基于根匹配的移频电磁暂态建模与仿真

现有的大步长移频电磁仿真方法在仿真电网故障等非稳态情况时存在准确性问题。首先分析传统移频电磁暂态仿真方法在仿真非稳态工况时精度较差的原因。进一步,提出一种基于根匹配技术的改进移频电磁暂态仿真方法,并理论分析所提方法的精度优势。基于该方法,构建交流电网部分元件的根匹配–移频电磁暂态模型。最后,通过IEEE 39节点系统算例测试,验证所提根匹配–移频电磁暂态仿真方法的准确性。     

电力系统移频电磁暂态仿真原理及应用综述

高效、精确的电磁暂态仿真是支撑电力系统运行和控制的关键技术.为了解决传统电磁暂态仿真中速度和精度之间的矛盾,提出了移频电磁暂态仿真方法.文中对移频电磁暂态仿真理论的关键技术进行梳理并对其中存在的部分问题进行分析.首先,介绍移频电磁暂态仿真的原理.然后,依次对移频电磁暂态仿真中的3个关键点进行分析,包括复数信号的构造方法...     

相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态建模与仿真

同步电机是电力系统中重要的发电设备,其暂态模型是否准确直接影响系统仿真精度。为满足电力系统低频-高频不同速率暂态过程准确、快速仿真的需求,提出了相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态仿真模型。首先,基于希尔伯特变换与坐标变换,采用解析信号重构了同步电机方程。引入移频变换,建立了离散化的诺顿电路等效暂态仿真模型。模型具有直接的机网接口。进一步通过添加额外的虚拟绕组并提出虚拟绕组参数设置方法,使电机模型导纳矩阵为恒导纳矩阵,避免了每个时间步长需更新系统导纳矩阵的问题。所提出的电机模型通过设置不同的时间步长、移动频率、虚拟绕组参数,能够同时实现准确的高频暂态过程仿真和高效的低频暂态过程仿真。最终,通过与传统电磁暂态仿真模型的对比,验证了所提出相域模型的准确性与高效性。     

大规模交直流电力系统电磁暂态仿真高效建模方法EI北大核心CSCD

为克服机电暂态仿真无法描述交直流混合电力系统非基波或不对称特性的局限性,急需高效的大规模电力系统电磁暂态建模方法。针对实际高压直流输电换流站主接线方式,文章首先简化了阀组模型并说明了对应简化模型的输电线路模型,大大减少了模拟换流站而利用的计算资源;其后介绍了适用于基于文本转换的电磁暂态快速建模技术的模型定义方法,该模型充分利用了矩阵计算,易于初始化且提高了计算速度。以一个两区四机系统验证了采用所提简化直流模型的精确性与自定义模型的有效性,以南方电网主网等值系统为例说明了大电网电磁暂态建模的步骤,并提出了提高机电暂态仿真精度的建议。     

特高压GIL绝缘击穿时暂态电压时频特征分析EI北大核心CSCD

为研究特高压气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)在交接耐压试验和运行时绝缘击穿激发的暂态电压特征,利用在1100 kV苏通GIL综合管廊工程安装的超宽频暂态电压监测系统,准确测量了GIL在耐压试验和运行时绝缘击穿所产生的暂态电压。分析了GIL在不同工况下典型绝缘击穿所产生暂态电压时域波形的持续时间、变化陡度以及幅值衰减特征。通过傅里叶变化分析了暂态波形的频域特征,发现特征频率与故障位置紧密相关。最后通过连续小波变换分析了暂态电压的时频特征,发现陡变电压的瞬时频率均超过了3 MHz,可通过暂态电压的时频分布图准确判断GIL是否发生次生放电。通过对暂态电压时域和频域特征分析,有助于弄清GIL绝缘故障时暂态电压行波激发及传播特征,准确评估暂态电压对GIL的绝缘危害,提高特高压GIL运行的可靠性。     

