The Analysis of the Differences between Electromechanical Transients Simulation and Electromagnetic Transients Simulation

The paper firstly interprets the differences between electromechanical transients program BPA and electromagnetic transients program EMTDC in the field of principle, model and algorithm. Then the authors carry out the simulation based on single-machine infinite-bus system and draw some conclusions. The time consumption of the simulation using EMTDC is much longer than the simulation using BPA under the same length of time. The results of BPA are close to those of EMTDC under steady conditions. The fundamental frequency component of the EMTDC results seems closer to the BPA results than its original value, but they still away from completely consistent. In this simulation of single-machine infinite-bus system, the transient stability results of BPA and EMTDC are close, but the results of BPA are apt to be more conservative. All the conclusions above have a certain reference value to both hybrid simulation and comprehensive analysis method in the study of the AC/DC digital simulation of large power grid.

Discussion on the application prospect of the transient electromagnetic method based on the dual launcher and mine advanced detection

The dual transmitter implements the equivalent anti-magnetic flux transient electromagnetic method, which can effectively reduce the scope of the transient electromagnetic detection blind area. However, this method is rarely reported in the detection of pipelines in urban geophysical exploration and the application of coal mines. Based on this, this paper realizes the equivalent anti-magnetic flux transient electromagnetic method based on the dual launcher. The suppression effect of this method on the blind area is analyzed by physical simulation. And the detection experiment of underground pipelines is carried out outdoors. The results show that the dual launcher can significantly reduce the turn-off time, thereby effectively reducing the impact of the blind area on the detection results, and the pipeline detection results verify the device’s effectiveness. Finally, based on the ground experimental results, the application prospect of mine advanced detection is discussed. Compared with other detection fields, the formation of blind areas is mainly caused by the equipment. If the dual launcher can be used to reduce the blind area, the accuracy of advanced detection can be improved more effectively. The above research results are of great significance for improving the detection accuracy of the underground transient electromagnetic method.

Hybrid Simulation of ±500 kV HVDC Power Transmission Project Based on Advanced Digital Power System Simulator

In order to effectively imitate the dynamic operation characteristics of the HVDC （high voltage direct current） power transmission system at a real ±500kV HVDC transmission project, the electromechanical-electromagnetic transient hybrid simulation was carried out based on advanced digital power system simulator （ADPSS）. In the simulation analysis, the built hybrid model＇s dynamic response outputs under three different fault conditions are considered, and by comparing with the selected fault recording waveforms, the validities of the simulation waveforms are estimated qualitatively. It can be ascertained that the hybrid simulation model has the ability to describe the HVDC system＇s dynamic change trends well under some special fault conditions.

Simulation research and application on response characteristics of detecting water-filled goaf by transient electromagnetic method

Water inrush disasters poses a great threat to the safe exploitation of coal resources.To solve this problem,the transient electromagnetic method(TEM)was proposed to accurately detect the water accumulation in the goaf.The electromagnetic response characteristics of diferent water-flled goaves were studied by electromagnetic feld theory,numerical simulation and feld verifcation.Through the models of 100%water accumulation,50%water accumulation,0%water accumulation,100%water accumulation with collapsed rock,50%water accumulation with collapsed rock and 0%water accumulation with collapsed rock goaf,the characteristics of induced voltage attenuation curves were studied.Meanwhile,the relationship between the attenuation voltage value and area of the transmitting coil,the depth of the goaf,the background resistivity,and the delay time were also simulated.The results illustrate that the attenuation curve of induced voltage presented a regular exponential decay form in the 0%water accumulation model but existed abnormal exaltation for voltage in water-flled model.Through the linear ftting curve,it can be seen that the abnormal intensity of the induced voltage becomes stronger as the distance between the measuring point and the center of the target decrement.Moreover,the abnormal amplitude of the induced voltage increases with the rise of the water accumulation and collapsed rock will weakly reduce the low-resistivity anomalous efect on the water-accumulated goaf.In addition,the response value of the attenuation voltage increased as the area of the transmitting coil increases,but decreased with increasing delay time and increasing background resistivity and depth of the target body.The feld detection results of the Majiliang coal mine also confrmed the theoretical analysis and the numerical simulation.

