基于端口等效算法的距离后备保护自适应整定

电网中受潮流转移影响的线路会承受大量的过负荷,从而对距离保护的后备段带来明显影响。针对这一现状,提出了一种基于端口等效算法的距离后备保护自适应整定方案。首先建立输电线路的二端口等效模型,快速求解过负荷线路的视在阻抗,然后根据故障计算和整定原则建立多约束条件求解新的整定值。该方法不受电网拓扑结构变化的影响,既防止了距离保护后备段因过负荷误动,又可以正确识别被保护线路上可能出现的短路故障。根据新英格兰10机39节点系统进行计算分析,验证了该方案的有效性。

1000 kV特高压交流变压器端口宽频等效电路模型

准确计算雷电过电压对特高压交流输电系统的绝缘配合设计具有重要意义。但是由于特高压交流变压器结构复杂,目前尚缺乏有效的雷电过电压仿真模型,导致雷电过电压计算结果不准确。针对此问题,以现场测量得到的阻抗宽频特性为基础,利用矢量匹配法,建立了特高压变压器不考虑过电压传输特性的单端口模型与考虑过电压传输特性的双端口模型。在现场利用信号发生器与功率放大器测量了特高压变压器的时域响应特性,对比仿真结果与实测结果,证明了所建模型可以较好地等效特高压交流变压器在雷电过电压下的特性。

基于多负荷端口戴维南等效的电气化铁路牵引网潮流算法

在电气化铁路牵引网的节点电压方程组中,所有的节点电压都是待求的未知量。牵引网中通常有大量的横向并联元件和附加导线,这会使方程组的规模变得非常大,耗费较多的计算时间。该文以交流电气化铁路为例,基于多端口戴维南等效的方法,分别设计了一端口和多端口的潮流算法,降低了迭代方程组的维数,缩短了计算时间,提高了计算效率。通过算例进行了验证,对迭代过程中列车电压的变化和多解现象进行了讨论。

基于节点导纳方程预处理的ISOP型DAB变换器双端口解耦等效模型

电力电子变压器是柔性直流配电网的主要设备,常包含大量开关器件与储能设备,且高频特征限制了仿真步长,仿真效率极低。文中针对典型的输入串联输出并联(input-series-output-parallel, ISOP)型双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器,提出一种基于节点导纳方程预处理的双端口解耦等效模型。首先,将变压器用双端口等效电路表示,列写单个DAB单元的节点导纳方程。然后,通过嵌套快速求解法,列写DAB端子对外等效节点导纳方程,并利用矩阵的对称性与稀疏性进行节点导纳方程的预处理,求解等效参数表达式。其次,利用DAB单元端口电容电压不突变性质进行单步长约等,建立串并联侧解耦的单模块等效电路。最后,给出ISOP型DAB变换器的对外等效电路参数与求解流程。在PSCAD/EMTDC环境中对所提等效建模方法进行仿真加速比与精度的测试,结果表明,当DAB模块数大于50时,所提模型可实现2个数量级的提速,并且与详细模型相比具有极高的仿真精度。

级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型

文中提出一种级联H桥型电力电子变压器(cascaded H-bridge type power electronic transformer,CHB-PET)高频链解耦等效模型。该模型利用Ward等值先将功率模块内部节点的对外贡献转移到边界节点上,再根据相邻仿真步长间高频链端口电容电压不突变的特点以历史电压值替代当前时刻电压,实现电路解耦,最后再进行一次Ward等值消去剩余节点,得到功率模块的背靠背等效电路。每个相单元中,根据CHB-PET的输入串联输出并联连接特征,将功率模块背靠背电路级联形成相单元等效电路。各相等效电路接入外部系统中,由电磁暂态解算器统一求解。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建基于分立元件的详细模型和基于所提方法的等效模型,从仿真精度和时间效率两方面验证所提模型的正确性。

