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。

大规模“风火打捆”经直流外送数模混合仿真系统

为深入研究大规模新能源基地经特高压直流向负荷中心远距离大容量送电的可行性及遇到的技术问题,一个有效的仿真平台是必不可少的。文章结合数字实时仿真及物理仿真各自的优势,以电磁暂态数字实时仿真系统HYPERSIM为研究平台,用直流输电物理仿真装置模拟外送风电的特高压直流输电系统,利用双向功率连接数模混合仿真技术模拟功率在数字和物理模型之间的交换,建立了大规模风电经直流外送的数模混合仿真系统。通过暂稳态仿真试验,对该仿真系统的动态响应特性进行了验证,解决了在模拟大规模风电接入电网的同时,精确模拟外送风电的直流输电系统动态响应特性的技术难题,为大规模风电接入电网及直流输电对大规模风电的适应性、交直流协调控制等研究提供了必要的手段。

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。

青藏直流接入西藏电网数模混合仿真

青藏直流接入西藏电网后,西藏电网呈现"大直流小电网"的特点。利用全数字实时仿真装置Hypersim模拟青海电网、西藏电网以及青藏直流的一次系统,采用与实际工程特性一致的Mach2控制保护装置实现直流的控制保护功能,对交直流系统的相互影响进行仿真研究,包括青藏直流的特殊降压起停方式,直流线路故障再起动逻辑,以及交流系统故障对青藏直流的影响。仿真结果充分验证了青藏直流采用特殊的降压起停方式和修改后的直流线路故障再起动逻辑的可行性,为青藏直流工程的顺利投产和安全运行提供了技术支撑。

基于NI-PXI的分布式发电数模混合仿真系统

分布式发电(Distributed Generation,简称DG)技术是解决未来能源和环境问题的一个重要方向。这里提出一种分布式发电数模混合仿真系统的设计方案,用于分布式电源(Distributed Energy Resources,简称DERs)并网相关技术的研究。该方案采用NI-PXI为实时数字仿真平台完成分布式电源数字模型部分的实时计算,通过基于双PWM换流器的可控功率源模拟分布式电源的功率输出,作为混合仿真接口实现数字部分和物理部分之间信息交互,从而实现数/模混合实时仿真的目的。此处以双馈风力发电系统为例,验证了该方案的可行性,为研究分布式发电并网运行控制提供了良好、通用且便捷的实验平台。

基于NI-PXI微电网多模式数模混合仿真平台的设计与实现

完成了一种微电网数字物理混合仿真平台的设计与实现。平台结构采用NI-PXI数字平台与DC/AC换流器物理平台分层设计方法,控制方式采用底层归一化控制与上层并行控制方法,利用NI Veri Stand完成微电网Matlab/Simulink控制模型的实时仿真。结合实验平台物理结构与控制方式设计,提出了微电网主从模式无缝切换、对等模式的黑启动以及分层模式的频率二级调整对应的控制策略。在国家能源大型风电并网系统研发(实验)中心完成平台搭建,开展微电网多控制模式数模混合仿真实验,实验结果验证了控制策略的有效性及试验平台设计方案的科学性。

MMC-HVDC的数模混合仿真系统设计方案

为实现柔性高压直流输电系统控制保护设备的测试,本文提出了一种数模混合仿真系统设计方案。方案中交流功率放大器采用中点箝位的三电平模块,直流功率放大器采用模块化多电平换流器结构,功率接口算法采用理想变压器模型,并提出了在参考电压中加入带通滤波的改进接口方法。PSCAD/EMTDC仿真表明,在阶跃和交流故障条件下,该系统与背靠背系统的特性一致,所提的改进接口算法能有效提高控制系统的稳定性,具有较好的工程可行性。

数模混合仿真接口装置的主回路设计与验证

数模混合仿真系统由实时数字仿真系统和物理仿真系统构成,并通过接口装置连接起来。分析了数模接口装置的基本要求,设计了接口装置的主电路结构和控制方案,并在MATLAB仿真平台下进行了接口装置的仿真验证。仿真结果表明接口装置可以很好地实现电压或电流的跟踪,能够满足数模混合仿真系统的要求。

