适用于光伏电站的数字物理混合仿真实验平台

为了解决实验室实验煤炭能源大量消耗且有害环境的缺陷,设计并搭建了光伏电站发电数字物理混合仿真的实验平台,该平台通过控制机和开放式换流器对数据信号进行转换处理,并经过微秒级实时仿真器对信号实时跟踪监测,最终得到理想的波形;同时,进行了环境温度不变时不同光辐射强度下的光伏电站并入380 V电网的混合仿真实验测试。结果表明,该混合仿真实验的波形与全数字光伏电站波形相重合,能够达到理想的实验目标。此实验平台与光伏电站无缝切合,从而验证了该实验平台的有效性和准确性。该实验平台可用于一系列光伏电站并网试验的电流电压测试,以及功率的计算,适用性广拓展性强。

继电保护数字物理混合动态仿真测试系统分析

为提高继电保护可靠性,减少电力系统故障发生率,降低系统失稳所带来的经济损失与社会影响,提出数字物理混合动态仿真测试系统。首先,根据继电保护与仿真测试系统现状,确定数字物理混合动态仿真测试系统开发需求与整体思路;其次,从硬件系统、软件系统等层面对数字物理混合动态仿真测试系统的设计方案与实现技术进行阐述;最后,通过实际测试,验证该系统运行稳定性,评价该系统在距离保护、继电保护整定值校核等方面的应用效果。希望此次探究能够在一定程度上为相关研究与实践操作提供指导。

数字物理混合仿真系统的建模及理论分析 (一)系统结构与模型

数字物理混合仿真结合了数字仿真和物理模拟的优点,是仿真发展的新方向。接口算法是混合仿真中的关键问题。分析了混合仿真系统的结构,对串行时序和并行时序进行了比较。综述了已有的5种接口方法,并推导出其中4种方法的统一形式。最后建立了混合仿真系统的离散动态模型,该模型为混合仿真系统的理论分析提供了基础。

数字物理混合仿真系统的建模及理论分析 (二)接口、稳定性与相移分析

基于混合仿真系统的离散动态模型,分析了混合仿真系统稳定的判据。在一个典型的一阶电路中,推导了混合仿真系统无直流稳态误差的条件,并设计了使混合仿真结果与真实解一致的接口算法。分析了步长和接口延时对混合仿真结果相移的影响,推导了相移的近似表达式。仿真步长等于接口延时的2倍时相移最小。通过仿真比较了不同接口算法和积分算法的效果,并验证了理论分析得到的结论。

基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统

介绍了作者研发的基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统总体结构、关键技术及实现方法。该系统对变电站内监控系统、保护及测控装置、五防系统等采用现场真实物理设备,而变电站一次设备及其邻近电网采用数字仿真,同时采用电磁暂态与全动态电网联合仿真技术,这样既能详细而真实地反映变电站一次设备的行为,又能逼真地再现大电网各类动态过程对变电站的影响。应用该系统可以进行调度、集控站以及变电站运行人员的联合培训和反事故演习,特别是能够有效提高变电站运行人员实际操作的训练效果,并加强变电站人员的电网概念和全局观念。

功率连接型数字物理混合仿真系统 (一)接口算法特性

功率连接型数字物理混合仿真结合了实时数字仿真和动态物理模拟的优点,是未来研究新能源发电和储能设备物理特性和接入技术的关键手段。接口算法是功率连接型混合仿真系统的关键技术。文中从稳定性和精确性2个方面,研究并建立了功率连接型混合仿真系统的接口特性。对阻抗阻尼接口进行了化简,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口的稳定性。分析了简化阻尼阻抗接口对数字仿真系统精确性的影响,得出在阻抗匹配时阻尼阻抗法不受接口延迟影响的透明特性。针对物理模拟系统无源和有源2种情况,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口对物理被试系统精确性的影响,得出理想变压器接口带有源负载能力优于阻尼阻抗接口的结论。根据理论分析结果,给出了在各种情况下选择接口算法的原则。

多端柔性直流输电系统数字物理混合仿真技术

为解决功率接口所引起的稳定性下降问题,提出一种基于阻尼阻抗功率接口算法的多端柔性直流输电系统数字物理混合仿真方法。根据阻尼阻抗法开环传递函数特性,得出阻尼阻抗与物理仿真系统等效阻抗匹配原则。分类讨论并计算不同工况下物理仿真系统的等效阻抗,实现对阻尼阻抗的实时匹配,进而提升数字物理混合仿真系统的稳定性与精确性。提出了一种针对直流电压接口的延时补偿方法,解决功率接口延时补偿问题,降低接口延时带来的仿真误差。搭建了四端柔性直流电网数字物理混合仿真平台验证所提出的接口算法,对混合系统进行不同工况下的仿真试验,结果表明,所提出的数字物理混合仿真方法可以对接口延时进行高效补偿,在传输功率变化、换流站闭锁等情况下可以保证系统稳定运行。