Dynamic phasor-based hybrid simulation for multi-inverter grid-connected system

To realize the efficient transient simulation of a grid-connected power generation system based on multiple inverters, this paper proposes a hybrid simulation method integrating the models of electromagnetic transient and dynamic phasors. Based on a demonstration of the concepts and properties of dynamic phasors, the models of single-phase and three-phase inverters described by dynamic phasors are established first. Considering the numerical compatibility problem between dynamic phasors and instantaneous values, an interface scheme between dynamic phasors and instantaneous values is designed, and the efficiency and precision differences of various transformation methods are compared in detail.Finally, by utilizing MATLAB/Simulink, a hybrid simulation platform of a multi-inverter grid-connected system is built, and the efficiency and accuracy of the hybrid simulation are validated via comparison with the full electromagnetic transient simulation.

钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法

利用掘进巷道超前探水钻孔进行钻孔瞬变电磁法探测钻孔孔壁外围远距离含水体,避免了常规测井方法仅能探测钻孔孔壁岩层的“一孔之见”。目前钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,接收到的单分量响应不能判别异常体方位;多分量响应可以近似判断异常体的大致方位,但难以通过成像等直观有效的方法对其进行精确定位。基于钻孔瞬变电磁法和方位电磁波测井相关理论,提出了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,采用方位线圈作为探测装置,减小线圈互感,增强钻孔瞬变电磁法的探测效果。同时,通过改变线圈旋转角,对钻孔孔壁进行360°扫描,形成钻孔径向全方位探测,旨在对钻孔孔壁外围岩体中的低阻体进行精确定位。首先推导方位线圈的互感解析表达式,探讨方位角对方位线圈互感的影响,通过数值计算确定最佳方位角取值。分别建立均匀介质和含低阻异常体的钻孔全空间三维地质-地球物理模型进行瞬变电磁场数值模拟,分析方位线圈的瞬变电磁法扫描探测多分量响应特征,总结方位线圈扫描探测瞬变电磁响应规律,确定了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,即通过钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征判别钻孔孔壁外围岩体中低阻异常体的位置。最后建立含2个低阻体的地质-地球物理模型,采用最佳方位角的方位线圈进行数值实验,验证了该方法能有效地判别低阻异常体的方位。研究表明:钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩体中低阻异常体引起的瞬变电磁场异常,全空间视电阻率成像结果分辨率较高。依据钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征,钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法对钻孔孔壁外围岩体中的低阻异常体具有较高的分辨率及定位精度。研究结果可以为钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法的实际应用提供理论依据。

适应并离网模式切换的DFIG电磁暂态仿真建模

目前,常用的商业仿真软件中的双馈式感应发电机(double-fed Induction Generator,DFIG)模型通常不支持离网运行模式,难以实现风力发电系统由离网到并网的全过程电磁暂态仿真,对电力系统仿真分析工作带来极大不便。研究适应并离网模式切换的DFIG电磁暂态仿真建模方法。基于模块化思想分别对风力机、异步电机、变流器以及断路器进行建模,在系统组装形成DFIG风力发电系统电磁暂态仿真模型。提出了适应并离网模式切换的DFIG受控源等效电路模型和离散时间域实现方法,通过设计状态变量矩阵元素的截取和扩充算法实现了模型在并离网模式下的无缝衔接。在MATLAB/Simulink中搭建DFIG发电系统模型对所提方法和模型进行验证,仿真结果表明,所提建模方法能够很好地支持DFIG离网运行模式,实现DFIG由离网到并网的全过程电磁暂态仿真。

