电力系统全过程动态仿真中的长过程动态模型——电力系统全过程动态仿真软件开发之三

电力系统全过程动态仿真除了需要详细模拟电力系统动态元件的机电暂态过程外,还要有详细的中长期过程的动态模型。电力系统全过程仿真所需要的火电厂动力系统的数学模型、水电厂动态模型、压水堆核电站模型以及发电自动控(AGC)模型等已在电力系统全过程仿真软件中得到实现。

电力系统全过程动态仿真的数值方法——电力系统全过程动态仿真软件开发之一

电力系统全过程动态仿真是把电力系统的机电暂态过程、中期过程和长期过程有机地统一起来进行仿真。其特点是实现快速的暂态过程和慢速的中长期动态过程的统一仿真。这是典型的刚性系统,需要采用具有自动变阶变步长技术的刚性数值积分方法。在分析了刚性系统求解实质的基础上,采用适用于求解刚性微分方程的数值积分方法棗Gear法作为电力系统全过程仿真软件的基本算法,并研究了根据积分的截断误差控制进行自动变阶变步长技术,构造了基于Gear法的电力系统全过程仿真程序的总体结构。

电力系统全过程动态仿真的实例与分析——电力系统全过程动态仿真软件开发之四

经过3年多的研究开发,电力系统全过程动态仿真软件的主体框架结构的设计、机电暂态过程和中长期过程主要模型的建模、软件主要算法的编程都已完成。3个算例的仿真与分析表明,电力系统全过程动态仿真软件的暂态稳定计算功能仿真结果准确;中长期动态过程仿真结果合理。说明软件所采用的积分方法棗Gear法可以用来仿真电力系统从快速暂态到慢速中长期动态过程的转换,可以自动变阶变步长,算法数值稳定性高,所开发的电力系统全过程动态仿真软件具备了仿真电力系统从机电暂态到中长期动态过程的能力。

电力系统全过程动态仿真的组合数值积分算法研究

全过程动态仿真是将电力系统机电暂态和中长期动态过程有机地统一起来的一种数字仿真。仿真模型中的时间常数差别很大,是典型的刚性非线性系统。数值积分算法是全过程动态仿真的核心。分析非线性刚性系统求解的特点和电力系统动态仿真中现有数值积分算法存在的主要问题,提出一种新的适合全过程动态仿真的组合数值积分算法。该算法有机地结合了固定步长隐式梯形积分法和变步长吉尔(Gear)法的优点,克服现有变步长吉尔法在机电暂态过程中计算效率低下和间断处理复杂的问题。算例仿真与分析的结果表明了新算法的有效性和可行性。

电力系统全过程动态仿真的故障模拟——电力系统全过程动态仿真软件开发之二

故障模拟是电力系统动态仿真的重要组成部分。电力系统全过程动态仿真软件的故障模型采用故障支路导纳阵模拟各种对称和不对称复故障,利用导纳阵收缩技术处理多重故障和随机发生的故障。该方法的特点是可以对一条支路发生任意重故障进行处理,而不需要增加支路或节点,从而提高软件的计算效率和使用的方便性。

电力系统全过程动态仿真技术综述

电力系统全过程动态仿真是将机电暂态和中长期动态过程有机地统一起来进行的仿真计算。通过对电力系统长过程动态稳定特性的模拟分析,了解系统中长期失稳的动态特性机理,对电力系统规划设计以及避免可能发生的大停电事故等有重要意义。对电力系统全过程仿真中遇到的主要问题,包括刚性系统求解特点、典型数值积分算法的优缺点、非线性代数方程迭代解法等做了阐述。最后,对目前国内外主流全过程动态稳定仿真软件所应用的数值算法做了总结。

个体为本的电力系统多速率动态仿真方法

为了能在考虑组件大跨度响应时间尺度的同时,以较少的数据交换详细描述电力系统内部的动态行为,基于个体为本建模提出了一种针对复杂能源系统的多速率动态仿真通用方法。通过WSCC-9节点系统典型动态干扰场景分析,表明所提方法能快速充分地展示个体的动态特性,可以为电力系统与其他能源系统的动态交互研究提供有力支撑。

