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。

交直流电网多时间尺度暂态仿真接口综述

为满足大规模交直流电网多时间尺度动态过程的准确、高效仿真需求,已有研究结合不同仿真建模理论深入讨论了多时间尺度分区仿真方法。对于多时间尺度分区仿真,不同分区间的仿真接口是决定仿真成败的关键。首先,分析了交直流电网的多时间尺度特性及分区多时间尺度仿真的分类。然后,梳理了机电-电磁暂态离线仿真接口设计的关键问题。进一步,归纳了多速率电磁暂态仿真接口和移频-常规电磁暂态混合仿真接口的研究现状。最后,对多时间尺度分区协同仿真接口设计的未来研究方向进行了展望。

基于ADPSS新一代仿真平台的大规模交直流电网数模混合仿真

我国电网已成为世界上运行特性最复杂、控制难度最大的电网,基于ADPSS新一代仿真平台构建大规模交直流电网数模混合仿真系统,开展直流控制保护闭环仿真试验研究及进行交直流相互影响的分析工作,对提高直流输电系统及交流电网正常、故障、异常运行工况条件下主要电气量以及相关运行数据的仿真分析水平,有十分重要的现实意义。该文介绍了该项技术的详细方案和实现方法,并通过西北全网带7回直流控制保护装置的数模混合仿真案例验证了所提方法的正确性。

新一代特高压交直流电网仿真平台设计方案

随着特高压交、直流工程的不断投运,我国逐渐形成了一个交、直流紧密耦合,多直流、多交流相互影响,送受端不断一体化,运行控制复杂多变的大规模特高压交、直流混合电网。为保证上述电网的安全稳定运行,必须对其运行特性进行研究和仿真分析。大规模特高压交、直流电网对仿真的规模、精度和速度均提出了更高的要求,目前为止,已有的仿真工具均不能同时满足其仿真的精度与效率需求。鉴于此,此文提出新一代特高压交直流电网仿真平台(new generation UHVAC/DC power grid simulation platform,NGSP)的设计方案,并从设计目的、技术路线以及具体实现等角度对其各部分的功能与架构进行了详细的分析。基于所提设计方案建设的仿真平台不仅能够实现6000个节点的数模混合电磁暂态仿真,同时相比于传统的仿真工具,其全数字仿真加速比达到了3000以上,明显提高了我国大规模特高压交、直流电网的仿真精度与效率,使仿真技术能够支撑电网实际发展。

一种特高压交直流电网数模混合实时仿真系统

本文设计了一种特高压交直流电网数模混合实时仿真系统,其操作系统采用Linux,仿真软件采用Hypersim,借助信号接口以及功率接口完成了仿真程序和物理装置之间的有效互联,同时借助SGI超级计算机,最终出色完成了实时仿真试验工作。该仿真系统已经服务于若干个实际工程。实践及本试验表明,对特高压交直流大电网的运行进行研究时,数模混合实时仿真系统能够以其强大且全面的功能为其提供良好的技术支持。

交直流电网仿真调控与系统展示技术

介绍了南方电网近年研发的基于实时仿真的交直流电网仿真调控与展示系统,并对系统构建中的异构平台模型映射、接口交互通信、仿真调控与系统展示等关键技术进行了阐述。该系统有机集成了调度自动化技术和实时仿真技术,其以实际电网运行断面作为仿真初态,建立与实际运行高度相似的虚拟电网,并能实现仿真结果的形象展示和仿真过程的调控交互,可作为交直流电网实时仿真计算、调度运行培训演练、自动化应用测试的有效平台和电网新型技术应用开发平台。

