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.

Simulation research on scattering characteristics by complex targets

A simulation approach based on a full-wave numerical method is presented to study electromagnetic characteristics by complex targets. How to validate simulation results is considered thoroughly under no analytical and measured data, where a double-check criterion is designed for our simulation approach. As an example, the scattering of F-117A is studied by using our simulation approach under all polarizations, different frequency bands, incident and scattering directions, etc., some of which, such as cross-polarization, bistatic RCS, have not been considered in the previous literature.

42CrMo钢激光-电磁感应复合淬火过程应力与变形研究

目的提高激光强化风电机组轴承的尺寸稳定性,对激光-电磁感应复合淬火过程中的应力演化过程进行分析,并研究工艺参数对淬火变形的影响规律。方法通过考虑淬火相关的工艺过程、材料参数、热源输入及边界条件,使用COMSOL软件建立42CrMo钢激光-电磁感应复合淬火数学温度-组织-应力场多物理场耦合模型,研究淬火过程中的温度、组织和应力变化过程,并进行复合淬火实验验证。通过改进边界条件,建立轴承试件的淬火模型,通过改变相关工艺参数包括激光功率、感应功率和扫描速度,研究工艺对轴承淬火变形的影响规律,并与实际轴承实验结果进行对比。结果经实验测试结果和模型结果对比,感应和激光的温度相对误差分别为5.48%和9.69%,淬硬层深度的相对误差为5.66%,工件中心点应力相对误差为7.14%。结合温度变化和组织变化,将应力变化过程分为感应加热阶段、激光加热阶段、自然冷却阶段和强制水冷阶段。改进后的大轴承表面变形量的模拟值与实验值相对平均误差为0.58%。结论在复合淬火过程中,应力同时受到热应力和组织相变应力的影响,热应力和组织相变应力在每个阶段起作用的主体不同。随着激光功率和感应功率的减小,以及扫描速度的增大,轴承内圈外滚道表面法向位移变小,尺寸稳定性越好。

励磁电流对TMPS-HESM振动噪声影响的仿真分析

为了研究励磁电流对切向聚磁型并联结构混合励磁电机(TMPS-HESM)振动噪声的影响,根据TMPS-HESM切向聚磁特点,建立电机等效磁路模型和Maxwell有限元仿真模型,在不同励磁电流条件下仿真分析了与电机振动噪声有关的转矩脉动、气隙磁密和电磁力等电磁性能。利用ANSYS Workbench仿真平台搭建了电磁振动噪声耦合仿真模型,计算了不同励磁电流条件下电机的振动响应与噪声变化。结果表明:励磁电流对混合励磁电机转矩脉动影响较小,对电机径向电磁力谐波(8,2f1)、(16,4f1)、(0,12f1)分量影响较大,是造成电机振动噪声的主要原因,其中(0,12f1)分量虽然与其它分量不是一个数量级,但仍会恶化电机振动噪声。

含嵌入式直流的受端电网动态响应智能分析方法

高压直流输电系统嵌入大型交流系统,将进一步增加换相失败、直流闭锁等故障对系统安全稳定的影响,交流系统与直流系统的交互作用,将使系统动态更加复杂。针对电网不同运行方式下大扰动后系统复杂动态响应特性分析难题,文中提出一种基于机电-电磁混合仿真与机器学习的智能分析方法。该方法基于主成分分析(principal components analysis,PCA)降维、基于密度的噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)、K-means等算法建立二阶段聚类模型,可针对直流落点近区严重故障后大量混合仿真动态曲线在高维空间中自动聚类,并给出相应标识与严重程度;提取交直流系统在不同故障下的典型动态模式,自动标注并识别各模式下主导安全稳定问题。文中所提方法的有效性在2025年华东电网运行方式中得以验证,仿真结果表明,所提方法可有效提取不同故障下系统动态模式,将有效支撑后续复杂故障下的交直流系统动态机理分析。

磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机的振动噪声研究

以一台2.5 k W切向聚磁型并联结构混合励磁电机为研究对象,研究切向聚磁型并联结构混合励磁电机磁极偏心对电机振动噪声的影响。根据电机电磁振动噪声相关理论,建立磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机模型,采用磁极偏心优化其气隙磁密畸变率和电磁噪声,分析该电机在优化前后径向电磁力的阶次、频率特征,并对该电机的定子进行模态分析,利用ANSYS Workbench仿真平台搭建电机振动噪声耦合模型,计算优化前后电机的振动响应与噪声变化。结果表明:采用磁极偏心能有效优化电机气隙磁密和电磁力密度,气隙磁密谐波畸变率显著下降,电磁力(16,4 f1)分量幅值减小74%,从而可达到抑制电机振动噪声的目的。

