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功率连接型数字物理混合仿真系统 (一)接口算法特性

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电力系统自动化 2013年第7期37卷 36-41页

作者：胡昱宙张沛超方陈包海龙电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海交通大学上海市200240 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市200240 上海市电力公司上海市200122

功率连接型数字物理混合仿真结合了实时数字仿真和动态物理模拟的优点,是未来研究新能源发电和储能设备物理特性和接入技术的关键手段。接口算法是功率连接型混合仿真系统的关键技术。文中从稳定性和精确性2个方面,研究并建立了功率连... 详细信息

功率连接型数字物理混合仿真结合了实时数字仿真和动态物理模拟的优点,是未来研究新能源发电和储能设备物理特性和接入技术的关键手段。接口算法是功率连接型混合仿真系统的关键技术。文中从稳定性和精确性2个方面,研究并建立了功率连接型混合仿真系统的接口特性。对阻抗阻尼接口进行了化简,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口的稳定性。分析了简化阻尼阻抗接口对数字仿真系统精确性的影响,得出在阻抗匹配时阻尼阻抗法不受接口延迟影响的透明特性。针对物理模拟系统无源和有源2种情况,分析了简化阻尼阻抗接口和理想变压器接口对物理被试系统精确性的影响,得出理想变压器接口带有源负载能力优于阻尼阻抗接口的结论。根据理论分析结果,给出了在各种情况下选择接口算法的原则。

关键词：功率连接型数字物理混合仿真接口算法理想变压器模型接口阻尼阻抗接口

含统一潮流控制器装置的电力系统动态混合仿真接口算法研究

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中国电机工程学报 2005年第16期25卷 1-7页

作者：刘皓明朱浩骏严正戚庆茹李扬蔡泽祥倪以信东南大学电气工程系江苏省南京市210096 清华港大深圳电力系统研究所广东省深圳市518055 上海交通大学电气工程系上海市徐汇区200030 北京国电华北电力工程有限公司北京市海淀区100084 华南理工大学电力学院广东省广州市510640 香港大学电机电子工程系

提出了一种新的含UPFC装置的电力系统动态混合仿真接口算法,算法中对UPFC采用动态相量建模,对电力系统网络则采用成熟的机电暂态仿真。仿真中UPFC并联侧采用定交流母线电压控制和定直流电容电压控制,串联侧采用定线路潮流控制。文中推导... 详细信息

提出了一种新的含UPFC装置的电力系统动态混合仿真接口算法,算法中对UPFC采用动态相量建模,对电力系统网络则采用成熟的机电暂态仿真。仿真中UPFC并联侧采用定交流母线电压控制和定直流电容电压控制,串联侧采用定线路潮流控制。文中推导了UPFC的动态相量模型,讨论了与网络机电暂态模型的接口算法。研究分析和算例仿真表明:使用动态相量建模可精确地仿真UPFC的电磁暂态(EMT)过程,且仿真速度快;文中所提混合仿真方案能保证较快的仿真速度和优良的仿真精度,具有较好的收敛性,且可用于含UPFC等FACTS装置的系统发生不对称故障时的暂态稳定分析。

关键词：电力系统暂态稳定混合仿真接口算法动态相量统一潮流控制器

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适应多流融合仿真的交互同步接口算法

科学技术与工程 2024年第9期24卷 3700-3709页

作者：刘科研李昭龙江毛润宇尹忠东中国电力科学研究院有限公司北京100192

为研究分析当前新形态复杂配电网系统可靠性、电压稳定和高效运行的有效手段,综合考虑能量流、信息流、控制流及业务流的多流融合仿真的同步接口算法研究,通过对比研究了4种典型接口算法,研究了基于反馈电流滤波的理想变压器模型(ideal ... 详细信息

为研究分析当前新形态复杂配电网系统可靠性、电压稳定和高效运行的有效手段,综合考虑能量流、信息流、控制流及业务流的多流融合仿真的同步接口算法研究,通过对比研究了4种典型接口算法,研究了基于反馈电流滤波的理想变压器模型(ideal transformer model,ITM)改进接口算法。结果表明该方法通过将物理侧测到的电流经过滤波器反馈给数字侧,优化了ITM算法的稳定条件,减小了数模两侧的延迟,提高了多流融合仿真系统的稳定性和精确性,可见基于反馈电流滤波的ITM改进接口算法有效平衡了配网多流融合实时仿真中同步接口的稳定性和精度的要求。

