态特性进行仿真所采用的较为准确的仿真手段。文中在原有数模混合仿真技术基础上,提出了适用于研究大规模交直流混联电网运行特性的新一代数模混合仿真平台构建方案。该方案以大规模电磁暂态实时仿真软件HYPERSIM和超级并行计算机SGI为数字仿真核心,接入全部在运直流工程的控制保护装置及其他类型电力电子控制保护装置,解决了大规模特高压交直流电网高精度仿真试验研究的难题,并且实现了同时接入8回直流工程控制保护装置、电磁暂态仿真规模超过6 000节点的数模混合实时仿真。通过对实际电网故障的反演和结果对比,验证了所构建仿真平台方案的有效性。     

大电网特高压直流系统建模与仿真技术

未来15年内,中国电网将是一个具有20多回超/特高压直流输电系统的交直流并列运行的特大型特高压电网,大电网的建模、仿真及分析技术遇到了严重挑战。该文讨论大电网特高压直流系统仿真建模技术的最新进展及研究方向,并介绍中国电力科学研究院系统所正在开展的电磁暂态/机电暂态混合仿真技术研究工作及直流控制系统详细建模工作,将其应用于工程实际后,将对中国电网未来的规划、运行及科研工作中的大电网特高压交直流系统仿真分析带来巨大突破。     

直流机电暂态与电磁暂态模型在低频振荡分析中的比较

对交直流混合运行系统进行低频振荡分析时,直流系统通常采用机电暂态仿真模型。介绍了直流系统的机电暂态和电磁暂态两种仿真模型,在电力系统全数字仿真装置（ADPSS）平台上建立了EPRI36系统和某实际电网系统的机电暂态模型和机电-电磁暂态混合仿真模型,分别用于低频振荡分析。采用基于总体最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计（TLS-ESPRIT）算法,分析故障后的振荡功率信号。提取低频振荡主导振荡频率、阻尼比等信息进行模态分析,并对分别利用两种仿真模型进行仿真得到的低频振荡分析的结果进行比较。结果表明,直流线路分别采取两种仿真模型时,仿真结果较为吻合,低频振荡分析的结果基本相同,机电暂态模型具有较高的实用价值。     

大电网仿真工具现状及其在华北电网推广应用的思考

常规的机电暂态仿真工具在分析交直流故障引起直流送/受端电压失稳、多电压源换流器与交流电网间相互作用产生的宽频振荡等问题方面略显不足,难以准确模拟直流系统的动作行为,影响实际电网运行控制措施的制定。调研用于大型交直流混联电网仿真工具的现状,并提出在华北电网推广应用的工作思路。首先,简要介绍了目前成熟、可行的大型交直流电网仿真技术;然后,重点分析了国内大型交直流电网仿真工具在模型开发、参数维护、用户体验不友好等方面的现状,突出描述了机电-电磁混合、数模混合、全电磁仿真工具在核心技术自主研发方面取得的成就以及在调度生产机构推广应用中的不足之处;最后,结合华北电网的生产需求,明确了各种仿真工具目前在华北电网的定位并提出了后续的工作思路。所做工作对其他调度生产机构也具有一定的借鉴作用,可提高对大型交直流混联电网的掌控能力,间接提高各仿真工具的实用化水平。     

基于ADPSS的宁夏电网多直流系统机电-电磁混合仿真对比研究

灵绍和昭沂特高压直流输电工程投运后,宁夏电网将成为我国又一高比例风火打捆外送直流送端电网。为了准确分析交直流间相互作用以及直流受端扰动对送端的影响,在ADPSS软件中建立了宁夏电网多直流系统的机电-电磁混合仿真模型,包括西北电网机电暂态仿真模型和宁夏电网三回直流的详细电磁暂态模型。针对送受端电网不同故障类型,评估了混合仿真和纯机电暂态仿真方法下电网受扰响应行为的差异,研究结论对于电网分析计算和制定安全稳定控制措施时选择适用的工具具有参考意义。     

含多馈入直流的广东电网EMTDC仿真建模

为研究含多馈入直流的交直流电力系统相互作用及其交流继电保护的影响,以广东电网4条直流和500 kV主网架为背景,利用EMTDC仿真平台,研究了大规模交直流电力系统电磁暂态仿真需要同时解决的精度和效率问题,提出了仿真规模、模型选取、网络等值的原则和方法,尤其对接入220 kV交流系统的天广直流特殊落点接入方式进行了详细分析.在稳态和暂态层面将仿真结果与实际电网数据相比对,并重现了实际故障过程,可反映大电网主网架结构及多直流接入的动态特征,从而验证了文中方法的有效性和可信性.基于该仿真平台,对当前广东电网中可引发直流换相失败和暂态功率倒向的大量故障进行了仿真研究,给出了交直流电力系统相互作用的影响范围,从而为现场开展此类研究提供了一个有效的分析手段.     

