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大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究(三):电磁暂态模型

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中国电机工程学报 2023年第8期43卷 2990-2999页

作者：周佩朋孙华东项祖涛郭剑波刘明松张健电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192 国家电力调度控制中心北京市西城区100031

在对含新能源接入的电力系统进行仿真分析时,往往需对新能源场站进行等值建模,其中电磁暂态模型的应用场景可分为大扰动和小扰动2类电网问题,目前在适用于2类场景的等值建模方面缺乏系统性论述。该文以风电场作为重点研究对象,首先在阐... 详细信息

在对含新能源接入的电力系统进行仿真分析时,往往需对新能源场站进行等值建模,其中电磁暂态模型的应用场景可分为大扰动和小扰动2类电网问题,目前在适用于2类场景的等值建模方面缺乏系统性论述。该文以风电场作为重点研究对象,首先在阐述大扰动的等值原则和方法的基础上,从理论上分析功率水平对直驱风机(direct drive permanent magnet synchronous generator,PMSG)、光伏(photovoltaic,PV)和双馈风机(doubly fed induction generator,DFIG)频域阻抗特性的影响,从而明确按风速/光照度、功率或风机转速进行等值的合理性。其次,从多频段稳定问题需求出发,研究汇流线路阻抗及机组扩容方式对等值精度的影响;在此基础上,总结兼顾大扰动和小扰动场景的值建模方法,提出1~4机新能源场站模型结构,分析等值机台数对于等值精度的影响。最后,针对不同扰动场景进行时域仿真分析,验证所提等值建模方法的有效性。

关键词：新能源等值电磁暂态仿真频域

永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法及稳定性分析

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电力系统保护与控制 2023年第13期51卷 25-36页

作者：邹明赵成勇许建中新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

嵌套同时快速求解(nested fast and simultaneous solution,NFSS)算法通过消去电路节点可以显著提高仿真速度。然而,商业仿真软件提供的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)模型无法获取等效电路,限制了该算... 详细信息

嵌套同时快速求解(nested fast and simultaneous solution,NFSS)算法通过消去电路节点可以显著提高仿真速度。然而,商业仿真软件提供的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)模型无法获取等效电路,限制了该算法在海上风电中的应用。针对上述问题,提出了PMSG电磁暂态(electro-magnetic transient,EMT)等效建模方法,并分析了建模方法的稳定性。首先,将PMSG数学模型离散化,得到用三相受控电流源表示的等效电路及接口方法,给出PMSG的控制模式和等效模型求解流程。并结合实际PMSG参数取值,分析了等效建模方法的稳定性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG详细模型和等效模型进行仿真精度对比及稳定性验证,结果表明,所提模型及稳定性分析具有较好的正确性,为NFSS算法在海上风电中的应用提供了模型基础,也为发电机参数的选取提供了约束条件。

关键词：海上风电永磁同步发电机电磁暂态等效模型稳定性分析

双导体有损频变均匀传输线的电磁暂态时域仿真模型研究

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电网技术 2023年第2期47卷 823-832页

作者：刘刚温晓芳郝世缘纪锋华北电力大学电力工程系河北省保定市071003 先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 北京市昌平区102209

特征阻抗和传输函数是多导体传输线电磁暂态时域仿真模型中的2个重要参数。该文以有损频变均匀双导体传输线为研究对象,采用相模变换实现传输线耦合量的解耦,在模态域利用Pade近似和Foster电路模型获得特征阻抗的时域等效电路。同时利... 详细信息

特征阻抗和传输函数是多导体传输线电磁暂态时域仿真模型中的2个重要参数。该文以有损频变均匀双导体传输线为研究对象,采用相模变换实现传输线耦合量的解耦,在模态域利用Pade近似和Foster电路模型获得特征阻抗的时域等效电路。同时利用拉普拉斯反变换和Prony近似得到传输函数的近似函数。该文基于等效电路和近似函数通过MATLAB编程建立了双导体传输线的电磁暂态时域仿真模型。最后,用该时域仿真模型获得了阶跃激励下传输线首末端的电压响应,并与PSCAD/EMTDC软件仿真结果进行对比分析,验证了所提时域模型的有效性。