基于多核CPU的风光新能源场站全拓扑实时仿真建模方法

风光新能源场站在构建新型电力系统中占据重要地位,其电磁暂态实时仿真愈发受到关注。由于新能源场站网络解算十分复杂,串行逻辑冗长,难以在目前开发较为成熟的多核CPU仿真机上实时仿真。因此提出了一种基于多核CPU的风光新能源场站全拓扑实时仿真建模方法。该方法基于电网络等效原理,建立发电单元四端子等效模型,依据该模型的仿真流程设计适用于多核CPU的并行仿真架构,实现新能源场站的实时仿真。所建场站模型利用内部电压的计算可保留高精度的全拓扑信息,同时通过降阶有效降低网络解算资源占用,缩短串行逻辑。经仿真测试,相较于RTDS模型,该方法所建模型在保证精度误差小于4%的同时可实时仿真的场站规模扩大3倍,有效降低实时仿真硬件成本。

新能源电力系统细粒度并行与多速率电磁暂态仿真

随着可再生能源的快速发展,电力系统设备类型越来越多,系统振荡特征越来越复杂,对电磁暂态仿真的精度和效率提出了更高要求。基于大规模集成电路设计中所使用的延迟插入法(LIM),提出了新能源电力系统的细粒度建模方法,并结合图形处理器(GPU)的资源优势,实现了算法的并行求解。所提方法将传统交流电网与电力电子设备进行解耦,并基于混合数值稳定性判据和局部截断误差的方法确定了各子系统的步长。然后,通过插值实现了新能源电力系统的多速率仿真。最后,基于GPU硬件平台,以含新能源接入的改进39节点系统为例验证了所提方法的精度,并以不同规模的新能源接入、不同仿真步长的组合验证了所提方法在仿真效率方面的优势。

新能源场站过电压受变压器磁饱和影响机理分析及修正方法

文中研究新能源基地经直流外送系统中变压器磁饱和特性对过电压的影响,揭示变压器磁饱和特性影响新能源场站过电压的机理。首先,介绍了有无变压器磁饱和特性建模时新能源场站并网点过电压仿真结果的差异。其次,介绍了变压器的电磁暂态仿真模型及其磁饱和特性的建模方法。然后,论证了过电压发生时变压器的磁饱和特性将使其吸收无功功率,并推导了无功吸收量与电压之间的关系。接着,针对未考虑变压器饱和特性的算例提出了过电压仿真结果修正方法。最后,通过小型测试案例及西北全网测试案例,验证了所提出的理论及修正方法的正确性与可行性。

复杂地形瞬变电磁三维正演模拟与地形效应分析

目前,地面瞬变电磁法凭借其优势已被广泛用于煤矿水文地质勘查中,然而,在野外实际勘探中,复杂地形环境常导致发射源几何形状的改变与信号接收偏差,降低了勘探精度。为此,采用理论分析、数值模拟和实际地形数据分析相结合的方式,系统研究了复杂地形条件下电性源与磁性源瞬变电磁场的响应特征。首先,基于二阶后退欧拉离散的矢量有限元正演模拟技术,详细探讨了山峰和山谷地形位于接收点和发射源位置时,对两种源系统的影响规律。结果表明:电性源系统会出现响应变号现象,源导线位置高于周围地形时响应增强,反之则被削弱;而磁性源无变号现象,但响应变化规律与电性源类似。其次,利用实测地形数据,采用四面体网格建立与实际地形高度吻合的三维正演模型。模拟结果显示:早期响应曲线能够清晰反映地形细节,曲线形态与地形特征一致;而晚期响应则逐渐趋于平缓,体现了深部背景的影响。研究成果可为复杂地形条件下瞬变电磁法的勘探装置布设、数据采集、处理和解释提供理论指导,对提高煤矿水文地质勘探精度具有重要意义。

