电力系统建模与仿真课程思政的探索与实践

通过深入挖掘电力系统建模与仿真课程思政元素,设计和完善相应教学模式与方法,将课程思政与专业内容有机融合,提升学生专业知识、文化素养、职业道德、创新能力,强化学生工科思维培养,实现理论知识与道德修养共同进步,努力将其培养成德才兼备、全面发展的技能型人才。

双碳目标下电力系统建模与仿真课程教学改革研究与实践

“双碳”目标的提出既能助力师生立足新的发展阶段、强化绿色环保意识、践行清洁低碳生活,又可在未来学习、工作以及生产实践中为早日实现双碳目标贡献力量。基于此,对高校人才培养方案提出新要求,以石河子大学机械电气工程学院推动的课程思政教育教学改革为契机,针对电气工程及其自动化专业开设的电力系统建模与仿真课程,将“双碳”理念融入其教学过程并对教学方法、教学内容以及考核形式等进行教学改革。结果表明改革内容符合产教融合办学思路,为新工科、“智能+”“双碳+”环境下的电气工程及其自动化专业人才培养方案提供支撑。

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Modelica语言的电力系统建模与仿真

介绍了一种利用Dymola软件进行电力系统建模的新方法。运用该方法对电力系统中各元件分别进行了模块化设计和建模,在对电力系统进行仿真时,只需将对应的元件模块按电气结线图的方式连接即可形成电力系统动态模型。通过2个测试系统,验证了用Dymola搭建的电力系统模型的可靠性,并利用该模型对测试系统进行了动态仿真和稳定性分析。

计及故障持续时间的电力系统暂态稳定分布式控制

针对电力系统故障持续时间会影响暂态稳定控制的问题,本文提出了一种使系统在固定时间内恢复暂态稳定运行的策略.该策略通过电力系统通信拓扑建模方法为每个发电机建立“邻居发电机”,利用发电机本地信息和其邻居发电机的信息设计分布式控制器,通过控制储能装置作用于受扰动后的系统,使其在固定时间内恢复稳定运行.其次,此控制策略还解决了一些实际挑战,如控制器的输入延时、外部的干扰、储能装置的容量限制等.通过构建李雅普诺夫函数并利用图论知识对该策略展开了稳定性分析,推导出了稳定系统的时间界限.最后,将控制器投入新英格兰39节点测试系统中,并与其它控制器进行比较,仿真结果验证了在低容量储能装置限制下和抗干扰性上控制器性能的优势.

考虑时滞影响的电力系统稳定分析和广域控制研究进展

计算机技术、网络技术和通信技术的快速发展及其在电力系统中的广泛应用,使得电力系统的监测、分析和控制方式向着广域化、网络化和智能化方向发展。在此发展过程中,一个不容忽视的问题就是信号传输和处理过程中时滞的影响。文中首先对广域测量系统的时滞特性进行了分析,接着对国内外考虑时滞影响的电力系统建模、稳定分析和广域控制3个方面的最新研究成果进行了综述,指出常规电力系统稳定分析方法与考虑时滞的状态估计方法相结合具有工程实践价值,并认为在电力系统时滞特性的定量分析、信息和电力网络综合建模、考虑时滞的状态估计以及基于时滞电力系统动力模型的稳定控制方面仍需进一步深入研究。最后展望了时滞电力系统稳定分析和广域控制可能的研究方向。

频域灵敏度及其在电力系统参数辨识中的应用

在以往的电力系统参数辨识研究中,灵敏度分析都是在时域进行的。分析和实践表明,时域灵敏度分析并不能完全地区分重要参数与次要参数,有可能出现时域灵敏度大但参数辨识误差也大的情况。定义几个频域灵敏度指标,提出计算频域灵敏度的2种数值方法,即基于传递函数的计算方法和基于傅氏变换的计算方法;指出要得到参数辨识的精度和难易度,需要综合分析时域灵敏度、频域灵敏度、功率谱等因素;推导基于电流变量的电力负荷传递函数模型。通过IEEE9节点系统算例进行频域灵敏度和时域灵敏度分析,并获得了有意义的结果。