交直流大电网数模混合仿真系统的并行计算效率研究

国家电网仿真中心基于SGI Altix 4700超级计算机及全数字实时仿真软件Hypersim建立了交直流大电网数模混合实时仿真系统,Hypersim应用LDU分解算法求解节点电压方程,对网络进行分网并行计算,分析了影响仿真系统并行计算效率的因素。三华电网仿真结果表明,该仿真系统能够满足大电网实时仿真要求,具有较高的并行计算效率。     

南方电网安防演练与培训实时仿真系统研发初探*

南方电网已建成的交直流大规模并列电网实时数字仿真系统已应用于南方电网的工程建设和运行支持,为南方电网安全防御演练与培训系统的建设打下了良好的基础。阐述了南方交直流电网安防演练和培训实时仿真系统建设的总体设想,分别就系统建设的可行性、基本框架和关键技术攻关等方面进行了讨论     

基于实时数字仿真器的云广特高压直流系统孤岛运行仿真

云广特高压直流系统输送功率大,送端换流站远离电站而且靠近云南电网昆明负荷中心,交流系统相对较弱,特高压直流系统在失去与云南主网相连的全部500kV联络线后,系统将进入孤岛运行方式。为此,采用实时数字仿真器和特高压直流保护控制软件搭建了详细的实时闭环仿真系统模型,对云广特高压直流系统进入孤岛运行过程进行仿真分析,研究云广直流系统进入孤岛方式运行交直流系统的暂态稳定性能,并对交流系统和直流系统故障过程进行了仿真,分析系统故障后交流系统电压和频率的暂态特性以及交直流控制系统的动态性能。通过仿真验证了云广特高压直流在孤岛运行方式下,系统仍具有良好的动态性能,对实际的工程具有重要指导意义。     

适应电网与仿真技术发展的交直流电网动态等值

随着特高压交直流同步大电网的建设,原有的区外等值方案已经不能满足工程实际的需求。而从实际应用而言,只有电磁暂态仿真存在对电网等值简化的需求,且随着实时仿真技术和能力的提高,对于仿真规模的要求也在放宽。根据电网及实时仿真能力的发展,提出了新条件下的区内等值原则。按照新的等值原则,对2015水平年华东电网进行了等值研究。对华东电网等值研究的结果表明,采用该原则等值后的华东电网,在大幅缩减电网规模的同时很好地保留了原网的潮流及暂态特性,可应用于电磁暂态实时仿真研究。     

电力系统数模混合仿真技术及发展应用

近年来,特高压电网快速发展,大规模交直流混联带来电网特性深刻变化,对电力系统仿真提出更高需求。电力系统数模混合仿真能够较精确地模拟交/直流电力系统的运行特性和动态过程,是研究大规模交/直流电网运行特性的重要方法,其特点是仿真精度高、速度快,是认知大电网运行机理特性的基础平台,但混合仿真响应的建模相对复杂,规模有一定局限。从电力系统数模混合仿真技术及发展应用等多方面对电力系统数模混合仿真技术进行了深入描述,对电力系统数模混合仿真的功能及应用范围进行了详细介绍,并结合未来我国特高压大电网发展需求,提出电力系统数模混合仿真技术的发展方向。     

交流系统强振荡期间直流输电控制保护响应仿真

目前,针对交直流混联大电网中交流系统失步振荡期间,直流输电控制保护响应特性的研究鲜见。文中通过PSCAD仿真和实时数字仿真（RTDS）,分析了交直流混联大电网系统中交流电网强振荡时直流输电控制保护系统的响应特性。仿真中,交流电网包括真实电网和虚构电网,直流输电系统包括单一直流和多馈入直流。仿真结果表明,直流输电系统在振荡前2个周期内不会闭锁,稳定控制系统有充足的处理时间。直流控制保护系统的非线性特性造成2个极闭锁时间存在差异,有利于避免双回、双极同时闭锁。振荡期间直流控制保护系统的调节和换相失败造成直流输送功率大幅度波动。     

电力系统全数字实时仿真装置

电力系统全数字实时仿真装置是基于高性能机群服务器、具有我国自主知识产权的全数字实时仿真系统。该仿真装置利用机群的多节点结构和高速本地网络,采用并行计算技术对计算任务进行分解,并对进程进行实时和同步控制,从而实现了大规模复杂交直流电力系统(1 000台发电机、10 000条母线)的机电暂态实时仿真和机电–电磁暂态混合实时仿真以及外接物理装置试验。该仿真装置具有性价比高、扩展性好、软硬件接口灵活多样等特点,可连接调度自动化系统以接收系统在线数据,接入PSASP用户自定义模型或MATLAB/Simulink模型进行局部和子任务计算,通过A/D和D/A转换接口接入控制保护物理设备进行闭环仿真试验。目前国内多家单位已应用该仿真装置,开展了电力系统故障再现分析,继电保护、安全自动装置和直流输电控制装置等的试验研究,大系统安全稳定运行及控制策略研究等工作。应用表明该仿真装置运行可靠、计算结果准确,在科学研究、教育培训和生产运行实践中起到重要作用。