关键词： Bergeron模型 Pade近似 Prony近似频变参数电磁暂态

适应新型电力系统的高性能电磁暂态仿真技术及其应用

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电力系统自动化 2022年第10期46卷 43-52页

作者：熊卿张路寅张庆华张东院范圣韬王良积成电子股份有限公司山东省济南市250100 Quark Power Inc. 萨里V3Z6P4加拿大

对于新型电力系统的有效全电磁暂态仿真而言,不仅要提升基础模型的精度和稳定性水平,更面临着万节点级大规模电网的仿真效率和不同时间尺度电力电子系统的计算精度两大挑战。结合所研发的高性能电磁暂态仿真平台,介绍了解决上述挑战的... 详细信息

对于新型电力系统的有效全电磁暂态仿真而言,不仅要提升基础模型的精度和稳定性水平,更面临着万节点级大规模电网的仿真效率和不同时间尺度电力电子系统的计算精度两大挑战。结合所研发的高性能电磁暂态仿真平台,介绍了解决上述挑战的基本思路和实现效果。以同步发电机、传输线和电力电子器件为例,说明重点核心模型的技术突破。基于时域变换大步长电磁暂态算法和高效自动并行技术,实现宽时间尺度大电网高效全电磁仿真,达到数千节点级主网架的超实时仿真和数万节点级电网的高效仿真。利用多速率电磁暂态接口,实现交流大电网及不同时间尺度电力电子系统的空间多速率并行仿真。通过万节点级超大规模电网算例及实际省级和区域电网的故障录波对比,验证了所实现技术的高效率和准确性。

关键词：新型电力系统电磁暂态仿真时间尺度

基于SoC系统的模块化多电平换流器全电磁暂态实时仿真

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中国电力 2022年第2期55卷 159-165,189页

作者：游广增宋钊贵子航李玲芳朱欣春舒德兀云南电网有限责任公司电网规划建设研究中心云南昆明650011 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200240 上海电力大学电气工程学院上海200090

随着基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流工程技术广泛使用,相应的电磁暂态(EMT)实时仿真技术变得尤为关键。为了实现基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真,提出一种适用于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate arrays,... 详细信息

随着基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流工程技术广泛使用,相应的电磁暂态(EMT)实时仿真技术变得尤为关键。为了实现基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真,提出一种适用于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate arrays,FPGA)的MMC实时片上系统(SoC)仿真模型及其计算方法。在此实时仿真模型的基础上,将MMC桥臂等效为一个戴维南电路,当MMC电平数变化时,仿真节点数不变,极大加快仿真过程。该方法不仅可以抑制故障下的数值振荡问题,而且可以实现多个子模块串联下的实时仿真。与PSCAD仿真结果的对比验证表明,所提实时仿真模型及计算方法能准确、高效地刻画子模块级和系统级的动态特性。

关键词：电磁暂态片上系统SoC 模块化多电平换流器现场可编程逻辑门阵列数值振荡

特高压直流换流站金属回线转换开关电磁暂态特性分析

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电力自动化设备 2021年第6期41卷 220-224页

作者：刘守豹侯玉成盛明珺方圆童理雷潇大唐水电科学技术研究院有限公司广西南宁530007 国网四川省电力公司电力科学研究院四川成都610094

相比交流断路器,直流断路器的开断过程较为复杂,开展直流开关电磁暂态模拟具有重要的理论和现实意义。以某特高压直流换流站金属回线转换开关(MRTB)避雷器爆炸事故为分析对象,采用PSCAD/EMTDC建立仿真模型。利用Mayr电弧方程对直流断路... 详细信息

相比交流断路器,直流断路器的开断过程较为复杂,开展直流开关电磁暂态模拟具有重要的理论和现实意义。以某特高压直流换流站金属回线转换开关(MRTB)避雷器爆炸事故为分析对象,采用PSCAD/EMTDC建立仿真模型。利用Mayr电弧方程对直流断路器动态电阻进行模拟,将MRTB纳入完整的直流系统对其暂态过程进行分析,对MRTB开断过程中避雷器能量吸收进行量化计算,确定了避雷器爆炸故障原因。实现了对MRTB开断过程的电磁暂态仿真分析,对直流断路器的制造和运维具有重要参考价值。

关键词：特高压直流换流站金属回线转换开关电磁暂态电弧避雷器

特高压断路器开断大容量高抗时的电磁暂态特性

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电网技术 2021年第6期45卷 2465-2471页

作者：徐文佳郑彬项祖涛班连庚杜宁张媛媛杨大业崔博源姜红利张鹏飞韩彬中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 国家电网有限公司北京市西城区100031