关键词：配电网多流融合接口算法滤波器交互同步

一种改进硬件在环仿真稳定性与精度的接口算法

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电测与仪表 2016年第14期53卷 28-33页

作者：马智远刘欣尹晨旭崔晓飞许中广州供电局有限公司广州510001 武汉大学电气工程学院武汉430072

混合实时仿真技术又称为硬件在环(Hardware In the Loop,HIL)仿真技术作为新兴的仿真技术,受到广泛的关注,其突出的可靠性与准确性已被证明是电力系统规划、设计、装置测试及新能源并网测试等方面的有效手段,然而稳定性与精度问题是HIL... 详细信息

混合实时仿真技术又称为硬件在环(Hardware In the Loop,HIL)仿真技术作为新兴的仿真技术,受到广泛的关注,其突出的可靠性与准确性已被证明是电力系统规划、设计、装置测试及新能源并网测试等方面的有效手段,然而稳定性与精度问题是HIL仿真技术的关键指标,为了改变HIL仿真的稳定性与精度,提出了几种不同的HIL仿真接口算法,并建立HIL仿真系统模型,分析其稳定性与精度。并分析比较几种不同接口算法对原系统的稳定性与精度的改进,得出最佳的功率接口算法,最终通过仿真来验证所提出的功率接口算法的有效性与准确性。具有极强的工程使用价值,为硬件在环仿真技术的研究、发展提供了基本保障和良好的平台。

关键词：功率硬件在环接口算法稳定性精度

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柔性直流输电数字物理混合仿真接口算法研究

柔性直流输电数字物理混合仿真接口算法研究

作者：王圣博哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

数字物理混合仿真通过将数字仿真与物理实验相结合,既可以分析大规模电网的稳态特性,也可以准确模拟电力电子装置的动态特性,为基于模块化多电平换流器（Modular multilevel converter,MMC）的柔性直流输电理论研究和工程设计提供了极... 详细信息

数字物理混合仿真通过将数字仿真与物理实验相结合,既可以分析大规模电网的稳态特性,也可以准确模拟电力电子装置的动态特性,为基于模块化多电平换流器（Modular multilevel converter,MMC）的柔性直流输电理论研究和工程设计提供了极大的灵活性。由于数字物理接口中的硬件设备会向系统中引入延时和噪声扰动,导致数字物理混合仿真出现较大误差甚至引发失稳问题,因此需要设计有效的接口算法对系统的稳定性和精确性加以补偿。另一方面,物理侧的MMC动模实验样机往往难以达到柔性直流输电工程的电压、功率等级,其样机参数必须进行合理的等比例设计,使之与真实的柔性直流换流站呈现出相似的特性。本文首先将现有接口算法归纳到统一结构下,提出接口算法统一模型,不同接口算法在统一模型中表现为元件参数不同,从而可以清晰地对比各种接口算法对数字物理系统稳定性和精确性影响机理的差异,为接口算法的选取提供了理论依据。在此基础上,本文提出了基于阻尼阻抗法的改进型接口算法。该接口算法根据MMC直流侧阻抗的特征,设计了合适的补偿阻抗,不仅能够有效补偿延时,还能抑制反馈元件的温漂、零漂带来的低频稳态误差,同时满足了数字物理混合仿真系统的稳定性和精确性需求。此外,本文针对柔性直流输电数字物理混合仿真系统的数字、物理侧功率等级不同的问题,采用标幺化参数设计理论给出小功率MMC动模实验样机参数的设计方法,保证小功率样机能准确反映大功率换流站的特性。最后,本文搭建了300V、3k W基于MMC的背靠背柔性直流输电数字物理混合仿真平台,对所提理论进行了可靠的验证,相关结果有助于促进数字物理混合仿真这一新兴技术在柔性直流输电中的应用。