基于机电–电磁混合仿真的交直流混联受端电网连锁故障筛选指标及搜索策略

现有交直流连锁故障筛选指标和仿真手段不能准确反映交直流耦合作用和直流暂态过程,难以得到准确的连锁故障演化路径。因此,该文提出一种基于机电–电磁混合仿真的交直流连锁故障筛选指标及搜索策略。首先,基于PSD-PSModel构建交直流混联受端电网机电–电磁混合仿真模型;其次,考虑交直流耦合作用与直流控制环节,提出多馈入交直流交互作用因子(multi-infeed AC-DC interaction factor,MIADIF)和连续换相失败时间窗口(continuous commutation failure time window,CCFTW)指标,能够精确反映交流故障对多馈入系统关键状态变量暂态过程的影响;然后,基于筛选指标与混合仿真提出一种交直流连锁故障搜索策略,实现交直流连锁故障的快速、准确、全面搜索;最后,依托上海交直流混联受端电网进行仿真验证和分析,验证所提指标和搜索策略的有效性。

交流网严重故障引发LCC-UHVDC功率振荡机理及控制优化方法

直流输电工程在长期发展中形成相对固定的控制策略,完善该策略对提高交直流混联电网的稳定性有重要意义。近年来,使用机电–电磁混合仿真技术进行稳定分析,在大电网交流侧某些严重故障下,多条基于电网换相换流器的特高压直流(ultra-highvoltageDCbasedonline commutatedconverter,LCC-UHVDC)工程均出现了持续大幅度功率振荡,表明现有控制策略需要一步完善。该文介绍了各UHVDC工程中出现的相似功率振荡现象,并以某工程为例,深入分析直流控制器中换相裕度面积计算(commutation margin area calculation module,AMINCALC)、设置最大熄弧角输出(maximumarcanglelimiteddirect outputmodule,GAMMA0)及低压限流(voltagedependent current order limiter,VDCOL)等多个控制环节共同诱发功率振荡的机理;研究抑制该类直流振荡可能的控制措施及实用的控制优化方案。实际电网的仿真证明了该方案的有效性。

双定子无刷双馈发电机电磁分析与实验研究

针对现有传统结构无刷双馈发电机(brushless doubly-fed generator,BDFG)功率密度较低、磁场调制能力较弱的问题,提出了一种新型混合转子双定子无刷双馈发电机(double stator brushless doubly-fed generator,DSBDFG)。阐述了该新型发电机的机械拓扑结构和运行原理,采用有限元方法分别对该发电机在空载和负载运行时的电磁性能进行了仿真分析。研制了1台额定功率为50 kW、额定转速为360 r/min的实验样机,对样机绕组电阻和电感参数进行了测量,搭建了样机空载和负载运行时的实验平台,对样机在额定转速下空载和负载运行时的电压、电流及效率进行了测试,通过将实验结果与仿真结果进行对比,验证了新型混合转子DSBDFG电磁设计的合理性和正确性。

电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真接口原理

在电力系统仿真中,如果能在一次仿真过程中同时实现大规模电网的机电暂态仿真与部分电网的详细电磁暂态仿真,那么对详细分析系统特性,特别是直流输电、FACTS元件等的特性具有重要的理论价值和现实意义。针对这一问题,笔者在比较电磁暂态仿真和机电暂态仿真模型与方法的基础上提出了一种电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真的通用接口方法。该方法在我国实际电网中的成功应用证明了其有效性和实用性。笔者将分三个系列进行相关讨论,此文为系列报告之一,主要提出了电磁暂态-机电暂态混合仿真的实现原理及接口模型,如接口等值电路的设计、接口交换时序的设计等。

电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真接口实现

作者在关于电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真研究的系列报告之一中曾提出了一种混合仿真的接口方法。在该混合仿真研究的系列报告之二中,作者主要针对电磁暂态机电暂态仿真接口实现过程中由于机电暂态网络正、负序阻抗不相等引起的机电暂态网络等值导纳矩阵不对称的问题, 提出了“节点分裂接口算法”,并提出了一种戴维南等值简化法,用于快速计算节点分裂法需要的相关变量。

电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真的应用

作者在关于电力系统电磁暂态-机电暂态混合仿真研究的系列报告的前两篇中曾提出了一种混合仿真的通用接口方法以及相关实现算法。在该混合仿真研究的系列报告之三中, 作者主要检验了系列报告一、二中提出的接口模型、接口算法在实际电力系统中的应用效果,包括:IEEE 14节点系统故障后的仿真分析、东北-华北-华中-川渝联网系统中伊敏-冯屯线路安装固定串补后系统次同步谐振的时域分析。仿真结果证明了作者提出的混合仿真的接口方法和模型的有效性与实用性。

考虑不对称故障的机电暂态–电磁暂态混合仿真方法

提出一套机电暂态–电磁暂态混合仿真方案,包括接口母线的选取方法、机电暂态子系统对电磁暂态子系统的等效、等值电路正序和负序参数不相等情况的处理(基波负序补偿法),并采用最小二乘法求取3序基波电流来反映电磁暂态系统仿真结果对机电暂态网络的影响。仿真计算结果证明了该套仿真方案的有效性和可行性,解决了机电暂态网络发生各种对称和不对称故障复杂情况下局部电路的详细电磁暂态仿真问题,并通过了大型电网仿真的检验。

