半隐式延迟解耦电磁暂态并行仿真方法(一):原理及交流分网与并行

随着电力系统的日渐电力电子化,传统的电磁暂态仿真方法已难以满足快速求解的要求,而分网与并行计算是提高仿真效率的一个有效途径。针对现有电磁暂态仿真分网与并行方法的不足,该文提出一种基于半隐式延迟解耦特性的分网与并行方法,具有分网方式灵活,易于并行的特点。首先从系统状态空间方程出发,应用矩阵分裂技术,对系统状态变量进行分组。然后通过对不同变量组采用不同的积分形式,建立变量组之间的半隐式时间延迟格式,实现变量组之间的时间解耦;进而基于该半隐式延迟解耦格式,设计电磁暂态仿真的分网策略,构建相应的并行计算流程。最后通过算例验证所提方法的准确性和有效性。

MMC电磁暂态快速仿真模型

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)中大量的开关器件给电磁暂态仿真程序(如PSCAD/EMTDC)带来巨大的计算量,使得仿真速度极其缓慢,给仿真研究以及工程设计带来极大的不便。通过进一步推导电容、电感Dommel电磁暂态数值计算方法,得到了电容、电感等值计算中的历史电流源递推公式,使得历史电流源的计算过程中不必再进行支路电流的中间计算,加快了计算速度。基于此历史电流源递推公式建立了MMC电磁暂态快速仿真模型,并在PSCAD/EMTDC中搭建不同端数、不同电平数MMC-HVDC系统,验证了该快速模型的仿真精度和提速效果。

模块化多电平换流器时间尺度变换建模和仿真

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高电平数限制了电磁暂态仿真的速度,提出一种基于时间尺度变换的MMC快速电磁暂态模型。时间尺度变换的主要特点是利用单相实数信号构造解析信号,然后利用解析信号的旋转特性,进行二维坐标系旋转变换,降低原信号频率实现大步长仿真。时间尺度变换按相进行,避免了Park变换三相不对称时的倍频问题。结合时间尺度变换原理和MMC开关函数,分别建立了时间尺度变换后二维旋转坐标系下MMC单个子模块和桥臂戴维南等值的大步长仿真模型,编程开发了相应模型并与PSCAD/EMTDC中搭建的MMC详细模型进行了对比分析,验证了文中方法的有效性和模型的高效性。

基于新能源电源的电网黑启动研究综述

面对世界能源危机和环境问题,新能源发电已成为必然趋势,大停电事故的发生更进一步促使基于新能源电源的黑启动问题成为研究热点。梳理了国内外基于新能源电源的黑启动研究现状,分析新能源电源的黑启动能力,从新能源电源控制、仿真角度探究基于新能源电源的黑启动关键技术。重点讨论了黑启动中的电磁暂态过程,研究黑启动过程的实时仿真平台及其架构设计,指出进一步研究的重点方向。

电力系统移频电磁暂态仿真原理及应用综述

高效、精确的电磁暂态仿真是支撑电力系统运行和控制的关键技术。为了解决传统电磁暂态仿真中速度和精度之间的矛盾,提出了移频电磁暂态仿真方法。文中对移频电磁暂态仿真理论的关键技术进行梳理并对其中存在的部分问题进行分析。首先,介绍移频电磁暂态仿真的原理。然后,依次对移频电磁暂态仿真中的3个关键点进行分析,包括复数信号的构造方法、移频变换的具体形式、移频仿真的模型及其特点。接着,对移频电磁暂态仿真技术应用的研究现状进行了介绍。最后,讨论了现有移频电磁暂态仿真中存在的部分关键问题。

基于分段平均化模型的微电网快速电磁暂态仿真方法

针对微电网的详细电磁暂态(EMT)仿真模型效率较低的问题,提出了一种基于分段平均化模型的微电网快速电磁暂态仿真方法,记作EMTPAM。该方法将分布式电源(DG)和分布式储能元件(DS)以分段平均化模型(PAM)来处理,并将PAM集成到微电网EMT仿真程序中。对带有两个光伏元件(PV)和一个电池储能系统(BESS)的微电网系统分别进行PSCAD/EMTDC和EMTPAM仿真,两者结果的一致性验证了所提方法的有效性;但后者的速度更快,表明所提的分段平均化模型具有更高的效率。