基于灵敏度计算的电力系统参数可辨识性分析

对于简单电力系统建模中参数可辨识性问题,以往采用解析方法可以进行分析。但对于大规模电力系统,解析方法难以进行。文中发现了电力系统参数的可辨识性与灵敏度之间的关系。提出先根据灵敏度的相位来判断参数能否唯一辨识,再根据灵敏度的大小来选择可辨识的重点参数,最后采用蚁群算法优化重点参数。通过算例分析,证明了上述方法的可行性。

基于Matlab的电力系统分析工具包PSAT及其有效性检验

介绍了一种新颖的基于Matlab数学语言编写的电力系统分析软件包PSAT,详述了该软件包源代码开放的特点,介绍了PSAT比较全面的模型库,主要包括:电机、电力系统稳定器(PSS)、调速器、柔性交流输电系统(FACTS)、高压直流输电系统(HVDC)、分布式发电系统等。PSAT功能丰富,目前可完成潮流计算、连续潮流、小信号稳定分析、动态时域仿真及相量测量单元(PMU)配置等方面的分析和研究。通过对同一个典型算例进行时域仿真和特征值分析,将PSAT与商业软件PSS/E进行了分析对比,结果表明该软件包的计算结果具有一定精度。

新型电力系统仿真应用软件设计理念与发展路径

文中归纳总结了新型电力系统新能源发电高渗透、电力电子设备高渗透的特性给电力系统仿真带来的挑战,提出了电力系统仿真应用软件的设计理念,即模型完备、建模准确、计算高效、场景全面、接口开放、服务灵活这6个方面;基于仿真是认识和改造新型电力系统的工具而非目的,以及仿真应适应新型电力系统背景下电力企业数字化转型需求的认知,指出了国产电力系统仿真应用软件的功能定位要从单纯的仿真工具向电力系统仿真应用软件开发平台和运行环境过渡,并提出了一条助力用户业务自动化、平台使用便捷化、应用开发生态化的发展路径。最后,通过介绍所研发的面向新型电力系统的仿真应用软件开发平台和运行环境——CloudPSS,展示了上述设计理念与发展路径对软件研发和推广的指导作用。

面向新型电力系统的高性能电磁暂态云仿真技术

高性能电磁暂态仿真是新型电力系统安全运行的必备分析工具。受建模仿真能力、计算效率、扩展性等方面的限制,传统电磁暂态仿真工具难以适应新型电力系统的需求。为此,该文通过新型电力系统电磁暂态建模、高性能并行计算、开放性电磁暂态仿真平台构建等方面的创新,解决了现有电磁暂态仿真平台“大规模新型电力系统建模仿真难”、“仿真效率提升代价大”和“服务决策能力不足”3个技术难题,研发了面向新型电力系统的高性能电磁暂态云仿真平台,形成了共享、灵活的仿真体系。

ETAP软件在大型石化企业电力系统中的应用

本文针对大型石化企业电力系统的特点及其建模和分析计算的重要性,介绍了应用ETAP软件的设备模型、不同的分析模块需要的数据以及数据版本、单线图和连接方式的三维数据库的概念和应用。

基于全球能源互联网的电力系统仿真分析

针对全球互联电网建模的一些基本问题以及建模仿真对系统数据的需求进行分析,提出一种用于稳态潮流分析的基本建模方法。同时分析由故障引起的暂态稳定性、低电压穿越能力和动态特性等问题。研究表明,因为仿真能力和研究系统的限制,全球能源互联电力系统建模最基本的方法仍然是网络等值和实时数模混合仿真。全球互联电网,尤其是含有高压直流输电系统的互联系统的建模仿真对高性能仿真实验室的建设提出新的需求。

