选择型直流输电控制系统实用机电暂态建模与参数校核方法

目前,国内高压直流输电技术分为两类:一是基于ABB、南瑞技术路线的限幅型直流,二是基于SIEMENS、许继技术路线的选择型直流。前者已有成熟机电暂态仿真模型,而后者尚缺乏深入研究,通常以限幅型模型近似代替,仿真结果与实际尚有一定差距,难以满足电力系统安全稳定计算的需求。该文在总结直流输电系统机电暂态建模原则的基础上,建立了选择型直流的精细化模型;利用轨迹灵敏度筛选出需校核参数,提出了基于实测数据的关键参数校核方法;并在中国通用的电力系统暂态稳定程序(powersystem department power tools-swing transient,PSD-ST)中开发实现,最后利用厂家电磁暂态仿真结果验证了模型的正确性。该文成果可改善直流控制系统模型缺失、仿真能力受限问题,有效提升机电暂态仿真程序的仿真精度。

基于动态虚拟电抗的虚拟同步机系统有功环电压动态补偿策略

为解决新型电力系统中的虚拟同步机(Virtual synchronous generator,VSG)在电网电压跌落时出现的功角暂态失稳和过电流问题,对采用VSG控制的并网换流器暂态控制策略进行了改进。为降低故障期间有功功率的参考值进而实现VSG的功角暂态稳定控制,根据VSG的功角特性、有功功率参考值与功角稳定性之间的关系,引入电压动态补偿,并利用相图曲线理论分析了控制策略参数选取对暂态稳定的影响。为限制故障发生瞬间和故障切除瞬间的冲击电流、保证故障期间VSG系统的暂态功角稳定、实现故障限流,提出了一种以指数形式变化的虚拟电抗模型,确定了虚拟电抗的投切参数。仿真实验结果验证了改进策略的有效性。

适用于大电网动态仿真的电化学储能电站多场景仿真建模及应用

新型电力系统中储能装机规模的大幅提升,为电化学储能电站参与电网多样化调控功能提供了基础。针对储能电站缺乏一套完善可靠的适用于大电网的仿真模型问题,开展了储能电站机电暂态及中长期动态仿真的建模研究及程序开发,覆盖了正常工况、故障穿越工况、频率支撑以及参与自动发电控制系统(automatic generation control,AGC)二次调频等储能参与大电网调控的典型应用场景。提出了故障穿越期间的功率控制策略模型以及储能参与AGC二次调频模型,并基于实际工程录波曲线及某省级电网案例完成了仿真模型的正确性对比及功能性验证。仿真结果表明,所构建的仿真模型可以适用于大电网多场景的动态仿真,并具有较高的准确性。

双馈风力发电机组的电磁暂态-机电暂态混合仿真研究

为深入分析双馈型风力发电机组的动态响应,基于双馈风机的运行原理,建立了双馈风机的电磁暂态模型,并进行了电磁暂态–机电暂态混合仿真研究。在自主开发的大型电力系统分析软件包混合仿真平台(power system department-power system model,PSD-PSModel)中实现了双馈风机的混合仿真功能,建立了双馈风机的基本模型框架。采用单台机等值模拟风电场,并利用IEEE 14节点算例进行了详细的仿真研究,分析了其控制策略和暂态过程中的动态响应。便于今后与风机制造厂家合作建立实际风机的详细电磁暂态模型,为深化研究风电机组对电网稳定的影响提了供有力的技术支持。

适用于电力系统全过程动态仿真的风电机组典型模型

风电的随机波动性给电网的规划运行带来了不利的影响。针对目前国内在风电仿真分析时使用的模型所存在的问题,包括机电暂态特性仿真不够准确且缺乏中长期动态仿真等,建立了适用于电力系统全过程动态仿真的典型风电机组模型。该模型包括反映风电机电暂态特性的发电机和换流器控制模型、低电压穿越控制策略和保护模型,以及反映风电中长期动态特性的风速波动和有功控制模型。该模型能够对风电机组机电暂态特性,特别是低电压穿越过程的运行特性进行准确地仿真;通过设置风速波动输入,能够较准确地模拟风电机组出力的长时间变化过程及其对电网造成的影响。通过与大电网实测数据的仿真对比,验证了风电机组模型在机电暂态和中长期动态仿真中的有效性。