基于ADPSS的含背靠背MMC-HVDC系统的交直流电网机电-电磁混合仿真研究

基于模块化多电平换流器的背靠背柔性直流输电系统(back to back modular multilevel converter based high voltage directcurrent,Back-to-BackMMC-HVDC)可实现区域电网的异步互联,提高电网可靠性。为更好地研究背靠背MMCHVDC接入后的交直流系统互耦特性,需建立兼顾区域电网仿真效率与精确模拟MMC-HVDC系统动态特性的交直流混合模型。研究了MMC-HVDC运行原理与控制策略,基于电力系统全数字仿真装置(advanceddigitalpowersystem simulator,ADPSS)搭建含背靠背MMC-HVDC系统的交直流电网机电-电磁混合模型。通过仿真对比,验证了上述MMC-HVDC电磁暂态模型及其控制系统的正确性;基于混合模型进行了交直流电网机电-电磁混合仿真研究,并与对交流大电网进行等值简化后的纯电磁模型进行对比分析。结果表明,与将交流电网等效为理想电压源加等值阻抗的纯电磁暂态模型相比,混合仿真模型可更好地体现交流系统特性,更贴近实际工程,为研究交直流互联电网提供了较好的参考。

特高压交直流大电网的数模混合实时仿真系统建模

为对金沙江一期和锦屏电力外送的系统接入和受端交流扰动后的交直流响应性能及恢复情况进行专题研究,中国电力科学研究院仿真中心按照网络物理特性相符并适应仿真中心现有仿真设备规模的等值网,建立了迄今国内外规模最大的数模混合实时仿真系统。文中阐述了数模混合实时仿真系统建模的关键技术,包括:交直流系统模拟比的选择,发电机和动态负荷模型的建立和校核,采用不同策略和技术的7回高压和特高压直流系统的建立;无源元件模型的建立和连接;系统数据库的建立;系统的全面校核等。

交直流大电网多时间尺度混合实时仿真系统设计与研究

MMC电力电子设备的广泛应用和交直流混联电网的快速发展对电力系统仿真技术提出了更高的要求。提出了基于"FPGA+RTDS+并行机"异构平台,具有快速电磁暂态、常规电磁暂态和机电暂态联合仿真功能的交直流大电网多时间尺度混合实时仿真系统。该仿真系统由VSC设备、HVDC系统和交流系统等几个仿真子平台组成,通过闭环接口实现时间上多尺度步长、空间上多颗粒度并行的多模式联合仿真计算,并能与EMS系统以及具有EMS画面风格的调控模拟及特性展示系统进行接口,为交直流复杂大电网运行分析和试验研究提供了精确高效的仿真平台。

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(super mixed real-time simulation,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。

含多回物理直流仿真装置的大电网数模混合仿真建模及研究

为了对特高压交直流复杂电网进行仿真研究,采用基于输电线贝瑞隆模型的功率连接接口技术,连接全数字实时仿真装置HYPERSIM和高压物理直流仿真装置,建立了相应的数模混合仿真系统平台。仿真试验基于2015水平年特高压规划电网,以华东直流多落点地区为研究对象,搭建了包含16回直流输电系统的模型,其中2回为物理直流仿真装置的大规模数模混合仿真试验模型。试验结果表明,华东直流多落点地区发生的交流系统短路故障,会引起多回落点华东直流发生换相失败,但不会发生连续的换相失败并进而闭锁,系统能够保持稳定。仿真结果表明物理直流仿真装置对数字侧故障响应正确,验证了数模混合仿真研究的有效性。

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。

SMRT交直流混合实时仿真平台实用化测评

为了实现对电磁机电混合实时仿真系统(super mixed real-time simulation,SMRT)平台实用化的正确评估,对SMRT的关键性能进行了综合测评,首先在SM RT平台上建立了南方电网2013年丰大方式计算模型案例,利用仿真误差评价指标对SMRT仿真结果、BPA仿真结果和PMU/TFR录波进行了量化比较,评估了SMRT仿真的准确性;然后在稳态和暂态过程中对SMRT平台进行了耗时测试,验证SMRT仿真的实时性;最后对SMRT平台的易用性做出客观评价。综合测评结果表明,SMRT平台具有较高的仿真可信度,平台实用化具有可行性。