电力系统电磁暂态仿真中异步电动机的机-网解耦模型

电力系统电磁暂态仿真中,常用异步电动机模型来代表动态负荷模型。然而,由于异步电动机数量众多和电机-电网接口方法的局限性,传统异步电动机模型很难兼顾仿真效率和数值稳定性。针对这一问题,该文提出一种用于电力系统电磁暂态仿真的异步电动机负荷解耦(induction motor load decoupling,IMLD)模型。该模型结合异步电动机等效电路和LC传输线时延,构造出具有天然时延的电机-电网解耦接口,从而将异步电动机与外部电网解耦,异步电动机的迭代求解过程无需与外部电网同步求解。根据负荷节点给定的潮流有功和无功功率,通过求解等效电路方程并配置IMLD模型参数,使仿真功率结果与潮流计算给定负荷节点功率相匹配。测试算例结果表明,所提IMLD模型可有效减少网络方程迭代次数,同时具备较高准确性和仿真效率,且具备良好的数值稳定性。

电力系统一次调频动态仿真实验设计

针对学校一流专业建设、一流人才培养的需求,依托先进科研成果,设计了基于Simulink的电力系统一次调频动态仿真模型。该模型主要包含发电机组、负荷、联络线等核心模块,简化了参数设置,便于电力系统实验教学使用。通过电力系统动态模拟综合实验验证,该仿真模型可以得到准确的稳态结果,同时保留了一定程度的动态过程,可满足本科实验教学需要。

电力系统动态过程的柔性自校正仿真方法

电力系统动态过程仿真的效率和数值稳定性常常受到刚性的困扰。通过对非线性动态系统刚性特征的分析和再思考指出:刚性时空分布的局部性为柔性化提供了基础。其次,文中提出了自适应柔性分组策略和具有自校正积分措施的变量组协调策略。通过对变量组别划分、相对步长因子调整、最小积分步长调整3种自适应策略的统一处理,可以动态地控制变量组别的变化和积分步长的调整,在保证精度的前提下放开了较慢变量的步长,避免了传统方法所有变量采用相同步长进行积分导致计算效率低下的缺陷,克服了现有变量分组方法难以做到同时自适应调整多个控制参量的不足,使计算效率得到了显著提高。

交直流电力系统多时间尺度全过程仿真和建模研究新进展

综述了以电力系统分析软件为基础的交直流电力系统多时间尺度全过程仿真和建模研究的新成果。在仿真方面的新成果有电力系统机电暂态-电磁暂态混合仿真、机电暂态-中长期动态全过程仿真、大规模电力系统小扰动稳定性计算、短路电流计算、静态电压稳定计算、最优潮流计算等;在建模方面的新成果有发电厂电力系统模型、发电机励磁和调速系统新模型、风力发电、直流输电系统模型、FACTS装置模型、负荷模型、保护与控制系统模型等。这些研究成果丰富和完善了交直流电力系统仿真能力,进一步提高了我国电力系统仿真与建模的技术水平。

基于实测轨迹校正模型参数对电力系统频率动态过程仿真精度的影响

研究电力系统频率动态过程的重要手段是基于数值仿真的方法,但多次事故后仿真复现表明,采用现有的模型及参数无法准确描述实际电力系统的频率动态过程,仿真结果与实测轨迹之间存在明显偏差。文章首先基于WSCC系统,分析不同参数对频率动态过程的影响趋势,并基于东北电网网架结构和实测数据,在复杂多机系统中验证从WSCC系统得出的不同参数物理特性结论。基于实测轨迹并参考参数的物理特性结论校核频率动态过程仿真模型和参数,提高频率动态过程的仿真精度,对于整定低频减载方案,克服以往保守的运行方式等方面提供有效依据。

跨层级多区域电力系统AGC全过程动态仿真建模及验证

针对现有仿真软件无法准确模拟跨层级多区域AGC系统的动作特性及控制效果问题,提出了一种适用于电力系统机电暂态及中长期的全过程动态仿真的AGC模型。该模型包含主站侧–电厂(集控)侧–机组侧三层架构,支持自定义各电网区域性控制策略,定频率控制(FFC)、定交换功率控制(FTC)和联络线功率和频率偏差控制(TBC)多种控制模式,优先级和指定比例等多种AGC指令分配方式。模型在电力系统全过程动态仿真程序(PSD-FDS)中予以实现,并基于西南电网异步试验中的实测数据对模型准确性进行验证。仿真结果表明,该模型可为系统频率及联络线功率控制、AGC策略优化等研究提供有效的仿真手段。

综合变量分组与退出策略的电力系统长过程动态数值仿真方法

变量分组策略对于解决电力系统长过程动态仿真的刚性问题发挥了积极作用。但由于参与分组的变量在动态全过程中均需要进行积分运算,制约了计算效率的进一步提高。对此问题,在变量分组的基础上引入变量适时退出策略:当某些变量变化幅度降到设定的阈值以下时,可将它们暂时退出分组和积分运算。此措施既能降低参与分组变量的维数,又能减小仿真过程的运算量,从而提高系统仿真的整体计算效率。算例结果表明,所提方法具有随着系统规模增大、计算效率提高越明显的优良特性。