基于NI-PXI的微电网分级控制数模混合仿真方法

针对多电压源型微源组网的独立型微电网,首先提出了基于微源下垂控制的系统分级控制策略:利用微源一级下垂控制,实现组网微源间功率自动分配;利用MGEMS二级控制修正下垂曲线空载频率和电压,提高系统供电质量;利用MGEMS三级控制确定下垂曲线基点功率及斜率,实现系统经济运行。其次设计了基于NI-PXI的微源分层控制数模混合仿真平台,实现了基于NI VeriStand的实时建模仿真技术。最后提出了基于NI-PXI的微电网分级控制数模混合仿真平台整体方案,并在国家能源大型风电并网系统研发(实验)中心完成系统搭建,开展微电网的分级控制数模混合仿真实验,结果验证了控制策略的有效性。

MMC-HVDC数模混合仿真功率接口算法研究

功率连接型数模混合仿真结合了物理模拟仿真和实时数字仿真的优点,成为复杂电力系统研究分析的关键手段,功率接口算法是其关键技术。为此,提出一种适用于模块化多电平换流器高压直流输电系统数模混合仿真的功率接口算法。利用Routh稳定判据得出功率接口稳定运行的必要条件,提出换流变置于物理侧,同时引入反馈电流滤波器提高系统的稳定性。在PSCAD/EMTDC中构建基于理想变压器法的双端高压直流输电数模混合仿真系统,验证了该接口算法的稳定性和精确性。

直驱式同步风力发电机组数模混合仿真模型

结合数字实时仿真及物理仿真各自优势,以电磁暂态数字实时仿真系统HYPERSIM为平台,利用电压源型换流器(voltage source converter,VSC)物理仿真装置,通过数模混合仿真技术建立了直驱式同步风力发电机组数模混合仿真模型,搭建了风电机组接入等值电网的全数字及数模混合仿真模型,通过暂稳态仿真试验,对该模型在风速波动下的动态特性以及电网故障时的动态响应进行研究,解决了精确实时模拟风电机组中全控器件动态特性的技术难题,为风电机组实际控制器的策略及参数优化研究和接入电网的动态特性检验提供了必要的技术手段。

基于数模混合仿真的PLL系统设计

介绍了数模混合信号仿真的设计流程,说明了一种在混合设计的各个层次上对系统进行仿真验证的自上而下的设计方法。在PLL(Phase-LockedLoop)系统设计中,给出了VCO的数学模型和Verilog-A行为级模型,实现了系统行为级模型和晶体管级电路的设计和仿真,并对结果进行了比较。这种设计方法已应用于一种电荷泵锁相环电路设计中,验证了这种设计方法的可行性和有效性。

基于最小割划分的数模混合仿真系统通信性能优化方法

数模混合仿真是理解真实电网运行情况,支撑电网安全保障的重要手段。复杂的电网拓扑与硬实时的仿真需求对其计算性能提出了很高的要求。目前数模混合仿真多采用并行计算技术提高计算性能。随着处理器和集群技术的发展,异构集群系统逐渐成为高性能计算系统的主要构建方式。针对多层次的系统架构,已有的电网划分方式无法充分利用集群计算能力。如何应对多层次核间通信延迟变化问题,及引入设备交互导致的节点资源不对称问题是数模混合仿真任务划分与映射的新挑战。针对中国电力科学研究院自研电磁暂态仿真系统ADPSS,基于最小割划分设计了两阶段的电网划分与进程映射一体化优化算法,在计算负载均衡和最小化通信上取得更好的平衡,进一步降低了电磁暂态仿真的通信时间。同时,该算法有效解决了集群节点资源不对称情况下的任务优化映射问题。通过在西北和华东真实电网算例上的模拟测试,所提出算法较ADPSS默认划分与映射算法取得了平均40%和50%的通信性能提升,平均10%和12%的总体计算性能提升。