基于正序分量的距离保护算法

提出了一种利用线路双端正序量的距离保护算法,该算法由故障后线路两端的电压、电流向量的正序分量,经简单计算即可得出故障点的距离。EMTP仿真表明,该算法有较高的精度。     

基于BPL算法的AC-(LCC)DC系统全电磁暂态快速仿真方法EI北大核心CSCD

对AC-(LCC)DC混联电网的全电磁暂态仿真计算,数值积分过程中将面临频繁的间断现象。现有的电磁暂态仿真计算主要是采用隐式梯形积分方法,但隐式类积分方法在面临间断问题时计算效率很低。为解决此问题,该文将Borel-Padé-Laplace(BPL)算法引入AC-(LCC)DC系统的全电磁暂态数值仿真计算,提出一类新的全电磁暂态计算方法。与传统的数值积分类方法不同,BPL算法是将Borel-Laplace变换与经典的Padé逼近相结合的一类新的渐近数值方法。采用含2条LCC-HVDC输电线路的3机9节点AC/DC系统作为算例系统,以PSCAD/EMTDC的仿真结果为基准,对提出的新方法进行测试。算例测试结果表明:基于BPL算法的全电磁暂态计算方法可以避免传统隐式类积分方法所面临的问题,在计算效率上具有明显的优势。     

基于正交信号和延迟采样周期的电网序分量实时检测方法EI北大核心CSCD

随着我国新能源装机容量逐渐增加,电网稳定运行能力受到了巨大挑战。而新能源系统主动支撑电力系统运行技术的关键是在不对称电网环境下快速准确地检测电网序分量。据此,该文从数学上推导出一种基于正交信号和延时采样周期的序分量开环检测方法。首先,使用正交信号构造法在同步旋转坐标系下构建电网电压的正交信号,之后将电压延时采样信号、电网电压及其正交信号使用提出的数学运算规则,实现快速准确地提取序分量。其次,为了消除检测方法在动态响应时间内造成的波动,提出一种计算误差规避方法,通过判断电网电压信号实时状态来规避计算误差。当电网电压不对称时,该方法可实现快速精确地提取正、负序分量的幅值和相位,动态响应时间小于3ms。最后,仿真实验结果证明了所提出方法的正确性和实用性。该方法具有响应速度快、精度高、易于实现的特点,为新能源系统主动支撑电网提供了保障。     

基于故障暂态行波高低频能量比值的交流输电线路快速保护方案EI北大核心CSCD

新能源电力系统中大量电力电子装置的应用使得基于工频量的保护方案难以适用,暂态量保护方案的优势更加凸显。现有暂态量保护存在阈值整定困难、区内末端高阻故障情况下容易拒动的问题。针对以上问题,该文首先分析了线路不同位置发生故障时行波的传输路径,推导了电压行波的表达式,明确了不同位置发生故障时行波的频率分布规律。在此基础上,采用时频分析能力更好的小波包变换提取故障暂态特征,并在暂态能量中引入频率信息以放大高频分量的影响,增大区内、外故障时高低频暂态能量的分布差异,进而提出利用高低频能量比值进行区内外故障识别的新方案。新方案无需复杂的阈值设置,采用高低频能量比值方式削弱了过渡电阻和故障距离对保护判据的影响,最后基于PSCAD/EMTDC仿真验证了新方案的有效性和可行性。     

大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究(三):电磁暂态模型EI北大核心CSCD

在对含新能源接入的电力系统进行仿真分析时,往往需对新能源场站进行等值建模,其中电磁暂态模型的应用场景可分为大扰动和小扰动2类电网问题,目前在适用于2类场景的等值建模方面缺乏系统性论述。该文以风电场作为重点研究对象,首先在阐述大扰动的等值原则和方法的基础上,从理论上分析功率水平对直驱风机(direct drive permanent magnet synchronous generator,PMSG)、光伏(photovoltaic,PV)和双馈风机(doubly fed induction generator,DFIG)频域阻抗特性的影响,从而明确按风速/光照度、功率或风机转速进行等值的合理性。其次,从多频段稳定问题需求出发,研究汇流线路阻抗及机组扩容方式对等值精度的影响;在此基础上,总结兼顾大扰动和小扰动场景的值建模方法,提出1~4机新能源场站模型结构,分析等值机台数对于等值精度的影响。最后,针对不同扰动场景进行时域仿真分析,验证所提等值建模方法的有效性。     