电力系统风力发电建模与仿真研究综述

对于大规模风电并网的电力系统安全稳定分析,构建合适准确的风电场模型至关重要。首先,梳理了现有风电机组的模型结构以及风电场的动态等值,阐述了风力发电系统的参数辨识方法。其次,介绍了电力系统中风力发电系统常用的时域仿真分析技术,主要综述了电磁暂态仿真、机电暂态仿真、中长期动态仿真、机电-电磁暂态混合仿真和数模混合仿真技术。然后,简述了风力发电系统建模与仿真的新进展。最后,分析了电力系统中风力发电系统的建模及其仿真技术面临的挑战与瓶颈,并结合新型电力系统的需求,对其建模与仿真技术进行了展望。

交直流电网多时间尺度暂态仿真接口综述

为满足大规模交直流电网多时间尺度动态过程的准确、高效仿真需求,已有研究结合不同仿真建模理论深入讨论了多时间尺度分区仿真方法。对于多时间尺度分区仿真,不同分区间的仿真接口是决定仿真成败的关键。首先,分析了交直流电网的多时间尺度特性及分区多时间尺度仿真的分类。然后,梳理了机电-电磁暂态离线仿真接口设计的关键问题。进一步,归纳了多速率电磁暂态仿真接口和移频-常规电磁暂态混合仿真接口的研究现状。最后,对多时间尺度分区协同仿真接口设计的未来研究方向进行了展望。

电工装备低频电磁仿真中若干关键问题研究现状及趋势

低频电磁场仿真是电气装备智能化的基础核心技术。该文基于计算电磁学自20世纪60年代以来的发展历程,讨论了低频电磁场仿真中若干关键问题的发展现状,展望了当前数值仿真领域的发展趋势。首先,介绍了低频电磁场计算基本方程及数值离散方法;其次,对低频电磁场计算中材料建模的均一化、各向异性、磁滞模型等方面开展了分析和探讨;随后,针对空间多尺度、趋肤效应、开放边界以及变形与运动对低频电磁场仿真中网格和离散格式的特殊性进行了阐释,分析了当前电磁-力-热多物理耦合中的关键问题,介绍了数字孪生模型构建中基于物理模型和数据驱动的建模方法及近期工作;最后,对数值仿真在优化设计、人工智能、新一代仿真软件等方面的发展趋势进行了分析和展望。当前,多尺度多物理耦合建模仿真方法仍是电磁场计算领域的研究重点。传统数值仿真与新兴计算技术、人工智能的结合愈加紧密。智能制造和数字孪生等前沿需求下,电磁场计算面临高效迭代仿真和实时仿真的挑战,由物理模型和数据共同驱动的替代建模是解决这两方面挑战的重要手段。工业CAE仿真软件架构正在发生着深刻变革,迫切需要我国自主CAE仿真软件核心技术及应用生态的提升。

新型省级电网电磁暂态实时仿真建模方法

为了解决大规模省级电网电磁暂态仿真效率低下的问题,研究了一种适用于省级电网的电磁暂态实时仿真建模方法。分析了大电网电磁暂态建模难点,通过子系统建模和任务优化方法建立了省级电网模型,对各子网内部进行功率调节,实现了首次功率平衡;基于输电线路模型法原理完成了各子网之间输电线接口的联络,在预设平衡点的基础上,通过在线调节潮流的方法使得所建模型运行在合理平衡点上。为验证该方法的有效性,基于自主研发的实时仿真器(universal real-time experimental platform,UREP-300)对某新型省级电网进行实时仿真。仿真结果表明,所提方法能提高仿真效率,扩大了系统的仿真规模,减小了实时仿真机的计算负担,可为各类大规模系统的仿真与建模提供一种参考。

新能源发电设备接入的电磁暂态仿真研究

构建由风力机模型、双馈感应电机模型及传动系统等构成的双馈风力发电机组(DFIG)为新能源发电设备代表,进行考虑新能源发电设备接入的电磁暂态仿真研究,深度剖析DFIG接入后的电网系统平稳运行以及电压跌落状态下的电磁暂态响应。

