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基于时间尺度变换的大步长电磁暂态仿真

中国电机工程学报 2019年第2期39卷 436-446页

作者：姚蜀军韩民晓黄闻而达华北电力大学北京市昌平区102206

传统电磁暂态仿真步长小,速度慢,限制了仿真规模。该文通过对解析信号特性的分析,利用欧拉公式提出一种时间尺度变换方法实现大步长仿真,建立RLC基本元件和电压源型换流器(voltage source converter,VSC)在时间尺度旋转坐标系下的模型,... 详细信息

传统电磁暂态仿真步长小,速度慢,限制了仿真规模。该文通过对解析信号特性的分析,利用欧拉公式提出一种时间尺度变换方法实现大步长仿真,建立RLC基本元件和电压源型换流器(voltage source converter,VSC)在时间尺度旋转坐标系下的模型,基于此方法设计了考虑多频率成分的大规模混联电网的多速率快速电磁暂态仿真框架。对含有电力电子设备或希望详细仿真的部分采用小步长仿真,对其他部分,采用大步长仿真。小步长和大步长按传输线接口。对比分析时间尺度变换和所提仿真框架与传统电磁暂态仿真、dq0变换、动态相量法、频率偏移法、频率自适应法等方法的特点,并用仿真算例验证方法的可行性和有效性。

关键词：电磁暂态仿真多速率时间尺度变换

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多频段时间尺度变换电磁暂态仿真研究

中国电机工程学报 2019年第24期39卷 7199-7208页

作者：姚蜀军刘畅汪燕韩民晓华北电力大学

随着高压直流输电、FACTS以及新能源发电等电力电子装置接入电网,电网的结构和运行方式发生了巨大的变化,传统的仿真技术难以适应当今电网的现状。交直流电网中电气信号的宽频特点使得电气信号成为一个多时间尺度融合的信号,该文结合CP... 详细信息

随着高压直流输电、FACTS以及新能源发电等电力电子装置接入电网,电网的结构和运行方式发生了巨大的变化,传统的仿真技术难以适应当今电网的现状。交直流电网中电气信号的宽频特点使得电气信号成为一个多时间尺度融合的信号,该文结合CPU的多核特点,提出基于多频段时间尺度变换的大规模交直流电磁暂态并行仿真方法。多频段时间尺度变换(multi-frequency-bandtimescaleframe transformation,MFB-TSFT)通过在多时间尺度信号的分解和变换之间,创新性的引入尺度重组环节,在提高仿真精度的同时又能增大仿真步长提高仿真速度。经过重组后,可参与并行仿真的子信号个数对比原始分解的个数将大为减小,仅为重组后的组数,如果重组后的子信号是一个低频信号,即可分组实现大步长并行仿真。该文分析MFB-TSFT在电力系统中的可行性,并与现有的DP和SFA进行对比,最后通过算例验证MFB-TSFT的可行性。

关键词：电磁暂态仿真多速率时间尺度变换多频段时间尺度变换经验模态分解

半隐式延迟解耦电磁暂态仿真方法(二):单端口子模块MMC通用解耦与快速仿真

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中国电机工程学报 2022年第13期42卷 4775-4784页

作者：姚蜀军庞博涵曾子文许明旺刘晋姚逸凡吴梦童华北电力大学北京市昌平区102206

由于模块化多电平换流器子模块数众多及子模块拓扑的复杂性和时变性,导致仿真精度与效率难以兼顾。该文将半隐式延迟解耦原理用于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)高效电磁暂态仿真建模研究,所得模型具有常规子模... 详细信息