特高压交直流电网实时仿真平台建设及应用

研究提出了特高压交直流电网实时仿真平台建设思路、关键技术和应用方向,依托实时数字仿真系统和直流控制保护装置,采用动态等值技术、数字与物理混合仿真技术,搭建了特高压交直流电网实时仿真平台,开展了对特高压交直流电网的实时仿真研究,准确模拟了交直流系统之间的相互影响机理。

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。

含大量电磁直流模型的机电–电磁暂态混合仿真技术研究

伴随特高压直流的飞速发展和其输电容量阶跃式提升,我国电网呈现出"强直弱交"的特点。送受端、交直流、多直流之间耦合日趋紧密,电网运行特性日趋复杂。在大规模交直流电网的仿真分析中,直流输电系统需要采用电磁暂态仿真以获得准确动态特性,其余交流电网采用机电暂态仿真以提高仿真效率。然而,含多条直流电磁暂态模型的混合仿真在数据建立、方式调整及平稳启动方面存在困难,制约了大规模电网分析的工作效率和仿真精度。提供了通过直流标准化建模和数据映射拼接实现混合仿真数据自动建立的解决方案,提高了建模效率;提供了直流输电电磁模型运行方式自动调整、混合仿真接口电压箝位平稳启动的方法,使混合仿真能在0.6s的仿真过程内达到稳态。所提方法提高了大规模交直流电网机电–电磁混合仿真分析的工作效率和仿真精度。

特高压交直流电网实时仿真平台建设及应用

研究提出了特高压交直流电网实时仿真平台建设思路、关键技术和应用方向,依托实时数字仿真系统和直流控制保护装置,采用动态等值技术、数字与物理混合仿真技术,搭建了特高压交直流电网实时仿真平台,开展了对特高压交直流电网的实时仿真研究,准确模拟了交直流系统之间的相互影响机理。

MMC-MTDC系统的电磁-机电暂态建模与实时仿真分析

提出了基于希尔伯特变换的移频建模方法,并建立了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC-MTDC)系统的电磁-机电暂态移频相量模型,进一步地在实时仿真器上实现了电磁-机电暂态分区并行计算。相较于传统电磁-机电暂态联合仿真方法,该建模方法与仿真平台的电磁-机电暂态仿真适用性强,接口简单实用。分别建立了模块化多电平换流器单端系统、±200 kV五端柔性直流输电系统接入IEEE 39节点交流系统的移频相量模型,并且完成了电磁-机电暂态分区并行实时仿真测试。通过对多种暂态现象的模拟及其与电磁暂态模型结果的对比,验证了所提电磁-机电暂态移频相量建模与实时仿真的准确性、有效性和灵活性。

一种基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法

提出一种基于相分量的直流系统机电暂态仿真模型。首先基于相分量对VSC-HVDC一次侧和控制系统进行建模,简化了换流器系统动态方程与电网代数方程之间的数据交换和接口。其次,通过对相分量引入移相环节,简化了锁相环节,实现了实轴和虚轴的解耦控制;接着,根据机电暂态仿真的特点以及VSC外环、内环截止频率与开关频率间的关系,简化了电流内环控制,建立了VSC换流器的机电暂态仿真模型。最后,以电磁暂态仿真结果作为参考值,验证了本文方法的正确性和有效性。

基于灰色关联分析法的大电网调度培训基态潮流自动生成技术研究

针对交直流大电网调度培训仿真领域满足特定需求的运行方式调整工作量大、周期长、人工干预多的问题,提出基于灰色关联分析法的大电网调度培训基态潮流自动生成方法。定性分析了交直流大电网运行方式影响因素,划分为时间、气象、电网运行数据特征量三个维度;利用灰色关联分析法提出了运行方式综合相似度判据定量计算方法,并建立了相似日运行方式逐级筛选规则。以某实际电网为例,验证了方法的合理性、有效性。