基于时序分析的数字物理混合仿真技术 (三)稳定性分析

基于离散动态模型,对电力一次系统数字物理混合仿真的稳定性进行了研究。将混合仿真理解为一种数值方法,其稳定性由延时系统和离散动态模型的稳定性决定。基于延时微分方程组的理论,分析了延时系统的稳定性及离散动态模型的稳定性,并推导了接口稳定性的条件。通过LC二阶电路的混合仿真实验,验证了理论分析的结论。

电力系统数字物理混合仿真接口算法综述

数字物理混合仿真结合了动态物理模拟仿真和实时数字仿真的优点,是进行复杂电力系统研究分析的有效手段;接口算法是保证其闭环稳定性和仿真精确性的关键。文中给出了数字物理混合仿真系统构建的总体结构;对已有接口算法的基本原理、建模方法、存在的问题及其改进方法进行了详细的分析;通过仿真验证了理想变压器模型法、输电线路模型法与阻尼阻抗法的稳定性和精确性性能,并对各类算法的适用领域进行了总结。最后,针对数字物理混合仿真接口算法存在的问题与不足,提出了今后的发展方向和需要解决的关键技术问题。

基于时序分析的数字物理混合仿真技术(二)收敛性与准确性分析

基于离散动态模型,对电力一次系统数字物理混合仿真的收敛性和准确性进行了研究。将混合仿真理解为一种数值方法,通过对离散动态模型的误差分析,得到了混合仿真的收敛性结论。混合仿真的准确性主要由混合仿真所收敛到的延时系统决定。推导了交流稳态下混合仿真的理论解和接口的功率折算关系,并通过混合仿真实验验证了理论分析的结论。

结构脂肪乳剂与物理混合的中/长链脂肪乳剂脂肪酸代谢比较研究

目的:比较结构脂肪乳剂(STG)与物理混合的中/长链脂肪乳剂(MCT/LCT)在人体内的脂肪酸代谢情况。方法:40例健康志愿者随机分为STG组和MCT/LCT组,每组20例。分别于早晨6 h内匀速输注20%力文脂肪乳剂和20%力保肪宁脂肪乳剂1.0 g/(kg.次)。并于给药前和给药后2、4、6和24 h留取血标本测定血清三酰甘油(TG),采用气质联用色谱法测定血清中链脂肪酸(C8∶0,C10∶0)和长链脂肪酸(C18∶2n-6,C18∶3n-3,C20∶4n-6)。结果:与MCT/LCT组比,STG组血清TG处于较低的平稳状态;血清中链脂肪酸(C8∶0+C10∶0)水平较低,水解速度较平稳;血清长链脂肪酸(C18∶2n-6、C18∶3n-3、C20∶4n-6)水平也较低,水解速度也较平稳,差异均有统计学意义。结论:STG比MCT/LCT的脂肪酸代谢效果更好。

功率连接型数字物理混合仿真系统(二)适应有源被试系统的新型接口算法

将实时数字仿真技术和动态物理模拟技术结合起来,可以对含可再生能源和储能的微网系统进行研究与测试。由于被试系统为有源系统,对混合仿真系统的接口算法提出了更高的要求。针对简化阻尼阻抗接口,设计了一种适用于有源被试系统的阻抗跟踪算法,实现了实时阻抗匹配。提出了一种新的混合接口模型,新接口用理想变压器接口构成前向驱动器,以激励物理模拟系统;由简化阻尼阻抗接口构成反向观测器,以获得精确的数字仿真结果。MATLAB仿真表明,对于有源被试系统,新接口算法兼顾了简化阻尼接口算法对数字仿真系统的"透明性"以及理想变压器接口的带有源负载能力。

柔性直流输电系统数字物理混合仿真改进阻尼阻抗接口算法

针对功率接口引起的稳定性和精确性问题,提出了一种适用于基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统数字物理混合仿真的改进阻尼阻抗接口算法。根据MMC中功率器件断态电阻通常远大于通态电阻的特性,简化了阻抗计算过程,并采用绝对稳定且精度较高的梯形积分法对子模块电容进行离散化,实现了MMC正常运行工况下阻尼阻抗接口算法阻抗的高效匹配;结合MMC闭锁运行时的特点,提出了其闭锁时阻抗的实时匹配方法;基于傅里叶分解重构电压信号的方法实现了接口延时补偿控制,以提高系统的仿真精度。在PSCAD/EMTDC中建立了基于所提接口算法的双端MMC-HVDC数字仿真系统,对不同运行工况进行了仿真,结果表明改进阻尼阻抗接口算法可以保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,且有功功率最大相对误差小于1.5%,具有优越的稳定性和精确性性能。

电力系统数字物理混合仿真相位校正方案

数字物理混合仿真在适应当前电力系统仿真时优势越来越明显,进而对它的准确性和有效性提出了更高的要求。为此,提出了一种数字物理混合仿真相位校正方案,用于改善电压电流信号在数字仿真子系统与物理仿真子系统之间传递过程产生的时间延迟。通过明确数字物理混合仿真的组成部分,解析信号交互过程,对不同类型的相位校正环节传递函数进行伯德图比较,引入相位误差评价标准,使得在一定频率范围内相位校正环节超前角度与谐波次数具有近似线性关系,保证待研究全景仿真对象在稳态工况下工频信号相位零误差,故障工况下各低次谐波误差平方和最小。在PSCAD/EMTDC平台中搭建数字物理混合仿真模型,验证了所提方案的有效性。