间歇式电源并网系统的中长期特性仿真研究

间歇式电源的大规模发展及并网运行,在带来巨大经济效益的同时,也给电网中长期过程的频率稳定和有功平衡带来了巨大的影响。在间歇式电源机电暂态模型的基础上,对风电、光伏中长期自动发电控制(automatic generation control,AGC)子站进行建模,该模型可以接受调控中心AGC总站的调度命令,对间歇式电源进行功率调节。然后,利用甘肃电网的某典型日负荷、风速及光照曲线,深入分析了间歇式电源的波动特性及风光互补特性,验证了上述模型具有模拟中长期频率波动的能力。在此基础上,以平抑间歇式电源带来的联络线功率波动为目标,对机组出力计划、二次调频系统等控制策略的效果进行了分析。最后通过仿真计算论证了机组出力计划和AGC系统具有平抑间歇式电源功率波动性的作用。

半隐式延迟解耦电磁暂态并行仿真方法(一):原理及交流分网与并行

随着电力系统的日渐电力电子化,传统的电磁暂态仿真方法已难以满足快速求解的要求,而分网与并行计算是提高仿真效率的一个有效途径。针对现有电磁暂态仿真分网与并行方法的不足,该文提出一种基于半隐式延迟解耦特性的分网与并行方法,具有分网方式灵活,易于并行的特点。首先从系统状态空间方程出发,应用矩阵分裂技术,对系统状态变量进行分组。然后通过对不同变量组采用不同的积分形式,建立变量组之间的半隐式时间延迟格式,实现变量组之间的时间解耦;进而基于该半隐式延迟解耦格式,设计电磁暂态仿真的分网策略,构建相应的并行计算流程。最后通过算例验证所提方法的准确性和有效性。

电力系统动态仿真数值积分算法研究综述

随着电网系统的不断发展,仿真时间长、电网规模大、计算准确性要求高以及在线仿真速度快对电力系统动态仿真提出了更高的性能要求。数值积分算法是高性能仿真分析最重要的环节。文章围绕数值积分算法的3个性能指标,从积分格式、算法特性、仿真应用以及研究动态4个方面,对应用于电力系统动态仿真的经典积分算法(欧拉方法及其变形、梯形积分方法及其变形、Runge-Kutta法、线性多步法)和新型积分算法(Taylor级数法、矩阵指数法、配点法)进行了综述,分析了各算法的特性和优缺点。文章指出梯形积分法应用最为广泛,但在中长期仿真过程中Gear方法更受亲睐;而新型积分算法由于具备高阶精度和良好的数值稳定性,可以为电力系统高性能动态仿真计算提供参考。

基于功角等效法的网络代数方程求解预处理方法

矩阵预处理是提高电力系统动态仿真中网络代数方程组求解收敛性和求解效率的有效方法。该文推导了网络代数方程的预处理求解方法的通用迭代格式,得到了分离等效法和具有更好收敛性的功角等效法预处理迭代形式。利用通用迭代格式,基于迭代矩阵谱半径的概念揭示了求解过程的迭代收敛性机制,提出了衡量谱半径大小的评价指标,避免了求取矩阵谱半径的复杂计算。基于IEEE标准10机39节点系统,对比分析了直接求解法、分离等效法和功角等效法的仿真有效性、迭代收敛特性以及仿真效率。结果表明,相比于分离等效法,功角等效法具有更好的求解性能,其迭代次数和计算时间分别减少了33.29%和27.91%。所提的预处理技术具有良好的实用前景。

基于SDC的电力系统高精度动态仿真方法

动态仿真数值计算结果的准确性对电力系统规划运行具有重要的意义。该文提出一种具备辛特性的谱亏损校正(spectral deferred correction,SDC)积分方法应用于电力系统动态仿真。该方法在低阶积分方法的基础上,结合Gauss型正交多项式插值构造一种高阶谱积分校正量,并采用迭代的方式对低阶计算结果进行校正,从而获得高阶收敛精度和大步长仿真能力。在采用交替求解法时,该方法具备很好的程序兼容性,易于完成现有仿真程序的改造。该文基于一个小系统验证SDC方法的高精度收敛特性和辛特性,并基于全过程动态仿真程序PSD-FDS,针对IEEE标准140节点系统对比分析SDC方法和梯形积分方法在不同步长下的仿真特性。结果表明SDC方法仿真结果更加准确可靠,不仅具有高阶收敛精度,还能够有效克服梯形积分方法在长时间计算过程中存在的累积误差和相位滞后问题。