基于机电暂态-电磁暂态混合仿真的电网合环分析计算系统

为了提高电网的安全运行,开发了基于机电暂态-电磁暂态混合仿真原理的电网合环分析计算系统。利用机电-电磁混合仿真原理,提出了基于最大级数搜索算法的电磁网络自动划分方法,实现了机电暂态模型自动转换为电磁暂态模型的功能,并完成了地理图与厂站图相关联的功能,方便用户操作的同时提高了合环计算结果的准确性。利用开关统计功能,可以得到系统不同时刻的合环情况。通过对新疆喀什地区电网的合环仿真计算,其结果表明该系统能够提高合环操作的准确性,为合环操作提供了重要依据。     

基于GPU的电磁暂态仿真可行性研究

由于CPU体系结构的制约,基于CPU的电磁暂态仿真正面临性能提升的瓶颈。近年来,GPU因其巨大的计算潜力在通用计算领域正受到越来越多的关注。从硬件结构和软件编程两个方面分析了GPU计算的特点,设计了基于CPU-GPU混合编程模型的电磁暂态仿真程序并构建了原型仿真系统。测试结果表明,当系统规模不断扩大时,GPU在电磁暂态仿真中的效率优势将越来越明显。在此基础上,结合仿真中关键环节的耗时情况,分析了影响仿真性能的关键因素,提出了改进GPU仿真效率的若干对策。     

基于机电-电磁混合仿真的暂态电能质量分析系统

单独采用机电暂态或电磁暂态仿真难以满足大电网背景下电能质量仿真分析的要求,采用机电-电磁暂态混合仿真技术进行电能质量分析解决了这一难题.基于机电-电磁暂态混合仿真的电能质量分析系统对能够详细分析的元件或区域采用电磁暂态模型,而与其相连的交流大系统采用机电暂态模型.详细介绍了该系统的结构和功能,并通过实例应用证明:该系统能满足机电-电磁暂态混合仿真的电能质量分析要求,为电能质量仿真分析又增添了一种技术手段.     

VSC-HVDC输电系统的电磁暂态建模与仿真

基于电压源换流器(VSC)的新型直流输电(VSC-HVDC)系统技术优点很多,建立能够准确描述VSC-HVDC动态特性的详细模型及仿真算法对该项输电技术的深入研究具有重要意义,还可为含有VSC-HVDC的电力系统机电、电磁混合仿真奠定基础。为此首先分析了VSC-HVDC的工作原理;利用隐式梯形积分法建立了双端VSC-HVDC的详细电磁暂态仿真模型,并利用一阶惯性环节模拟锁相环测量了VSC交流母线电压相位的动态特性;鉴于对应VSC-HVDC电磁暂态模型的差分方程为右端项含有待求变量的隐式方程,提出了相应的迭代求解数值计算算法。在VSC交流母线电压幅值和相位突变的条件下,通过与PSCAD/EMTDC中所建VSC-HVDC仿真电路电磁暂态响应的对比,验证了VSC-HVDC电磁暂态模型及其数值计算算法的正确性。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统多尺度暂态建模与仿真研究（英文）

针对基于电压源转换器的高压直流(high voltage direct current based voltage source converter,VSC-HVDC)输电系统,该文提出电磁暂态–机电暂态多尺度建模方法并验证多尺度仿真算法的准确、快速和灵活性。该模型采用频移分析(shifted-frequency analysis,SFA)等多尺度建模方法。首先推导移频(shifted frequency,SF)域和dq域之间的解析变换关系,并提出用于系统特性分析的VSC移频多尺度模型;其次,选择性插入π模型获得直流输电线的多尺度暂态模型;最后,通过调整仿真参数,如仿真时间步长和移动频率,使得建立的模型能够灵活仿真具有多个时间尺度和不同网络位置的各种暂态。采用两端和五端VSC-HVDC输电系统作为算例,仿真结果对比表明,提出的模型和算法能够精确模拟高频暂态,快速仿真慢变化暂态,降低计算成本。此外,多尺度模型还可提高VSC-HVDC输电系统电磁–机电暂态混合仿真的灵活性。     