基于信号注入法的电容电流计算方法改进

随着电网容量和密度的增大,系统单相接地时电容电流越来越大,因此准确计算电网电容电流十分必要。该文针对传统信号注入法存在的集中电容模型等效准确性不足、系统自然谐振频率过低、谐振频率搜索时存在偏差且搜索时间过长等问题进行分析与改进。首先,分析传统信号注入法产生的误差,结合中压配电网的频率特性,提出改进的单端口等效模型。然后,人为串联电容,解决谐振频率过低导致的励磁支路分流问题。最后,基于相位比较提出谐振频率的二分搜索法,降低搜索次数。改进的信号注入法计算电网电容误差为9.77%,传统方法误差为27.62%;现场实测电流绝对误差值降低3.65 A,超标率降低40%。改进的信号注入法可以有效降低计算电网电容的误差。

有源磁控忆阻器的等效电路及滤波频率特性研究

基于三次非线性数学模型,采用通用有源电路元器件完成了一种磁控忆阻器的"浮地"二端口等效电路实现,基于Multisim电路仿真软件并搭建实际硬件电路研究了其伏安特性,进而研究了基于该有源磁控忆阻器的WC高通和低通滤波电路的频率特性,并与无源RC高通和低通滤波电路的频率特性进行了比较。软件仿真和硬件实验结果表明:有源WC高通滤波电路与无源RC高通滤波电路呈现相似的幅频和相频特性,而有源WC低通滤波电路的频率特性不同于单极点的无源RC低通滤波电路,其幅频和相频特性均呈现出多极点的特性。

基于CPCM的复转矩系数法在复杂电力系统SSR问题研究中的应用

基于电力系统元件复频域端口导纳矩阵模型,采用分散消元的复转矩系数法,可方便地生成全系统复频域网络方程,有效降低计算复杂度;经适当处理后,可准确计及其他发电机组的轴系动态过程和其他转速控制元件的作用及其对被研究发电机组电气阻尼特性的影响。对某典型火电基地经串补输电系统的次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)特性及静止无功补偿器对SSR问题的抑制进行分析,并结合时域仿真验证分析结果的有效性。研究认为,在进行多机系统SSR问题复转矩系数分析时,需计及系统其它发电机组轴系动态和转速偏差对待研究机组阻尼特性的影响。同时,该方法可以根据网络结构的变化快速修改网络方程,以适应任意网络结构的次同步谐振分析,为研究复杂电力系统的SSR特性及抑制措施提供了有效手段。

基于端口等效法的支路串联谐振识别

针对电力系统支路串联谐振识别难的问题,提出了端口等效法的支路串联谐振识别方法。首先,以典型的3节点系统为对象分析支路串联谐振,发现支路串联谐振可以由母线节点与参考节点形成的端口等效导纳进行识别;然后,通过建立节点-端口关联矩阵,利用节点阻抗矩阵得到多端口戴维南等值阻抗矩阵,进而形成端口等效导纳矩阵,同时消去节点负载支路,消除了节点负载支路对识别支路串联谐振的影响,有效地利用了电力系统中普遍使用的节点导纳矩阵;最后,通过对3节点系统和IEEE 9配电网系统进行仿真分析验证,证明了该方法的可行性和正确性。

采用STATCOM抑制多机系统次同步振荡的理论与仿真

针对远距离大容量输电系统中出现的多机系统次同步振荡(SSO),分析了利用STATCOM附加电流的抑制策略,采用了模态解耦控制方法,详细介绍了控制器参数整定过程。在此基础上,建立了网络中各元件的端口等效导纳矩阵。采用分散消元的复转矩系数法,可以简化全系统复频域网络方程的生成,便于分析发电机组的等效电气阻尼特性。最后以此方法分析了某实际串补输电系统的SSO特性以及STATCOM对SSO问题的抑制效果。结果表明,该装置能够增加所有不稳定模态的电气阻尼,有效抑制次同步振荡,为系统中存在的多机多模态次同步振荡问题的解决提供了参考。