电池储能参与电网一次调频的自适应综合控制策略研究

为充分发挥储能参与一次调频的优势,在虚拟惯性控制及下垂控制的基础上,通过分析储能参与电网一次调频的动态特性,提出一种跟随荷电状态(state of charge,SOC)变化和最大频率偏差动态调整出力的自适应综合控制策略。该策略在负荷扰动初期采用正虚拟惯性控制模拟发电机惯性响应;在频率恢复期提出可变系数的负虚拟惯性控制,综合考虑频率恶化程度(最大频差)和SOC动态调整负虚拟惯性控制出力以加快频率恢复;在整个调频期内采用基于双曲正切函数特性的变系数下垂控制,下垂系数的大小与SOC有关,可在保证调频需求的同时兼顾电池容量的保持效果。最终形成以正/负虚拟惯性控制改善储能调频动态特性为主、下垂控制改善储能稳态特性为主,3种方法互相配合的综合控制策略,并提出电池储能参与一次调频的评价指标。最后在Matlab\Simulink中搭建了区域调频模型,分别对阶跃负荷扰动和连续负荷扰动进行仿真,验证了策略的有效性。

知识-数据混合驱动的电网频率协同控制算法

可再生能源对传统同步机组的持续替代在加剧电源侧功率波动的同时,还显著降低了系统整体惯量水平,进而对电网的频率稳定造成了严峻挑战。针对新形态下电网频率控制难题,提出了一种“集中式训练、分布式执行”的知识-数据混合驱动算法以实现含储能的多机系统对频率偏差的快速协同响应。该算法采用演员-评论家架构,以深度策略网络作为演员,构建起本地信息与控制器动作的映射关系;以系统频率偏差和发电机/储能系统出力关于控制器输出动作的策略梯度解析表达式构建评论家,辅助深度策略网络参数的离线训练。训练完备的各智能体(深度策略网络)可以仅依赖本地状态信息实现发电机和储能系统间兼顾快速频率响应与整体调频成本的实时协同运行。仿真结果验证了所提算法在频率控制效果、系统调频总成本以及收敛速度等方面相较传统方法的优越性。

适用于复杂拓扑结构混合直流电网的实用机电暂态建模仿真方法

为提升混合直流输电系统模型的适应性和计算效率,提出一种基于电流源思想的混合直流输电系统机电暂态建模方法。由电网换流器(line commutated converter,LCC)、电压源换流器的准稳态模型推导其电流源模型,并通过差分化直流支路的微分方程,形成直流电网的通用化电流源模型。采用多速率混合积分算法分别求解交直流系统,并结合步长回退、积分方法切换等,解决LCC电流反向、开关闭合与开断等特殊情形下的数值问题。在国内通用的机电暂态仿真程序中实现了上述模型,并以白鹤滩-江苏混合直流输电工程为例,与电磁暂态仿真工具进行了对比测试。仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。该方法较好地平衡了仿真精度和计算速度的矛盾,为提升大规模交直流混联电网的仿真能力提供了有力工具。

直流输电控制系统机电暂态模型参数校核误差评价方法

以电网换相换流器为核心的高压直流输电系统(LCC-HVDC,以下简称直流输电系统)的仿真分析普遍采用机电暂态模型及参数,但其参数校核缺乏实用的误差评价方法。基于电力系统仿真可信度评估的相似度法、层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)思想,针对直流输电控制系统机电暂态模型和部分关键参数,提出了划分区间独立计算和配置权重总体校验的误差评价方法,并给出较为合理的误差评价标准。该方法将直流输电系统仿真与试验的时间序列划分为多个区间,采用AHP法对各区间配置权重系数,进而计算各区间及总体的误差指标。通过实际直流工程试验数据验证了误差评价方法的有效性。该方法可评价整个时间序列各阶段的仿真准确度及总体仿真效果,为直流输电控制系统机电暂态模型的参数校核提供技术支撑。