为解决榆横—潍坊特高压交流输电工程送端特高压开关站的电压控制问题,我国在世界上首次采用在特高压交流母线上配置高压并联电抗器(简称高抗)的无功补偿方案,并采取专用的特高压交流断路器以满足母线高抗的日常开合需求。开断大容量感... 详细信息

为解决榆横—潍坊特高压交流输电工程送端特高压开关站的电压控制问题,我国在世界上首次采用在特高压交流母线上配置高压并联电抗器(简称高抗)的无功补偿方案,并采取专用的特高压交流断路器以满足母线高抗的日常开合需求。开断大容量感性无功设备可能产生严重的过电压、过电流等电磁暂态问题,需要研究其对特高压高抗绝缘水平、断路器开断条件以及邻近电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)等主设备耐受能力的影响,并提出有效对策,解决工程设计、设备研制和应用面临的突出问题。研究了截流、重燃对高抗过电压及断路器断口暂态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)特性的影响机理,并基于特高压断路器开断大容量母线高抗的现场试验实测结果在EMTP中进行建模,仿真分析了断路器正常开断、发生截流和重燃等多种工况下的高抗过电压和断路器断口TRV特性,以及高抗附近CVT的过电流问题。断路器截流值为50A时,断路器断口TRV峰值将达到标准值的1.2倍;断路器开断过程发生重燃时,流过CVT的高频电流将超过设备耐受值的2.1倍。针对CVT高频电流超过耐受能力、断路器TRV峰值较高问题,分别提出了抑制方法,并验证了方法的有效性,保障了榆横—潍坊工程的安全投运,为今后的工程建设提供了参考。

关键词：电磁暂态高抗截流重燃抑制措施

基于ANSYS的海上风机雷电电磁暂态虚拟仿真实验

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实验技术与管理 2022年第10期39卷 86-90页

作者：张萍杨晓磊李永健张家安李练兵岳大为李洁河北工业大学电气工程学院天津300130

“新能源发电技术”课程内容宽泛且抽象,前沿性和专业性极强、学习难度大。为了激发学生的学习兴趣和创新热情,进一步提升教学效果,基于ANSYS/Maxwell设计了海上风机雷电暂态虚拟仿真实验教学平台,开展相关实验教学工作。基于该实验教... 详细信息

“新能源发电技术”课程内容宽泛且抽象,前沿性和专业性极强、学习难度大。为了激发学生的学习兴趣和创新热情,进一步提升教学效果,基于ANSYS/Maxwell设计了海上风机雷电暂态虚拟仿真实验教学平台,开展相关实验教学工作。基于该实验教学平台,设计开发了3个实验:①搭建海上风机机舱、塔筒和接地体的等效电路模型,依托ANSYS/Maxwell搭建电磁暂态仿真模型,分析不同工况下的输出特性;②选取Heidler雷电流模型,利用偶极子法计算一次和二次雷击作用下整个风机内部的电磁场分布;③分析海上风机接地环境各层深度对塔筒内所产生的感应磁场大小的影响,通过实验验证雷电防护措施的必要性。

关键词： ANSYS 海上风机雷电电磁暂态虚拟仿真实验

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可控电网换相换流器的电磁暂态简化建模方法

电网技术 2024年

作者：陈浩李建华黄志光庞博涵连攀杰许克刘文焯郁舒雁中国电力科学研究院有限公司国家电网有限公司华东分部

该文提出了一种针对可控电网换相换流器（controllable line-commutated converter，CLCC）电磁暂态仿真的简化建模方法。CLCC结合了全控和半控器件，能够在交流故障期间主动关断桥臂电流，避免换相失败。为解决使用分立元件构建的CLCC... 详细信息

该文提出了一种针对可控电网换相换流器（controllable line-commutated converter，CLCC）电磁暂态仿真的简化建模方法。CLCC结合了全控和半控器件，能够在交流故障期间主动关断桥臂电流，避免换相失败。为解决使用分立元件构建的CLCC详细模型在电磁暂态仿真中效率低下的问题，提出了一种简化建模方法。该方法基于CLCC的开关逻辑和桥臂电流导通路径，将CLCC桥臂简化为仅包含一个IGBT开关和一个避雷器，从而减小了仿真规模。仿真结果表明，在保持精度的同时，简化模型的仿真速度相较于详细模型提升了约10倍，显著提高了仿真研究的效率。分析表明，所提出的简化模型保留了桥臂的外部特性，适用于谐波分析、控制器策略验证以及CLCC桥臂外部故障的研究。

关键词：可控电网换相换流器电磁暂态等效建模简化模型