直流配电网电磁暂态仿真算法研究

发布时间：2019-10-21 13:45

【摘要】：随着能源需求与环境问题的日趋紧迫,风电、太阳能发电等可再生能源发电技术以及储能技术越来越受到人们的重视。相较于交流配电网,直流配电网在新能源接入方面更有优势。为了研究直流配电网的运行特性和动态响应等性质,直流配电网的仿真技术变得越来越重要。直流配电系统主要分为一次侧电气网络和二次侧控制网络两部分。由于电力电子装置多,电力开关的控制逻辑复杂,二次侧控制网络仿真难度大。本文系统研究了直流配电网仿真问题,主要内容如下：首先,搭建了光伏电池、锂电池、Voltage Source Converter (VSC)变流器、交直流负荷等元器件的电磁暂态仿真模型。对基础元件的电磁暂态仿真建模方法进行了研究,包括电气元件和控制元件。在此基础上在PSCAD中搭建了直流配网系统中常用的复杂元件光伏电池、锂电池、VSC变流器、交直流负荷等模型,然后利用电磁暂态仿真算法,对各个元件进行建模并用算例进行了验证元件的正确性。然后,为了提高仿真效率,提出了适用于控制系统仿真的延时解耦并行算法。直流配电网中,开关元件众多,控制逻辑复杂,二次侧控制网络仿真难度大,速度慢。在控制网络中,存在较多的时延环节,当仿真步长小于等于时延时,时延环节两端的网络是解耦的。为了减小控制系统系数矩阵的维数,提高整个仿真程序的并行效率,提出了控制网络的延时解耦并行仿真算法,利用时延环节将控制网络解耦,实现分网并行算法。基于上述理论研究成果,开发了直流配电网电磁暂态仿真程序,应用了适用于电气网络的MATE并行算法,以及适用于控制网络时延解耦并行算法,对仿真程序进行了并行化,有效提高了整体的仿真速度和仿真程序的并行度。进一步,对仿真程序的正确性、高效性等方面进行了测试。本文的研究发展了电磁暂态并行计算的理论和方法,搭建了直流配电网络元件的模型,构建了适用于直流配电网系统的电磁暂态仿真平台,为直流配电网的理论、方法和技术的发展提供了关键的研究和实验手段,所获成果具有重要的理论和实用价值。
【图文】：

程序误差,与并行

真程序效率分析验时延解耦并行仿真算法能否对程序的效率有提高作用，采用了三种对系统进行仿真。以下3个方案都采用10个计算机核心进行仿真。不采用并行算法，使用串行程序进行仿真；电气网络仿真采用传统的MATE算法，每一个模块作为一个子分区，共网络子分区，所有模块的控制网络作为一个大的分区进行串行计算；:采用延时解耦并行仿真算法，每一个模块作为一个子分区，共分为10分区，以及10个控制网络子分区；为了最大效率地提高并行度；:采用延时解耦并行仿真算法，，并对VSC整流器模块进行解耦拆分，拆SPWM两个子分区。这样共分为10个小的电气网络子分区，以及13个括3个VSC线性部分和3个SPWM子分区，相应的采用13个核心进行仿真时长为Is时，各个方案的仿真时间。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM721.1

【参考文献】