多端口电磁—机电暂态混合仿真误差机理与接口技术研究

发布时间：2018-10-15 13:14

【摘要】：随着新能源在电力系统中的广泛接入和大规模交直流混联输电系统的日益形成,传统的基于单相正弦假设条件的机电暂态仿真已经无满足电力系统精细仿真的需求;另一方面,基于ABC三相建模的电磁暂态仿真由于步长过小,所需的仿真资源过大,难以满足电力系统规模化的仿真需求。电磁-机电暂态混合仿真技术综合了传统机电暂态仿真和电磁暂态仿真的技术优势,较好地协调了仿真的规模、精度和速度等问题,成为研究现代电力系统的有效的手段之一。本文的重点是研究电磁-机电暂态混合仿真的误差产生机理、精度提升技术、多端口建模以及混合仿真在实际大规模交直流输电系统中的应用,围绕混合仿真等值模型误差机理,交互过程误差机理,多端口解耦与建模以及仿真精度评估和验证等关键性问题进行了深入研究,并得到一系列具有工程实用价值的结论。首先,进行了电磁-机电暂态混合仿真接口信息限制性分析和等值模型误差机理分析并研究了等值模型改进技术。分析了电磁侧的功率源等值在电磁侧发生故障后进行功率-电压迭代引起的非唯一解问题,将电磁侧接口处的电压幅值和相位引入机电侧计算,提出了一种改进的功率源等值方式,该方式充分利用了接口信息,并保留了功率源等值对接口电气信息相位不敏感的特性;对比了电力系统典型元件在电磁暂态和机电暂态仿真建模的差异,指出机电暂态建模对电网中大量存在的线路、变压器等元件采用的代数方程处理方法使得由机电暂态数据获得的外部系统等值参数不能体现外部系统的非线性特性,是影响混合仿真精度的原因之一。提出了基于时间常数的外部系统等值阻抗参数求取方法,并采用含有一回直流的IEEE39节点系统进行了有效性验证。提出了适用于混合仿真的机电和电磁侧非对称故障的处理方法,扩大了混合仿真的可处理范围。其次,研究了电磁-机电暂态混合仿真接口交互误差机理,分析了相量提取算法、交互步长、信息交互延迟、机电侧迭代过程对仿真精度的影响。分析了电气量含有衰减直流分量时造成dq-120算法提取误差的机理,提出了结合Prony算法的改进dq-120算法,该算法利用对故障后的波形的5个采样点信息即可有效滤除直流分量;针对交互误差随信息滞后时间增加而增大的特性,提出了包括变交互步长,戴维南电动势预估,戴维南电动势一阶保持在内精度改进集成方案。然后,针对我国电网多直流馈入交直流混杂系统的现状,分析了多端口电路误差产生机理以及直流电流引入前后端口耦合关系。为了减小多端口引入的误差,并在满足RTDS(Real Time Digital Simulator)建模约束的前提下尽可能保证电磁侧的仿真精度,采用FSV(Feature Selected Validation)方法中的GDM(GlobalDifferenceMeasure)指标表征端口解耦之后的仿真结果与端口解耦之前仿真结果的差异量,分别对不同耦合强度的端口解耦,进行端口耦合强度和仿真精度之间的定量分析,得到了满足FSV定性评估为“好”及以上的端口工程化的解耦指标。提出了采用端口聚类的方法建立端口建模方案的流程和方法。本文建立了可用于电磁侧仿真的多端口接口数学模型。针对机电侧含有旋转设备导致的正序和负序等值阻抗不等的问题,提出了一种通过补偿负序戴维南等值电动势来修正负序电路等值参数的方法。分析了等值电路时域离散数学模型,采用RTDS/CBuilder自定义建模的方法,在RTDS上建立了考虑相与相之间耦合的接口电路。最后,进行了南方电网2014运行方式工程化集成应用的研究,结合南方电网“八交八直”的仿真需求,在基于RTDS实时仿真器的仿真平台上设计了适用于南方电网“八交八直”的接口方案。方案集成了精度改进集成技术和多端口建模技术,通过对整流侧和逆变侧换流母线在电磁侧的合理解耦,在RTDS接口端口数目的限定条件下满足了南方电网8回直流、13个端口的端口建模仿真需要。应用FSV方法,结合仿真结果开展了电磁-机电暂态混合仿真精度评估。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM743

【参考文献】