半隐式延迟解耦的开关动作高效处理方法

传统电磁暂态仿真采用详细模型建模电压源型换流器(voltage source converter,VSC)并采用双插值法(double interpolation method,DIM)处理步长内的开关事件,由于详细模型的导纳阵时变,DIM算法流程复杂,在进行大电网仿真时严重影响计算效率。针对这一问题,应用半隐式延时解耦原理建模VSC,并对步长内开关事件的处理方法进行研究,通过对开关函数在步长内的占空比进行等值代替DIM,提高仿真效率。首先,从VSC状态方程出发,得到VSC解耦模型,实现换流器的并行计算,提高计算效率;其次,分析了不处理开关事件时累计误差的产生机理,并给出了计算时序和开关函数等值占空比的计算方法,保证仿真精度;最后,以PSCAD的仿真波形为基准,验证了所提方法的精度和有效性,讨论了所提方法的方法特点。

电磁-机电暂态混合仿真在多能源系统动态建模中的应用研究

热力网络是多能源系统的重要组成部分。电网和热网建模机理和时间尺度存在较大差异,传统电力系统暂态仿真程序难以直接应用于电-热多能源系统动态仿真。根据电-热类比方法,采用基本电气元件构建了热力管道热路和水路等效电路模型。同时,基于查表法构建了计及设备运行特性的空气源热泵等效电路模型。为提高仿真效率,进一步提出了基于电磁-机电暂态建模框架的电-热多能源系统动态仿真方法。电网采用机电暂态建模,热网采用电磁暂态建模,空气源热泵模型作为接口模型,完成电网模型和热网模型之间的数据交互。电网模型与热网模型均采用毫秒级及以上仿真步长,实现了高效的多能源系统动态仿真。最后通过算例分析验证了所提模型和仿真方法的有效性。

大规模海上风电场电磁暂态受控源解耦加速模型

随着风电装机容量及占比越来越大,大规模风电场电磁暂态仿真速度极慢的问题愈加凸显。针对现有建模方法复杂、无法反映风电场内部特性、灵活性不足等问题,提出一种大规模海上风电场电磁暂态受控源解耦加速模型。该方法通过受控源传递端口间电压和电流信息,实现风电机组内部元件之间以及不同风电机组之间端口的解耦,从而将系统解算过程中高阶矩阵分解为多个小矩阵以实现快速仿真。基于节点分析法和基尔霍夫定律证明了该方法的有效性。所提出的受控源解耦加速模型建模方法简单,通过仿真软件中现有模块拖拽即可搭建,可以准确仿真风电场的各种暂稳态工况,并且提速效果明显。同时,所提受控源解耦加速模型可与现有文献所提方法互补,扩展其灵活性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了不同机组数量的风电场模型,验证了受控源解耦加速模型的仿真精度及加速效果。结果表明,所提受控源解耦加速模型可实现1~2个数量级的加速效果,且相比详细模型具有较高的仿真精度。

电力电子换流器无延时解耦并行仿真模型

为提高传统一步延时解耦模型的仿真精度,提出了一种电力电子换流器无延时解耦并行仿真模型.在预测步骤中,采用3/2步长预测解耦接口状态量;在校正步骤中,采用中矩形积分,对系统状态矩阵非对角的变导纳部分和状态量乘积矩阵进行离散化处理,构造出具有1/2时延的解耦形式,推导出无延时解耦并行仿真模型,并将其数值稳定域与传统一步延时解耦模型进行对比分析.最后,通过仿真和搭建物理实验样机来验证所提模型.结果表明:所提模型具有恒导纳、高精度和并行度的特点,大步长仿真结果与参考模型的最大相对误差低于5%,FPGA板卡上硬件资源LUTs、DSPs占比分别为8.2%和6.5%,可以实现280 ns步长的实时仿真.