多端口電磁-機(jī)電暫態(tài)混合仿真誤差機(jī)理與接口技術(shù)研究.pdf

1、隨著新能源在電力系統(tǒng)中的廣泛接入和大規(guī)模交直流混聯(lián)輸電系統(tǒng)的日益形成，傳統(tǒng)的基于單相正弦假設(shè)條件的機(jī)電暫態(tài)仿真已經(jīng)無滿足電力系統(tǒng)精細(xì)仿真的需求;另一方面，基于ABC三相建模的電磁暫態(tài)仿真由于步長過小，所需的仿真資源過大，難以滿足電力系統(tǒng)規(guī)模化的仿真需求。電磁-機(jī)電暫態(tài)混合仿真技術(shù)綜合了傳統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)仿真的技術(shù)優(yōu)勢，較好地協(xié)調(diào)了仿真的規(guī)模、精度和速度等問題，成為研究現(xiàn)代電力系統(tǒng)的有效的手段之一。本文的重點(diǎn)是研究電磁-機(jī)電暫態(tài)混

2、合仿真的誤差產(chǎn)生機(jī)理、精度提升技術(shù)、多端口建模以及混合仿真在實(shí)際大規(guī)模交直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用，圍繞混合仿真等值模型誤差機(jī)理，交互過程誤差機(jī)理，多端口解耦與建模以及仿真精度評估和驗(yàn)證等關(guān)鍵性問題進(jìn)行了深入研究，并得到一系列具有工程實(shí)用價值的結(jié)論。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴進(jìn)行了電磁-機(jī)電暫態(tài)混合仿真接口信息限制性分析和等值模型誤差機(jī)理分析并研究了等值模型改進(jìn)技術(shù)。分析了電磁側(cè)的功率源等值在電磁側(cè)發(fā)生故障后進(jìn)行功率-電壓迭代引起的非

3、唯一解問題，將電磁側(cè)接口處的電壓幅值和相位引入機(jī)電側(cè)計(jì)算，提出了一種改進(jìn)的功率源等值方式，該方式充分利用了接口信息，并保留了功率源等值對接口電氣信息相位不敏感的特性;對比了電力系統(tǒng)典型元件在電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)仿真建模的差異，指出機(jī)電暫態(tài)建模對電網(wǎng)中大量存在的線路、變壓器等元件采用的代數(shù)方程處理方法使得由機(jī)電暫態(tài)數(shù)據(jù)獲得的外部系統(tǒng)等值參數(shù)不能體現(xiàn)外部系統(tǒng)的非線性特性，是影響混合仿真精度的原因之一。提出了基于時間常數(shù)的外部系統(tǒng)等值阻抗參數(shù)求

4、取方法，并采用含有一回直流的IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了有效性驗(yàn)證。提出了適用于混合仿真的機(jī)電和電磁側(cè)非對稱故障的處理方法，擴(kuò)大了混合仿真的可處理范圍。⑵研究了電磁-機(jī)電暫態(tài)混合仿真接口交互誤差機(jī)理，分析了相量提取算法、交互步長、信息交互延遲、機(jī)電側(cè)迭代過程對仿真精度的影響。分析了電氣量含有衰減直流分量時造成dq-120算法提取誤差的機(jī)理，提出了結(jié)合Prony算法的改進(jìn)dq-120算法，該算法利用對故障后的波形的5個采樣點(diǎn)信息即可有效濾除

5、直流分量;針對交互誤差隨信息滯后時間增加而增大的特性，提出了包括變交互步長，戴維南電動勢預(yù)估，戴維南電動勢一階保持在內(nèi)精度改進(jìn)集成方案。⑶針對我國電網(wǎng)多直流饋入交直流混雜系統(tǒng)的現(xiàn)狀，分析了多端口電路誤差產(chǎn)生機(jī)理以及直流電流引入前后端口耦合關(guān)系。為了減小多端口引入的誤差，并在滿足RTDS(Real Time Digital Simulator)建模約束的前提下盡可能保證電磁側(cè)的仿真精度，采用 FSV(Feature Selected Va

6、lidation)方法中的GDM(GlobalDifferenceMeasure)指標(biāo)表征端口解耦之后的仿真結(jié)果與端口解耦之前仿真結(jié)果的差異量，分別對不同耦合強(qiáng)度的端口解耦，進(jìn)行端口耦合強(qiáng)度和仿真精度之間的定量分析，得到了滿足FSV定性評估為“好”及以上的端口工程化的解耦指標(biāo)。提出了采用端口聚類的方法建立端口建模方案的流程和方法。⑷建立了可用于電磁側(cè)仿真的多端口接口數(shù)學(xué)模型。針對機(jī)電側(cè)含有旋轉(zhuǎn)設(shè)備導(dǎo)致的正序和負(fù)序等值阻抗不等的問題，提出

7、了一種通過補(bǔ)償負(fù)序戴維南等值電動勢來修正負(fù)序電路等值參數(shù)的方法。分析了等值電路時域離散數(shù)學(xué)模型，采用RTDS/CBuilder白定義建模的方法，在RTDS上建立了考慮相與相之間耦合的接口電路。⑸進(jìn)行了南方電網(wǎng)2014運(yùn)行方式工程化集成應(yīng)用的研究，結(jié)合南方電網(wǎng)“八交八直”的仿真需求，在基于RTDS實(shí)時仿真器的仿真平臺上設(shè)計(jì)了適用于南方電網(wǎng)“八交八直”的接口方案。方案集成了精度改進(jìn)集成技術(shù)和多端口建模技術(shù)，通過對整流側(cè)和逆變側(cè)換流母線在電磁