基于柔性多状态开关的有源配电网双层优化方法

大量间歇性分布式电源的接入,给配电网带来了新的挑战。柔性多状态开关(Soft Open Point, SOP)是一种新型的电力电子装置,具有强大的功率调控和潮流优化能力。文中提出了一种基于SOP的有源配电网双层优化方法。考虑SOP运行控制的约束条件,建立了多端口SOP等效模型。以年综合费用最小为目标建立SOP上层规划模型,以多时段配电网电压偏差最小、网损最低为目标建立基于最优潮流的下层优化模型,并采用改进的遗传粒子群混合优化算法对双层优化模型进行求解。在IEEE 33节点算例上,对比分析了规划前后三端口SOP的优化能力。结果表明,SOP能有效解决配电网电压越限问题,同时降低系统损耗,并且合理的SOP规划对配电网运行优化效果更为显著。

采用区间动态状态估计的局部不可观系统谐波源定位

传统动态谐波状态估计方法无法有效应对线路参数不确定或局部不可观系统问题,因此用于谐波源定位仍存在较大的局限性。针对上述不足,该文提出基于区间动态状态估计的局部不可观系统谐波源定位方法。首先,利用多端口等效将局部不可观系统转化为等效可观系统,在考虑线路参数不确定性前提下,采用基于误差最优上界的区间卡尔曼滤波算法进行区间动态谐波状态估计;其次,筛选出高度线性相关的状态量,并采用区间中点线性回归辨识回归系数,将其与不可观区域中的节点进行匹配,将匹配度最高的节点视为不可观区域中谐波源所在位置;最后通过算例验证所提方法的可行性与准确性。

微电网分块并行实时仿真算法

微电网中含有大量的高频功率开关元件,对电力系统硬件在环实时仿真提出了很高的要求。为减轻逆矩阵法的存储压力,将整个微电网分割成多个子网络,仅存储计算子网络端口输入变量和内部状态变量等所需的各种参数。给出了选择端口输入变量及其列写网络方程的一般原则,研究了网络方程无向图的生成方法。采用状态变量作为子网络端口输入变量使迭代计算限制在网络局部。算例表明,所提网络分块求解的多端口混合等效方法能有效地解决数据存储和计算速度之间的矛盾,在基于FPGA的实时仿真器中能以5μs的仿真步长实现一个低压微网系统的实时仿真。

海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法

随着深远海风电的开发与快速发展,采用柔性直流输电技术逐渐成为海上风电系统的首选方案。然而,海上风电及其输电系统的安全运行仍面临严峻的挑战。实时仿真技术能低成本、快速模拟各种复杂运行工况,得到越来越多的关注。直流汇集DC/DC系统是海上风电系统中的关键设备,其复杂的级联结构、数量众多的元件和更高的开关频率都给实时仿真带来了巨大的挑战。为此,提出一种海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法,通过仿真算法的并行设计和等效模型的构建两个步骤,实现大规模海上风电直流汇集DC/DC系统的小步长实时仿真。首先,将EMTP算法重新设计为适用于实时仿真的并行算法,并基于此构建直流汇集DC/DC系统子模块的等效模型。其次,根据子模块之间的串联耦合关系,构建直流汇集DC/DC系统的多端口等效模型。最后,在CPU-FPGA异构实时仿真平台中进行海上风电直流汇集DC/DC系统在多种工况下的实时仿真,并与PSCAD/EMTDC离线仿真结果进行对比,验证了所提实时仿真方法的准确性和高效性。

表贴式永磁同步电机对称稳态运行仿真研究

表贴式永磁电机阻抗小对输入电压十分敏感,为此需要得到足够准确的电压值才能进行电压源激励下的仿真研究。传统相量图需要较准确的电机模型及参数才能获得端口电压。为此,本文提出一种基于端口等效电路的相量图的有限元稳态仿真方法。该方法仅需计算定子电阻和端部漏感参数,然后采用电流源激励二分法获取较准确的输入电压,并通过时域有限元进行仿真验证。