多FACTS协调控制数模混合仿真试验

目前,基于WAMS的多FACTS协调控制研究大多局限于理论计算和离线仿真,对于WAMS系统及FACTS装置控制特性的模拟与实际系统还存在一定的差异,为了更加准确地模拟协调控制过程,有必要在接入多种FACTS实际控制器以及PMU装置的实时仿真平台上对协调控制策略进行闭环验证。构建了一种基于WAMS的多FACTS协调控制数模混合仿真试验平台,其拥有强大的数字仿真软件、多种接口装置,多种FACTS的实际控制器PMU装置以及WAMS系统,基于此平台开发了多FACTS协调控制功能模块,能够从WAMS数据库中快速获取数据,按照算法进行实时运算,并将协调控制命令下发给各FACTS控制器。在此平台上,对多FACTS协调控制提高电力系统动态稳定性控制策略进行了试验研究,仿真结果证明了试验平台的实用性和有效性,为基于WAMS的多FACTS协调控制研究提供了新的手段。

功率连接型数模混合仿真系统接口特性分析

为解决功率连接型数模混合仿真中闭环稳定性与仿真精确性两个关键问题,提出基于系统传递函数的稳定性分析方法和精确性评估方法。介绍并比较了5种接口算法的特性,研究论证了其稳定性与精确性的优劣。在Matlab/Simulink中搭建了简单电路数字仿真子系统与物理被试系统的模型,对5种接口算法的稳定性与精确性进行了离线仿真,结果表明特定应用中阻尼阻抗法相比于其他算法可行性更高。

呼辽直流工程次同步振荡的数模混合仿真

直流输电可能引发整流站附近的火电机组产生次同步振荡现象。为确保呼辽交直流系统运行的安全稳定性,采用数模混合实时仿真的方法,对呼辽直流输电系统可能引发呼盟汽轮机组次同步振荡的问题进行了研究。通过仿真研究,深入分析了呼辽交直流输电系统在不同运行方式下发生次同步振荡的风险,研究了直流系统运行工况对次同步振荡的影响,验证了直流控制系统内采用次同步阻尼控制器抑制次同步振荡的有效性,并提出了相应的建议。

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 (二)直流输电工程数模混合仿真建模及验证

特高压电网的快速发展对直流输电工程动态特性的仿真提出了更高需求。文中提出了接入多直流控制保护的大规模交直流电网数模混合仿真平台建设技术方案,并从直流输电工程控制保护装置简化原则、数模混合仿真接口技术、直流输电系统一次建模要求等方面提出了适用于接入大规模仿真电网的直流输电工程数模混合仿真建模方法。选择宾金特高压直流工程现场调试的典型故障,将直流输电工程数模混合仿真结果与现场波形进行了详细对比,对比结果表明直流输电数模混合仿真模型的动态响应特性与实际工程的动作特性高度吻合,能够真实再现实际系统情况,可以较为准确地仿真交直流相互影响的现象,为交直流电网安全稳定运行提供强有力的技术支撑,同时可以作为其他数字仿真模型的校准工具。

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。

基于HYPERSIM的柔性直流输电系统数模混合仿真建模及试验

柔性直流输电系统接入电力系统主网络,使得电网交直流耦合更加紧密,同时精确地仿真柔性直流输电系统和大规模交流电网成为一个全新的挑战。文章从系统仿真研究的角度,提出一种基于HYPERSIM的柔性直流输电系统数模混合仿真建模方法,该方法以超级并行计算机SGI为核心,接入了实际柔性直流输电工程的控制保护装置。文中从仿真模型构架、一次系统建模、控制保护系统的简化原则、实现以及数模接口技术等方面对所提模型展开深入研究。选择渝鄂±420kV背靠背柔性直流输电工程施州换流站的典型试验,将所提模型的仿真结果与现场试验波形进行了详细的对比,结果表明所提模型的动态响应特性与实际工程的响应特性吻合,可以为研究柔性直流与大规模交直流混联电网间的相互影响提供准确的仿真工具。

数模混合仿真在以太网芯片设计中的应用

数模混合仿真在超大规模集成电路验证中具有十分重要的作用。本文介绍了数模混合仿真的实现原理和仿真方法。在集成以太网控制芯片设计中,采用这种混合仿真方法,进行了整体功能验证,该方法具有仿真速度快,灵活易用,与平台无关等优点。