基于RTDS的风光发电系统数字物理混合仿真分析

风光发电系统的仿真分析研究是发展可再生能源发电技术的重要环节,本文针对风光发电系统数字物理混合实时数字仿真的关键技术展开研究,构建风光发电系统电气架构和通信架构,采用实时数字仿真器作为研究工具,建立基于RTDS纯软件的各微电源单体控制系统模型和基于RTDS的数字物理混合仿真单体微电源模型,并分别在稳态和动态两种情况下对其进行仿真分析,研究两者间特性的差异,证明所建模型的有效性,为两类模型的选择使用提供指导。数字物理混和仿真分析条件更接近于实际情况,既可在物理平台上对控制策略的性能进行检验和调试,又可实时修正控制参数、控制策略,为实际工程设计提供重要实践依据。

岩体力学特性的数值和物理混合试验方法

借鉴数值和物理混合试验思路,对岩体工程力学特性的数值和物理混合试验进行了初步研究。采用数值和物理混合试验方法预测岩块单轴压缩全应力—应变关系曲线,并与传统数值模拟方法采用理想弹塑性Mohr-Coulomb破坏准则获得的曲线进行比较,结果表明:数值和物理混合试验方法可以获得全应力—应变关系曲线峰前非线性阶段和峰后破坏阶段,优于传统数值模拟方法,初步说明该方法是可行的;岩块内挖取的试样个数和试样尺寸变化对计算结果影响较大,挖取试样个数越多或挖取试样尺寸越大,岩块全应力—应变关系曲线峰后破坏阶段越明显,并且更接近真实岩块的力学特性。

全桥型MMC数字-物理混合仿真阻尼阻抗接口模型

数字-物理混合仿真结合了数字仿真与物理实验的优势,为复杂电力电子设备的理论研究和工程设计过程提供了便利。然而数字-物理接口的存在可能导致数字-物理混合仿真结果精度降低甚至变得不稳定。为解决数字-物理接口引起的失稳问题,文中在传统阻尼阻抗接口模型的基础上,针对应用于柔性直流输电的全桥型模块化多电平换流器(MMC),提出一种接口补偿阻抗设计方法。首先,全面充分地考虑了接口引入的延时、扰动对系统稳定性和精确性的影响,根据MMC的运行特点,设计了结构简单的RLC串联结构补偿阻抗,使之在不同运行工况下均可确保系统稳定、高精度运行。在此基础上,搭建了基于全桥型MMC直流背靠背的数字-物理混合仿真实验平台,利用数字侧模拟电压暂降、短路等故障,而物理侧全桥型MMC实现故障穿越过程。实验结果表明,所提接口补偿阻抗设计方案保证了系统在各种工况下的有效性。

基于自适应模式切换的双馈风机并网数字物理混合仿真新型接口算法

数字物理混合仿真已成为交直流混合电力系统的重要研究手段,而接口算法是决定仿真系统稳定性和精确度的核心内容。为实现新能源经柔性直流输电外送的数字物理混合仿真,将数字物理混合仿真应用于双馈风机,设计了一种自适应模式切换的新型接口算法。根据阻尼阻抗匹配法的结构原理,建立了物理模拟双馈风机的动态等效阻抗模型;针对阻尼阻抗匹配法在双馈风机动态过程放大谐波电流的现象,在功率接口与数字侧之间增加滤波支路,并以双馈风机电流直流分量含有率为依据设计了支路开关的切换条件以防止开关误动作。采用小波神经网络时间序列预测法对物理侧双馈风机转速的传输进行了延时补偿,有效地提高了动态阻抗匹配算法的精确度。通过数字仿真对传统接口算法与新型接口算法的稳定性和精确度进行对比,最后搭建了双馈风机数字物理混合仿真实验平台,验证了所提算法的可行性。

变电站数字物理混合仿真培训系统

变电站数字物理混合仿真培训系统的一次系统采用计算机软件实时仿真(采用真实、不带电设备);二次系统采用与电力生产现场相同的真实变电站综合自动化设备。在软件仿真的一次系统和二次系统之间用信号转换装置和功率放大器相连接,一次设备和二次设备之间经电缆接通二次回路,实物与软件结合使培训更接近现场实际,培训功能更强大。

继电保护及测控数字物理混合仿真培训系统的应用

行之有效的培训手段可迅速提升技术技能型人才的业务水平和综合素质。继电保护及测控仿真培训系统的开发和投入使用大大提高了培训效率和培训质量。介绍了仿真培训系统的主要功能,分析了其应用在继电保护和自动化厂站专业技术技能培训中的优势。该仿真培训系统必将成为一种重要的培训手段,在技术技能培训工作中起到积极的作用。