由于模块化多电平换流器子模块数众多及子模块拓扑的复杂性和时变性,导致仿真精度与效率难以兼顾。该文将半隐式延迟解耦原理用于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)高效电磁暂态仿真建模研究,所得模型具有常规子模块拓扑导纳矩阵恒定、解耦电路简单、计算效率高、方法通用性强等特点。该文首先从MMC单端口子模块状态方程出发,利用矩阵分裂和延迟技术,构建MMC单端口子模块通用半隐式延迟解耦模型,并应用于半桥、全桥和双半桥子模块。然后,基于对模型参数的简化,进一步提出适用于任意单端口子模块拓扑的MMC通用仿真框架,并分析模型的特点,给出计算流程,最后通过算例验证该文方法的准确性和有效性。

关键词：模块化多电平换流器电磁暂态仿真半隐式延迟解耦导纳矩阵恒定并行计算

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模块化多电平换流器时间尺度变换建模和仿真

电网技术 2018年第12期42卷 3880-3887页

作者：姚蜀军黄闻而达韩民晓李昊华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 烟台栖霞供电公司山东省烟台市265300

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... 详细信息

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。

关键词：电磁暂态仿真时间尺度变换模块化多电平换流器戴维南等效快速模型

基于多频段动态相量法的MMC换流器建模方法

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中国电机工程学报 2020年第18期40卷 5932-5941页

作者：姚蜀军屈秋梦蔡焱蒙黄闻而达华北电力大学北京市昌平区102206 江苏省送变电有限公司江苏省南京市211100 国网杭州供电公司浙江省杭州市310000

大规模交直流电网中,为了提高仿真速度,换流器通常采用外特性建模。动态相量法和频率偏移法是两种常用的外特性建模方法。传统的动态相量法能够增大仿真步长,但由于存在较大的谐波截断误差导致精度较差。频率偏移法仅用于以工频为主导... 详细信息

大规模交直流电网中,为了提高仿真速度,换流器通常采用外特性建模。动态相量法和频率偏移法是两种常用的外特性建模方法。传统的动态相量法能够增大仿真步长,但由于存在较大的谐波截断误差导致精度较差。频率偏移法仅用于以工频为主导频率的窄带信号,当信号含有较高频率成份时,无法适用。该文应用提出的多频段动态相量法,进行模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的外特性建模,实现仿真精度和速度的兼顾。该文首先建立MMC的开关函数模型,给出开关函数的高阶解析式,以此为基础,建立MMC换流器多频段动态相量频段耦合模型。然后,面向CPU的多核芯特点,分析MMC的运行特性,建立MMC多频段动态相量频段解耦模型,实现频段间的并行大步长仿真。最后通过仿真算例,与MMC详细模型进行对比,验证模型的有效性。

关键词：电磁暂态仿真动态相量频率偏移多频段动态相量模块化多电平换流器

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换流器型电网的理念与探索

电网技术 2023年第2期47卷 539-552页

作者：韩民晓范溢文刘金峻姚蜀军张莞悦孙天奎华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏省南京市211103

新型电力系统的发展将带来电网形态本质性的变化。电源通过换流器接入电网使电力电子设备的比例不断升高。当换流器型电源取代同步机型电源实现电网频率/电压构建时,则形成了换流器型电网(converter-based grid,CBG)。旨在对该电网形态... 详细信息

新型电力系统的发展将带来电网形态本质性的变化。电源通过换流器接入电网使电力电子设备的比例不断升高。当换流器型电源取代同步机型电源实现电网频率/电压构建时,则形成了换流器型电网(converter-based grid,CBG)。旨在对该电网形态的理念、构成、运行等基本问题进行探讨,首先论述了构成CBG的源、荷、储的基本特征与控制方式,探讨了电网可采用的拓扑方式;分析了换流器的频率/电压形成机制及多换流器协调控制方法;基于CBG的暂态行为,讨论了换流器故障特征及其保护策略,分析了换流器面临的稳定性问题的基本特征;结合工程实例,通过分析典型电网场景的运行特征,探讨了CBG的可行性;最后指出了新型电网形态尚待解决的关键技术问题,并对未来电网发展前景做出展望。

