我国电网已成为世界上运行特性最复杂、控制难度最大的电网，基于电力系统全数字仿真装置(advanced digital power system simulator，ADPSS)构建大规模交直流电网数模混合仿真系统，开展直流控制保护闭环仿真试验研究及进行交直流相互...
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我国电网已成为世界上运行特性最复杂、控制难度最大的电网，基于电力系统全数字仿真装置(advanced digital power system simulator，ADPSS)构建大规模交直流电网数模混合仿真系统，开展直流控制保护闭环仿真试验研究及进行交直流相互影响的分析工作，对提高直流输电系统及交流电网正常、故障、异常运行工况条件下主要电气量以及相关运行数据的仿真分析水平，有十分重要的现实意义。 大规模交直流混联电网的发展离不开强大的仿真能力支持，本文基于ADPSS开展大规模交直流混联电网数模混合仿真，开展了如下研究及工作： （1）本文采用机电—电磁数据自动转换程序实现大规模交流系统的快速建模;将机电数据转换至电磁数据，从电磁建模角度对西北区域PSASP数据进行校核修正;基于ADPSS分别搭建了宁夏电网、陕西电网、青海电网、新疆电网和甘肃电网的全电磁模型。 （2）本文通过研究光纤信号接口技术，提出了电气信号加光纤信号的接入方法，解决了传统电信号接口方式存在的接口信号量大、接线繁琐、信号同步困难等问题，保证系统物理模型与实际直流控保装置之间数据交互的有效性。通过对比试验证明多进程框架的性能是多线程框架的5倍以上，本文最终选择在应用中使用多进程框架以获得更高的性能。 （3）本文提出一种支持可扩展的电磁暂态实时并行仿真计算的多层通信方法，通过在计算硬件的NUMA架构的基础上，控制仿真任务的通信量、通信机制和通信时刻，实现全局的通信优化配置，从而优化大幅提升通信性能。 （4）本文最后通过西北全网带7回直流控制保护装置的数模混合仿真案例验证了本文所提方法的正确性。从仿真结果可以看出，将西北全网的交流系统模型划分为175个子网能够达到实时仿真要求，应用本文所提方法可以实现8682个三相交流节点的交流电网接入7回直流控制保护物理装置的实时仿真，且直流动态响应合理。 本文开展大规模的交直流电网全电磁暂态数模混合仿真，使ADPSS达到成为特高压交直流大电网仿真“校准钟”的目标，更好的支撑了交直流混联电网的精细化仿真。
近年来,基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术(modular multilevel converter-based high voltage direct current transmission,MMC-HVDC)发展迅速,适用于新能源接入,城市电网互联等领域。为深入研究柔性直流输电系统与交流系统...
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近年来,基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术(modular multilevel converter-based high voltage direct current transmission,MMC-HVDC)发展迅速,适用于新能源接入,城市电网互联等领域。为深入研究柔性直流输电系统与交流系统的交互作用,传统的数字仿真手段已经不能满足对更高计算精度与仿真效率的要求;动态物理模拟仿真规模受到限制,很难做到对复杂交直流混合系统的进行全规模动态模拟。由此,诞生了数模混合仿真技术,也被称为功率硬件在环(power hardware-in-the-loop,PHIL)仿真,是对含有MMC-HVDC交直流混合系统进行建模仿真的关键手段。PHIL仿真的关键之处在于功率接口算法,接口算法的稳定性和精确性是PHIL仿真的核心问题。为此,本文提出一种能够应用于MMC-HVDC的改进电压源型理想变压器法和简化阻尼阻抗法相结合的接口算法。首先研究分析了MMC-HVDC的PHIL仿真的整体结构和等值建模方法,并指出功率接口的引入给数模混合仿真系统的性能带来的影响,分析了理想变压器法和阻尼阻抗法的运行原理,得到简化阻尼阻抗法,并通过在简单系统中的仿真对比得到两种算法分别在物理侧和数字侧的稳定性和精确性优势;其次结合两种算法的优点,得到电压源型理想变压器法和简化阻尼阻抗法相结合的接口算法,分析了该算法的运行原理,通过建立MMC在解锁模式和闭锁模式下的戴维南等效模型,得到物理侧等效阻抗的表达式,实现阻抗匹配,改进了接口算法;针对接口延时带来的仿真误差,提出两种接口延时补偿方法,分别增加相位超前校正单元和延时环节,提高了PHIL仿真的精确性;最后PSCAD/EMTDC中搭建了采用改进电压源型理想变压器法和简化阻尼阻抗法相结合的接口算法的双端背靠背MMC-HVDC的PHIL仿真系统,在不同的暂态运行状态下验证了接口算法的稳定性,并通过对比补偿前后的仿真误差,验证了所提接口延时补偿方法的有效性。
随着我国特高压直流输电快速发展、新能源大规模并网、各类新型电力电子器件不断涌现,直流输电系统特性发生深刻变化。直流送受端间的相互影响,交直流之间、多回直流之间的相互耦合等新特性逐渐显现且日趋复杂,对直流输电工程动态特性的时域仿真提出了更高要求。人们准确认识和把握直流输电系统机理与特性有赖于仿真技术的提高,由于单一数字仿真或物理仿真存在各自的局限性,能将二者优势结合的数模混合仿真成为了研究直流输电系统的强大工具。直流输电系统数模混合仿真由接口系统连接数字子系统和物理子系统,其中接口系统在各类工况下的稳定性与准确性是关键问题。本文针对直流输电系统数模混合仿真,对直流型功率接口进行了设计;对基于电网换向换流器(Line Commutated Converter,LCC)、模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)、LCC-MMC混合型等三种不同类型的高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)输电系统开展数模混合仿真研究。(1)分析了数模混合仿真和接口算法原理,设计了基于H桥的直流型功率接口,并通过仿真验证了所设计直流型功率接口的输出性能、稳定性和准确性。(2)对LCC工作原理、数学模型、控制策略进行了研究,搭建了LCC-HVDC数模混合仿真系统,将该系统各工况下的仿真结果与原系统的纯数字仿真进行对比,验证了LCC-HVDC系统数模混合仿真的有效性。(3)研究了MMC工作原理、数学模型、双环控制策略、调制方式,分别搭建了MMC-HVDC和LCC-MMC-HVDC数模混合仿真系统,并通过与原系统纯数字仿真对比验证其有效性;针对LCC-MMC-HVDC系统数模混合仿真,提出适应LCC启动、闭锁及移相过程的接口仿真方法,并通过仿真验证了所提方法的有效性。
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