電力系統(tǒng)機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真接口技術(shù)

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1、第25卷第4期電力科學(xué)與工程VO1．25．No．42009年4月ElectricPowerScienceandEnneeringApr．，2009電力系統(tǒng)機(jī)電一電磁暫態(tài)混合仿真接口技術(shù)王哲，張豪(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京102206)摘要：在電力系統(tǒng)仿真中，相互獨(dú)立的機(jī)電暫態(tài)程序與電磁暫態(tài)程序由于各自的不足和局限，已經(jīng)難以適應(yīng)快速發(fā)展的現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)仿真技術(shù)的要求；如果能在一次仿真過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電網(wǎng)的機(jī)電暫態(tài)仿真與部分電網(wǎng)的詳細(xì)電磁暫態(tài)仿真，那么對(duì)詳細(xì)分析系統(tǒng)特性具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。文章對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了研究，認(rèn)為接口的處理是其中

2、的關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)闡述了接口位置選擇、等值電路形式、數(shù)據(jù)交互方式以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等核心問(wèn)題，并在實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)一R1s平臺(tái)下初步實(shí)現(xiàn)該技術(shù)。關(guān)鍵詞：電磁暫態(tài)仿真；機(jī)電暫態(tài)仿真；混合仿真；接口；實(shí)時(shí)仿真中圖分類(lèi)號(hào)：TM743文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A快速暫態(tài)特性、非線性元件引起的波形畸變特性、0引言直流閥控系統(tǒng)、控制保護(hù)策略以及次同步諧振(SSR)等。這種方法對(duì)于研究器件內(nèi)部故障過(guò)程、電力系統(tǒng)屬大型非線性系統(tǒng)，且系統(tǒng)中各元件控制方法及其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響也具有很大的局限響應(yīng)特性和響應(yīng)時(shí)間存在差異。因此，當(dāng)電力系統(tǒng)性，這使得制定電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的控制策略變受到擾動(dòng)后，

3、在故障后瞬間，由于各元件中電場(chǎng)和得十分困難。而由于瞬時(shí)值模式的電磁暫態(tài)程序受磁場(chǎng)以及相應(yīng)的電壓和電流的變化，會(huì)產(chǎn)生持續(xù)時(shí)模型和算法的限制，仿真規(guī)模有限，而且還要對(duì)系間為納秒、微秒、毫秒的快速暫態(tài)過(guò)程，稱(chēng)之為電統(tǒng)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化和等值；這樣可能會(huì)喪失部磁暫態(tài)；而由于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的變化所分原始信息，降低了計(jì)算分析的準(zhǔn)確性，影響仿真引起的電機(jī)轉(zhuǎn)予機(jī)械運(yùn)動(dòng)的變化以及機(jī)組勵(lì)磁、調(diào)效果；即使采用并行算法求解，也難以對(duì)大規(guī)模電速系統(tǒng)的響應(yīng)，從而產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間為幾秒鐘、幾分力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真，因此在有些情況下不能鐘的暫態(tài)過(guò)程，稱(chēng)之為機(jī)電暫態(tài)。對(duì)上述時(shí)域范圍滿(mǎn)足

4、工程應(yīng)用的需求。相差較大的兩種暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真時(shí)，若選用統(tǒng)一實(shí)際上，系統(tǒng)中電磁暫態(tài)過(guò)程和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的計(jì)算步長(zhǎng)，則為了使計(jì)算穩(wěn)定，必須適應(yīng)最短步是同時(shí)發(fā)生并相互影響的，如果能將二者結(jié)合起來(lái)長(zhǎng)，此時(shí)計(jì)算效率極低，占用資源大。因此，目前統(tǒng)一考慮，則不但有助于了解大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過(guò)程研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定性或以網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)為研究重點(diǎn)的動(dòng)態(tài)特性，而且有助于了解大系統(tǒng)中某一特定電時(shí)，系統(tǒng)模型常采用穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，系統(tǒng)元件網(wǎng)的詳細(xì)暫態(tài)變化過(guò)程。特別是當(dāng)系統(tǒng)中存在電力的暫態(tài)過(guò)程通常被忽略。電子設(shè)備或直流系統(tǒng)時(shí)，傳統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)模型和直隨著的電力系統(tǒng)發(fā)展，規(guī)模不斷增大，電力系流

5、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型已經(jīng)不能滿(mǎn)足精確分析交直流復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)行也隨之越來(lái)越復(fù)雜，發(fā)生的事故越來(lái)越難統(tǒng)的需要，更應(yīng)建立準(zhǔn)確的機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)混以用傳統(tǒng)的分析方法預(yù)測(cè)。而隨著電力電子技術(shù)的合模型；兼顧機(jī)電暫態(tài)便于進(jìn)行大系統(tǒng)分析優(yōu)點(diǎn)的發(fā)展，系統(tǒng)中又增加了高壓直流輸電(HVDC)線同時(shí)，電磁暫態(tài)程序可對(duì)直流非線性元件精確描路和柔性交流輸電(FACTS)裝置，其變量的物述，揭示直流非線性元件在大系統(tǒng)中的影響作用，理意義相差很大?；诨ㄏ嗔磕Ｊ降臋C(jī)電暫態(tài)程如換相失敗、自激振蕩、諧波不穩(wěn)定等現(xiàn)象。機(jī)電序難以模擬HVDC和FACTS等電力電子裝置的暫態(tài)和電磁暫態(tài)混合仿真為大型系

6、統(tǒng)的精確分析和收稿日期：2009-02—01．基金項(xiàng)目：“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAA02A17)．作者簡(jiǎn)介：王哲(1983一)，男，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院碩士研究生．6電力科學(xué)與工程2009芷采取相關(guān)的措施提供有力的手段和工具】。另一但在一個(gè)軟件包中開(kāi)發(fā)出具有混合仿真功能的集成方面，建立混合模型也推動(dòng)了電力電子設(shè)備對(duì)系統(tǒng)模塊，機(jī)電和電磁暫態(tài)仿真都在同一個(gè)程序中實(shí)的影響和作用及其控制策略研究的發(fā)展。因此，將現(xiàn)，由于方法上差異很大，所以無(wú)法保證時(shí)間的同電磁暫態(tài)計(jì)算與機(jī)電暫態(tài)計(jì)算進(jìn)行實(shí)時(shí)接口，在一步和實(shí)時(shí)性。次仿真過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)

7、模電力系統(tǒng)的機(jī)電暫1．3混合仿真接口問(wèn)題取得的成果和進(jìn)展態(tài)仿真和局部網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真具有重要的現(xiàn)實(shí)(1)1981年Heffernan首先建立了含有HVDC意義和理論價(jià)值。進(jìn)行實(shí)時(shí)混合仿真需要兩類(lèi)仿真系統(tǒng)的混合仿真系統(tǒng)n¨q。HVDC系統(tǒng)采用狀態(tài)過(guò)程平滑連接，同時(shí)又必須充分體現(xiàn)兩類(lèi)仿真網(wǎng)絡(luò)變量方法建模，而系統(tǒng)的其它部分采用常規(guī)的暫態(tài)的動(dòng)態(tài)特性，但這一問(wèn)題是國(guó)際上一直沒(méi)有很好解穩(wěn)定程序來(lái)模擬，接口位置設(shè)定在換流器母線處，決的難點(diǎn)。本文主要闡述了在實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)完成了非實(shí)時(shí)混合仿真實(shí)驗(yàn)?！猂TDS平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)混合仿真的接口技術(shù)的方(2)1988年Reeve

8、和Adapa把接口位置延伸法，并給出初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。到交流系統(tǒng)內(nèi)部[15~16]