双馈风力发电机组的电磁暂态-机电暂态混合仿真研究

为深入分析双馈型风力发电机组的动态响应,基于双馈风机的运行原理,建立了双馈风机的电磁暂态模型,并进行了电磁暂态–机电暂态混合仿真研究。在自主开发的大型电力系统分析软件包混合仿真平台(power system department-power system model,PSD-PSModel)中实现了双馈风机的混合仿真功能,建立了双馈风机的基本模型框架。采用单台机等值模拟风电场,并利用IEEE 14节点算例进行了详细的仿真研究,分析了其控制策略和暂态过程中的动态响应。便于今后与风机制造厂家合作建立实际风机的详细电磁暂态模型,为深化研究风电机组对电网稳定的影响提了供有力的技术支持。

基于RTDS/CBuilder的电磁–机电暂态混合实时仿真方法

提出了基于实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)的电磁–机电暂态混合实时仿真方法。在RTDS/CBuilder环境下,采用多线程和双链表稀疏矩阵技术开发了实时机电暂态仿真程序。提出了电磁和机电侧接口等值电路模型,并将RTDS电磁模型与实时机电暂态程序进行了连接,建立了混合实时仿真平台。该平台可以在详细分析含直流输电局部电网的同时,又能较准确地考虑交流系统对暂态稳定的影响。仿真算例证明了所提混合实时仿真方法的正确性。

模块化多电平换流器快速电磁暂态仿真模型

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电磁暂态仿真耗时过长的问题,提出了2种MMC快速仿真模型。通过分析MMC子模块原理,提出将MMC桥臂等效为自定义数值计算模块与受控电压源组合的数值计算详细模型;并在该模型的基础上设计了一种将独立子模块电磁暂态模型和一般子模块数值计算模型结合的混合模型仿真方法,弥补了数值计算模型难以模拟子模块电磁暂态过程的缺陷。为了进一步提高模型的仿真速度,通过简化MMC的电压均衡控制及子模块状态的差异性,建立了数值计算平均值模型。在PSCAD/EMTDC上搭建MMC-HVDC模型,对所提出的快速仿真模型及仿真方法的有效性进行了验证。

电力系统数字混合仿真技术综述

相互独立的机电暂态程序与电磁暂态程序由于各自的不足和局限,已经难以适应快速发展的现代电力系统对仿真技术的要求,数字混合仿真技术为解决该问题提供了一种新的思路。文章对该技术进行了研究,认为接口的处理是其中的关键,在此基础上重点阐述了接口位置选择、等值电路形式、数据交互方式以及数据转换等核心问题。最后指出,在混合实时仿真中电磁暂态侧与实际物理装置相连具有重要的研究价值和应用前景。

基于用户自定义程序的VSC-HVDC机电电磁混合仿真研究

柔性直流输电(VSC-HVDC)输电容量不断提升,使其应用范围由配电网逐步延伸至输电网,分析交直流混联电网受扰后的稳定性及和设备运行安全,需要开发兼顾大电网计算效率和直流动态特性精细模拟的仿真计算工具。为此,建立了VSC-HVDC电磁暂态仿真模型,包括VSC交流侧换流变压器、直流输电系统和控制系统电磁暂态仿真模型,以及各模型的差分化方程,并提出VSC电磁量与机电量接口转换方法;基于电力系统分析综合程序的用户自定义程序接口(PSASP/UPI)功能,提出并开发实现了VSC-HVDC机电与电磁混合仿真算法。VSC-HVDC交直流并联输电系统混合仿真结果验证了仿真算法的有效性。

基于机电暂态-电磁暂态混合仿真的电网合环分析计算系统

为了提高电网的安全运行,开发了基于机电暂态-电磁暂态混合仿真原理的电网合环分析计算系统。利用机电-电磁混合仿真原理,提出了基于最大级数搜索算法的电磁网络自动划分方法,实现了机电暂态模型自动转换为电磁暂态模型的功能,并完成了地理图与厂站图相关联的功能,方便用户操作的同时提高了合环计算结果的准确性。利用开关统计功能,可以得到系统不同时刻的合环情况。通过对新疆喀什地区电网的合环仿真计算,其结果表明该系统能够提高合环操作的准确性,为合环操作提供了重要依据。

特高压交/直流电网仿真技术研究

电力系统的规模日趋扩大,复杂程度不断增加,迫切需要建立与特高压电网发展形势相适应的特高压电网仿真系统。首先分析了各种仿真系统的特点及其适用范围,然后结合我国特高压电网研究对仿真系统的要求,讨论了可用来对大规模交/直流电网的机电暂态与电磁暂态现象进行实时仿真的全数字实时仿真系统与数模混合仿真系统的原理、功能、特点、发展现状及适用范围,指出了其现存的局限性,提出了改进与完善的思路。