关键词：换流器型电网频率/电压控制构网故障特征稳定性

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基于预估的电压暂降技术经济评估

电网技术 2010年第10期34卷 121-125页

作者：章雪萌李国栋徐永海姚蜀军华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 天津电力科学研究院天津市和平区300022

研究了电压暂降的技术经济评估,考虑暂降事件的随机性,采用蒙特卡洛随机预估法得到用户接入点的暂降情况;由于用户敏感设备对电压暂降的敏感度具有不确定性以及设备类型和组成情况的不同,采用概率方法计算统计范围内用户对暂降的设备故... 详细信息

研究了电压暂降的技术经济评估,考虑暂降事件的随机性,采用蒙特卡洛随机预估法得到用户接入点的暂降情况;由于用户敏感设备对电压暂降的敏感度具有不确定性以及设备类型和组成情况的不同,采用概率方法计算统计范围内用户对暂降的设备故障率,在此基础上将系统情况和用户设备情况相结合,评估用户实际受到的暂降影响。改善方案的选择兼顾其技术效果和经济效果,用净现值法选择出最适合用户的缓解方案。最后,对某制造工厂进行技术经济评估,选出最优改善方案并在单位暂降损失不确定的情况下,给出区间最优方案,结果表明文中的评估方法流程清晰、可操作性强。

关键词：电压暂降随机预估敏感设备净现值技术经济评估

一种级联H桥型电力电子变压器电磁暂态解耦与仿真模型

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电网技术 2023年第6期47卷 2503-2511页

作者：许明旺马嘉昊李蕴红王潇姚蜀军汪燕韩民晓华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 华北电力科学研究院有限责任公司北京市西城区100045

电力电子变压器电磁暂态详细模型存在矩阵维数高、仿真步长小、速度慢的问题。基于半隐式延迟解耦电磁暂态仿真方法,该文将其应用于级联H桥型电力电子变压器的电磁暂态快速仿真研究中,提出一种解耦电路简单、导纳矩阵恒定、易于并行、... 详细信息

电力电子变压器电磁暂态详细模型存在矩阵维数高、仿真步长小、速度慢的问题。基于半隐式延迟解耦电磁暂态仿真方法,该文将其应用于级联H桥型电力电子变压器的电磁暂态快速仿真研究中,提出一种解耦电路简单、导纳矩阵恒定、易于并行、仿真效率高的解耦和快速仿真方法。该文首先从状态方程出发,利用矩阵分裂和延迟技术,建立双有源桥的半隐式延迟解耦模型;然后给出外端口及级联H桥采用不同串、并联组合时的等值解耦电路,实现了各变换级以及不同模块间的细粒度解耦,给出了计算流程,并分析了方法的特点。最后,通过算例验证了该文方法的准确性和有效性。

关键词：电磁暂态仿真半隐式延迟解耦级联H桥型电力电子变压器细粒度解耦并行计算

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大规模电网电磁暂态快速仿真方法

电力建设 2015年第12期36卷 16-21页

作者：姚蜀军韩民晓汪燕万磊华北电力大学北京市102206 中国电力科学研究院北京市100192

随着与直流输电、柔性交流输电等相关的电力电子装置广泛应用于电力系统,电磁暂态仿真逐步成为电力系统分析的重要工具。然而,由于电磁暂态仿真选取的步长小,占据的内存大,计算速度慢,仿真规模受到了限制。基于坐标系旋转变换的思想,通... 详细信息

随着与直流输电、柔性交流输电等相关的电力电子装置广泛应用于电力系统,电磁暂态仿真逐步成为电力系统分析的重要工具。然而,由于电磁暂态仿真选取的步长小,占据的内存大,计算速度慢,仿真规模受到了限制。基于坐标系旋转变换的思想,通过旋转变换降低信号的频率,提出了一种快速的大步长仿真方法。与机电暂态仿真相比,本方法可以体现系统的电磁暂态行为,提高了仿真精度,与传统的电磁暂态仿真相比,提高了仿真速度。

关键词：大规模电网电磁暂态仿真快速仿真