基于VSC-MTDC的平均值建模与控制策略EI北大核心CSCD

针对基于电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电(multi-terminal HVDC transmission,MTDC)系统的电磁暂态仿真中,每一个VSC均包含多个电力电子器件,同时采用脉宽调制技术,势必增加VSC-MTDC仿真系统的数学计算量的问题,提出了一种VSC平均值模型替代VSC详细模型,以简化仿真系统。基于VSC平均值模型的简化方法,即:忽略变流器输出电压中的所有高次谐波,以受控电压源替代变流器输出,以虚拟受控电流源表征交/直流接口关系。最后,通过搭建三端VSC-MTDC输电仿真系统,对比了所提出的平均值模型与详细模型在各个工况下的系统响应,仿真结果表明,VSC平均值模型与详细模型在不同工况下,两者的系统动态响应基本一致,采用平均值模型系统仿真速度更快,仿真效率更高。     

基于Elastic Net的暂态稳定裕度在线评估EI北大核心CSCD

随着电力系统规模的扩大和新能源技术的广泛应用,电力系统暂态稳定特性更加复杂,在线暂态稳定裕度评估面临严峻挑战。提出一种基于Elastic Net的电力系统暂态稳定裕度在线评估的新方法。该方法无需计算形成输入特征,直接面向量测数据,将系统稳态运行节点电压幅值与相角作为样本特征,利用Elastic Net算法完成特征筛选并构建量测数据与故障极限切除时间之间的映射关系,进一步将原始特征映射至高维空间以提高预测模型的准确性。最终,实现根据系统稳态运行信息对暂态稳定裕度的快速预测。对接入风电场的新英格兰39节点系统和IEEE 118节点系统进行算例分析,结果表明,该方法通过少量数据训练即可有效筛除无关特征并具有较高的预测精度。     

基于小波变换提取暂态直流分量故障选相原理的研究

将三相故障电流载入一维离散小波分析工具箱中,利用Haar和Daubechies小波对其进行分解.Haar小波分解提取的直流分量和Daubechies小波分解获取的直流分量变化趋势图,都可判断出故障相.通过MATLAB/SIMULINK仿真,验证了此二种选相方法的有效性.     

主从控制微电网孤岛切换暂态振荡分析与抑制EI北大核心CSCD

针对微电网孤岛切换暂态稳定性问题,提出暂态振荡因素分析方法及其抑制策略。通过分解孤岛切换暂态过程,分析诱发主逆变器不稳定性的因素,构建了由系统级控制层与逆变器控制层组成的双层控制系统。最后,根据主动与被动孤岛切换的特点,分别提出了相应的孤岛切换策略,提升切换过程中暂态稳定性及其恢复速度,实现抑制孤岛切换暂态振荡的目的。仿真结果表明,即使微电网中主逆变器容量比例较低,所提控制策略仍可较好地实现孤岛平滑切换,提高了微电网供电的稳定性与可靠性。     

基于GPU的电磁暂态并行仿真研究

随着电力系统大量高压直流、新能源、柔性交流输电系统的接入,传统电磁暂态仿真由于步长小、仿真速度慢,已无法满足大规模系统的仿真需求。近年来,图形处理器(GPU)在高性能计算领域发展迅速,通过GPU优化从而提高电磁暂态仿真计算效率成为可能。本文在研究了GPU结构特点后,提出了一种适用于电磁暂态仿真线性方程组的并行LU分解算法,从三个方面对传统算法进行了加速。通过和基于CPU的传统算法的仿真结果对比,证明了本算法的优越性。