电力系统全过程动态(机电暂态-中长期动态)仿真切换判据研究

论述了电力系统全过程动态(机电暂态-中长期动态)仿真的模型和仿真方法基本思想,以及两种模型切换的原理及判据,并以IEEE 5机14节点系统为例,以全时域仿真结果为准绳,将全过程仿真与全时域仿真结果进行对比,发现在某些扰动的情况下,全过程动态中机电暂态与中长期动态的切换会导致系统中离散元件发生严重的误动作,证实了现有的机电暂态与中长期动态的切换判据具有局限性。

电力系统故障时继电保护装置动态特性的数字仿真

提出了用计算机软件模拟任何继电保护装置的具体结构并用故障数据进行故障期间继电保护动态特性仿真的原理 ,该软件将主要用于保护误动或拒动后的事故分析 ,与电力系统动态模拟或其他故障再现设备相比具有成本低、灵活性好、省时的优点。该仿真软件可用来详细检查事故中微机保护内部的程序走向或各种常规保护中各元件的时间、逻辑配合关系 。

电力系统动态仿真误差评定准则研究

电力系统仿真准确度直接影响到电网的安全经济运行,广域测量系统的广泛应用使评价电力系统仿真准确度成为可能,确定仿真误差是评价电力系统仿真准确度的前提。文中在分析电力系统动态变量基本特征的基础上,提出可用动态变量的特征信息来衡量变量的差异,并采取分时段研究的原则,针对不同时段分别提出了仿真误差的量化评价指标。所提出的误差评定准则不仅可以真实地反映出动态数据间的接近程度,还可提供与误差相关的系统动态信息,从而为进一步修正模型与参数奠定基础。通过对实测数据和仿真数据的误差量化计算,证实了所提出的误差准则的有效性。

含统一潮流控制器装置的电力系统动态混合仿真接口算法研究

提出了一种新的含UPFC装置的电力系统动态混合仿真接口算法,算法中对UPFC采用动态相量建模,对电力系统网络则采用成熟的机电暂态仿真。仿真中UPFC并联侧采用定交流母线电压控制和定直流电容电压控制,串联侧采用定线路潮流控制。文中推导了UPFC的动态相量模型,讨论了与网络机电暂态模型的接口算法。研究分析和算例仿真表明:使用动态相量建模可精确地仿真UPFC的电磁暂态(EMT)过程,且仿真速度快;文中所提混合仿真方案能保证较快的仿真速度和优良的仿真精度,具有较好的收敛性,且可用于含UPFC等FACTS装置的系统发生不对称故障时的暂态稳定分析。

电力系统机电暂态过程主导动态参数的在线辨识

电力系统机电暂态仿真模型参数的不准确导致了仿真结果和实际量测的明显差异,限制了其在线应用。多年来,基于现场试验测试的动态参数辨识技术有了长足发展,但离满足工程准确性的要求还有相当长的研究路程。基于对电力系统实际动态过程量测的动态参数在线辨识方法是解决问题的一个途径。该文从发展在线机电暂态过程仿真?预测及安全稳定控制的需要和特点出发,研究了基于PMU/WAMS的主导动态参数在线辨识的系统算法。研究表明,应用Volterra级数降阶和模式分类及映射技术,可依据较少的量测信息,对系统中的主导动态参数进行在线快速辨识,弥补了现有电力系统动态元件辨识算法用于在线时要求量测数据丰富和计算量大的问题,为实现电力系统的在线实时辨识?仿真预测并进而实现在线实时控制系统打下了基础。文中给出了EPRI36节点系统和某省网级系统的主导动态参数在线辨识仿真结果,验证了所提出方法的有效性。

计及火电机组OPC保护模型的电力系统机电动态仿真分析

首先论证了电力系统机电暂态仿真程序中考虑火电机组OPC保护模型的必要性。通过对东北典型火电机组超速保护OPC动作特性的实际调研,在电力系统分析综合程序(PSASP)中搭建了OPC保护相应的数学模型,并通过东北电网典型事故实际仿真对比验证了模型的正确性。最后,结合东北电网实际的频率稳定问题案例对火电机组OPC机网协调管理提出了相应的建议和整改措施。针对具有较大孤网风险的局部地区电网,建议采取调整火电机组OPC保护动作定值、优化OPC保护在系统频率上升和下降阶段的控制策略等措施,以提高其孤网运行成功的概率。