关键词：模块化多电平换流器数字物理混合仿真接口算法补偿阻抗标幺化

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配电网数字物理混合仿真接口算法研究

配电网数字物理混合仿真接口算法研究

作者：宫震中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着社会和经济的不断发展,配电网在电力系统中的作用逐渐增大,配电网的规模也在不断的扩大,分布式电源等新型设备的接入导致配电网的结构逐渐复杂,也给配电网带来了更多的挑战。传统的配电网仿真已经无法满足现代配电网的仿真需求,为... 详细信息

随着社会和经济的不断发展,配电网在电力系统中的作用逐渐增大,配电网的规模也在不断的扩大,分布式电源等新型设备的接入导致配电网的结构逐渐复杂,也给配电网带来了更多的挑战。传统的配电网仿真已经无法满足现代配电网的仿真需求,为了满足现代配电网的仿真需求,研究数字物理混合仿真技术,结合数字仿真部分和物理仿真部分各自的优点,形成一套适用于有源配电网的仿真体系。数模混合仿真接口算法的性能是数模混合仿真技术中最关键的部分,决定着数模混合仿真系统的精确性和稳定性,因此研究数模混合仿真接口算法对现代配电网仿真具有深远的影响和重要的意义。本文研究了数模混合仿真的整体结构,分析了目前常用的五种数模混合接口算法,研究了五种接口算法的拓扑结构图,开环传递函数以及奈奎斯特稳定判据,总结五种接口算法的优缺点和适用范围。通过对五种数模混合仿真接口算法的分析,发现理想变压器法和阻尼阻抗法的综合性能较强,能够较好的满足配电网数模混合仿真的需求。针对阻尼阻抗法中的阻抗追踪匹配环节,提出基于SOGI变换阻抗匹配方法。当物理侧负载为非线性负载时,基于SOGI变换阻抗匹配方法无法正确的实现阻抗追踪匹配,导致阻尼阻抗法接口失稳。针对这一问题,本文在基于低通滤波器的理想变压器法的基础上,研究低通滤波器的截止频率范围,提出低通滤波器截止频率的选取方法,改变接口算法的稳定条件,在物理侧负载为非线性负载和物理侧有源的情况下依然能够保持仿真接口的稳定运行,仿真结果表明截止频率选取方法的正确性。接口算法中产生的延时会导致数模混合仿真的精确性降低。本文提出一种基于虚拟功率的延时补偿方法,假设接口两侧中间存在一条含有阻抗的虚拟线路,接口两侧出现的电压差会产生虚拟功率,将产生的虚拟功率经过PI控制后得到相位补偿信号,对原信号进行相位补偿,达到延时补偿的目的。仿真结果验证了所提方法的正确性。在Matlab/Simulink仿真软件中搭建IEEE33节点配电网仿真模型算例对低通滤波器截止频率选取方法进行仿真验证,仿真结果验证了所提选取方法的准确性。将改进理想变压器法与基于虚拟功率的延时补偿方法同时应用于仿真算例中,仿真结果表明所提延方法能够提高接口稳定性和准确性。

关键词：数模混合仿真接口算法理想变压器法阻尼阻抗法截止频率虚拟功率延时补偿

双馈风机并网系统数字物理混合仿真功率接口算法研究

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双馈风机并网系统数字物理混合仿真功率接口算法研究

作者：李嘉帅东北电力大学

学位级别：硕士

随着风电装机容量的逐年增加,双馈感应风力发电机（Doubly Fed Induction Generator,DFIG）在风力发电中得到了广泛应用,风力发电具有间歇性、随机性等特点,DFIG的接入会对电网造成影响,为保证电网的稳定性,对DFIG并网特性的研究至关重... 详细信息