水轮机及其调速系统建模与参数辨识方法

介绍了时域法、频域法和遗传算法等常用的电力系统模型辨识方法。以现场试验数据为基础,分别用PLPF法和遗传算法对水轮机及调速系统进行了参数辨识,结果表明遗传算法能较准确地辨识出系统各个环节的数学模型,仿真曲线更接近实际,体现了遗传算法在非线性模型辨识方面的优越性。

船舶区域配电系统建模与故障仿真分析

船舶区域配电系统作为船舶电力系统的发展方向用于电力推进船舶和军用舰船,目前其故障与安全可靠性研究成为国际研究热点之一。运用计算机数字仿真技术建立了某电力推进船舶区域配电系统数字仿真模型,仿真了系统正常运行、单相接地故障和三相短路故障的工况,分析了不同故障类型及同一故障类型发生在系统不同区域时对系统稳定性的影响。仿真结果表明,其数据对船舶区域配电系统的设计、调试及控制方法的研究具有参考价值。

分布式直流电压裕度控制的多终端的VSC HVDC系统的建模

本文论述了多端的电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电的稳定性模型。介绍了转换器处的直流电压控制模型,该模型采用级联结构且允许二端的VSC-HVDC系统的中断。当将模型应用到多端直流系统时,在直流电压控制转换器失效情况下,功率控制器接管控制电压。搭建了一个四端高压直流输电模型,并使用PSCAD进行仿真,结果表明:在直流系统转换器中断后,该模型可应急采取电压裕度控制分配电力失衡。

智能电网框架下的开放式电网模型管理系统

从IEC61970标准,面向服务架构SOA和具体实现技术三个层面出发,提出了开放式电网模型管理系统的设计方案。通过直接处理CIM对象、应用CIM对象集与CIMXML互映射技术及其他业务层服务实现一体化构建和管理由CIMXML、可缩放矢量图形SVG和E文件组成的电网全模型。采用SOA设计理念,对系统内部进行'细粒度'的服务组件开发,通过企业服务总线ESB对外开放'粗粒度'的通用数据访问GDA等服务接口,为应用系统提供标准精确的模型信息,并对该系统在智能电网框架下的应用作了展望。

汽轮机调节系统模型仿真校核技术

汽轮机及其调节系统模型参数实测是电力系统建模的重要组成部分,仿真校核是保证模型参数正确性的关键。针对汽轮机及其调节系统模型参数仿真校核中存在的问题和难点,研究了其解决方法并开发了一套基于该解决方法的汽轮机及其调节系统模型参数仿真校核的软件。软件能够根据实际汽轮机及其调节系统的特性调整模型实现仿真,并且能够根据仿真和实际结果自动计算校核指标。软件能够减少使用者的工作量同时保证校核精度。

负荷建模的基本原则和方法

回顾了国内外电力系统负荷建模技术的发展以及负荷模型对电力系统计算分析的影响。在基于仿真计算和事故校验的电力负荷校核及调整研究、统计综合法负荷模型软件开发、电力系统负荷特性监测与辨识技术研究3个课题的研究成果基础上,提出了电力系统负荷建模的基本原则与方法。

考虑双馈风电机的配网广义综合负荷建模

提出考虑双馈风电机接入的配电网广义综合负荷模型。通过仿真结合机理分析指出可采用恒功率源对面向负荷建模的双馈式风电机暂态外特性进行等效描述,将其与传统配网综合负荷模型结合即可得广义综合负荷模型;在不同运行方式下分别对样本进行多曲线拟合参数辨识,将模型拟合效果与传统内插、外推效果进行对比,结果显示多曲线拟合可得适应性更强的模型参数,且根据辨识结果可评估分布式电源并网容量,模型结构合理、有效;为简化广义模型结构,将恒功率源并入传统ZIP模型的恒功率部分得到广义ZIP模型并对相应参数转换关系进行推导。