交直流电网数字物理混合仿真技术的研究

【摘要】：随着特高压交直流输电工程的实施,交直流电网之间的相互影响变得日益复杂,电网运行特性不断变化,为保证规模巨大、结构复杂的交直流电网安全可靠运行,出于经济和技术层面考虑,必须采用有效的仿真手段对系统稳定特性、运行和控制技术进行全面深入的研究。与数字仿真软件相比,配备有与实际工程参数相一致的物理直流仿真装置可以更加准确的反映交直流相互影响特性,因此有必要采用电磁暂态全数字实时仿真与直流输电物理仿真相结合的方式,建立多回直流和特高压交流骨干网混合输电的数模混合仿真系统,对特高压电网的稳定特性进行试验研究。本文工作结合国家电网公司重大科技项目以及多个国家电网科技项目对数字物理混合仿真技术进行了相关的理论和试验研究,主要研究内容包括： (1)对大规模电力系统进行实时仿真时,并行计算效率是必须首先考虑的因素。本文分析了交直流大电网数模混合仿真系统的并行计算效率,确定了各因素对并行计算效率的影响,为实现大规模电网的实时仿真提供了依据和参考。要实现大规模电力系统的数字实时仿真,必须借助于大型计算机系统进行并行计算,同时必须综合考虑各个因素对并行计算效率的影响,以平衡系统性能,从而得到最优并行计算效率。 (2)在广泛研究现有的数字物理混合仿真接口方法的基础上,结合实际数模混合仿真中各种不同的网络拓扑结构,分析了现有的输电线解耦方法存在的不足,提出了改进方法,系统解决了长线路,短线路,无线路情况下数字网络与物理仿真装置的接口问题；对于长度大于50km的输电线路可直接选择线路进行解耦,对于长度在50kn以下的线路通过补偿电容的方法转换成50km线路后也可实现数字侧与物理侧解耦,而对于无线路情况下,可选择支路部分电感,转换成1km线路再进行解耦。改进的接口方法使得数字物理网络分割可以在任意节点进行。 (3)本文深入分析了数模混合实时仿真接口稳定性的形成机理,对接口延时、直流偏移、阻抗参数匹配、串并联谐振以及多端口相互影响对混合仿真接口稳定性的影响进行了深入分析。提出了改进的混合仿真接口方案,选择合适的软件和硬件实现了特高压直流输电系统与全数字仿真软件的数模混合实时仿真,全物理仿真与数模混合仿真结果的比较验证了改进的混合仿真接口具有较高的稳定性和仿真精度,解决了数模混合实时仿真的接口稳定性问题。 (4)结合实际电网,对交直流大电网数模混合实时仿真系统进行了测试和试验研究。在世界上首次实现了多回高压/特高压直流输电系统的交直流大电网数模混合实时仿真,针对三华交直流混合输电系统中直流多馈入系统中交流系统故障对直流系统的影响,包括换相失败情况、系统恢复时间等一系列问题,采用本论文开发的数字物理混合仿真系统作了仿真分析,验证了离线仿真计算的结论,证明了本论文研究工作的实用性和必要性。 本文研究成果初步实现了大规模电力系统数字物理混合实时仿真,将为我国联网电力系统的规划、运行提供有力的仿真分析工具。