随着风电装机容量的逐年增加,双馈感应风力发电机（Doubly Fed Induction Generator,DFIG）在风力发电中得到了广泛应用,风力发电具有间歇性、随机性等特点,DFIG的接入会对电网造成影响,为保证电网的稳定性,对DFIG并网特性的研究至关重要。数字物理混合仿真,又称功率硬件在环仿真（Power Hardware-In-the-Loop,PHIL）,其充分发挥物理实验和数字仿真的优势,是对双馈风机并网系统进行仿真研究的可靠方法,而功率接口算法是决定PHIL仿真效果的关键技术。本文对双馈风机PHIL仿真进行了理论分析和实验研究,在传统接口算法阻尼阻抗法的基础上进行改进,提出了一种适用于双馈风机并网PHIL仿真的新型接口算法。首先,本文搭建了双馈风机并网PHIL仿真的整体结构,通过对仿真特性的分析引出接口算法的重要性,详细分析了理想变压器法和阻尼阻抗法的工作原理,并通过简单的交流电压源PHIL仿真对比了两种算法的稳定性和精确性。然后,针对阻尼阻抗法在双馈风机动态过程会放大电流中谐波的现象,在功率接口与数字侧之间增加滤波支路,详细设计了滤波支路参数和支路开关动作条件,确保在风机动态过程中滤波器接入电路,对谐波的放大起到有效抑制作用,而系统恢复稳态时滤波器自动切出,避免对原有信号造成多滤;建立物理侧DFIG戴维南等效电路并求取动态阻抗表达式;采用小波神经网络时间序列预测法对风机转速信号的传输延时进行了补偿;在Matlab/Simulink中搭建了DFIG并网PHIL仿真系统,通过对比传统接口法与新型接口算法的实验波形,验证了新型接口算法的优越性。最后,为了进一步验证新型接口算法在风电不同并网场景下的适用性,通过灵活设置数字侧场景,搭建了风电接入微电网和风电经柔性直流输电并网两个PHIL仿真系统,仿真结果表明新型算法具有较高的适用性,可实现风电不同并网场景的精准模拟;同时,在实验室搭建了双馈风机并网的功率硬件在环实验平台,通过实际硬件设备验证了所提新型接口算法的有效性和工程实用性。

关键词：双馈感应风力发电机数字物理混合仿真接口算法阻抗匹配接口延时补偿

柔性直流输电技术数模混合仿真功率接口算法研究

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柔性直流输电技术数模混合仿真功率接口算法研究

作者：王一捷东北电力大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：模块化多电平换流器数模混合仿真接口算法仿真精确性接口延时补偿

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功率硬件在环接口算法稳定性和精确性研究

功率硬件在环接口算法稳定性和精确性研究

作者：黄文君上海电机学院

学位级别：硕士

随着仿真应用的发展,功率硬件在环仿真被越来越多的应用在了电力系统及其组件的测试中,尤其是风电机组并网测试。功率硬件在环仿真包括数字子系统,接口算法和物理子系统。其中,接口算法是连接数字子系统和物理子系统的核心环节,是实现... 详细信息

随着仿真应用的发展,功率硬件在环仿真被越来越多的应用在了电力系统及其组件的测试中,尤其是风电机组并网测试。功率硬件在环仿真包括数字子系统,接口算法和物理子系统。其中,接口算法是连接数字子系统和物理子系统的核心环节,是实现稳定而又准确的仿真测试的前提。因此,接口算法的稳定性和精确性研究对功率硬件在环仿真至关重要。本文的目标是通过对功率硬件在环接口算法的分析和改进来提高接口算法的稳定性和精确性。首先概括了功率硬件在环接口算法在国内外的发展水平与研究现状,并根据功率硬件在环仿真系统的基本原理和电路替代定理建立了系统的整体结构框架和接口算法模型。其次,以理想变压器法和阻尼阻抗法为基础分析了影响功率硬件在环接口算法稳定性和精确性的相关因素,并提出了相应的改进算法。其中,关于理想变压器法,通过在虚拟端并联阻抗以及提高对实物端阻抗的估计精度,使得改进的接口算法的稳定性和精确性都得到了提高,并给出了精确性的下界;关于阻尼阻抗法,通过递归最小二乘法提高了实物端阻抗的估计精度,从而提高了接口算法的精确性。然后,针对毫秒级的时间延迟导致的接口算法稳定性和精确性的问题,本文也进行了相应的改进。最后,基于Matlab/simulink仿真平台,本文对改进的接口算法进行了系统的分析和研究。仿真结果显示,本文提出的改进方法提高了接口算法的稳定性和精确性。

关键词：功率硬件在环接口算法稳定性精确性