国产化电磁暂态仿真平台发展方向分析及展望

国产电磁暂态仿真平台存在用户群小、推广困难、难以面向工程的难题,亟须寻找合适的研究方向提升仿真性能。随着中国电网逐渐向大规模、高复杂度、电力电子化的方向发展,现有仿真平台的效率越来越难以满足需求。除此之外,现有仿真平台在软件内核、底层开放性和与硬件实物的交互能力上还存在提高空间,平台易用性还需进一步优化。总结了当前模块化电力电子装备的建模方法,提出了仿真技术的前瞻方向,并归纳出能够有效提高仿真效率的一般化加速仿真框架。最后,提出了国产平台易用性优化的具体建议,并指明了技术研究方向。

控制技术渗透下电力系统电磁暂态仿真方法

由于分布式电源及电力电子等新型电力技术的不断发展,电力电子技术的不断渗透将成为未来电力系统的发展趋势。鉴于电力电子元件导致的网络拓扑突变以及其自身的非线性特性会对电磁暂态模型和算法提出了新要求,总结传统电力系统电磁暂态耦合算法,并在此基础上分析算法在应用中会遇到的问题和挑战。从电机模型处理和针对电力电子网络的插值方法等几方面介绍电磁暂态仿真的进展,并汇总消除数值振荡的典型算法及针对大电网的几种并行算法。

基于LC二值等效开关模型的电力电子系统高效电磁暂态仿真方法

开关模型是影响电力电子系统电磁暂态仿真精度与效率的关键因素之一。针对经典LC二值等效开关模型的数值振荡问题,在等效电路中增加一对阻值相同、符号相反的虚拟电阻,并应用指数差分方法,得到了一种改进的LC等效开关建模法;该方法兼具系统导纳矩阵不变、等效参数便于选取、数值稳定性好等优点;在此基础上,开发了根据Simulink模块图自动生成电路计算矩阵的Simulink工具箱;并完成了一种电力电子变压器的应用算例。与Simulink/SimPowerSystem模型的对比测试表明,所提方法的稳态误差小于±2%,仿真提速可达数十倍,在多开关电力电子系统的高效电磁暂态仿真中具有一定实用价值。

基于BPA-HYPERSIM的大电网自动建模软件开发

随着特高压交直流电网建设的飞速发展,大规模交直流电网相互影响研究领域对电磁暂态仿真的规模及效率提出了很高的要求。针对传统的人工建模方式无法满足大规模电网电磁暂态仿真需求的现状,提出了子系统划分、用户主动控制、自动/手动电网解耦、发电机控制器自定义库、潮流自动校核和智能继承等自动建模关键技术,并开发了把BPA数据转为HYPERSIM电磁暂态模型的自动建模软件。软件成功应用于华东电网220 kV级以上系统建模,建模规模达到6000三相节点以上,建模效率得到极大提升,且具有极高的转换精度。通过实际应用证明该技术极大的提高了大规模电网电磁暂态建模的规模与效率,使得新一代数模混合仿真平台能够及时为大电网安全稳定运行提供技术支持。

基于RTLAB仿真平台的新能源机组硬件在环仿真

随着国家双碳战略实施推进,以新能源为主体的新型电力系统发展迅速。开展新能源机组电磁暂态仿真并校验故障穿越性能和保护性能,成为保障新型电力系统安全稳定运行的关键。提出了一种基于RTLAB仿真平台的新能源机组硬件在环仿真技术,建立了两类新能源机组通用一次电路拓扑模型。提出了新能源机组硬件在环仿真实施步骤。基于湖北随州某新能源电站的机组开展了硬件在环实际仿真工作,证明了所提出的硬件在环仿真方法的有效性。