RTDS仿真（精选5篇）
RTDS仿真 篇1
0 引言
随着越来越多的分布式电源并入电力系统,其对电力系统的影响也日益严重[1]。为保证电力系统安全运行,研究用于测试和验证各种电力控制设备的含分布式电源的电力系统实时仿真平台是十分必要的。
在分布式发电并网设备中,电力电子设备的开关频率通常在几千赫兹到几十万赫兹。为使电磁暂态仿真较精确地模拟电力电子设备,要求其仿真步长小至微秒级,甚至亚微秒级。但是,如果对整个电力系统都采用小步长进行电磁暂态仿真,其仿真规模受到很大限制。为解决这个问题,通常采用多速率实时仿真。
文献[2]最早将求微分方程的多速率方法应用于电力系统仿真领域,并给出了具体计算流程。在此基础上,变量分组的多速率仿真方法在电力系统仿真领域取得了许多实质性进展。文献[3]阐述了电力系统微分方程和代数方程的多速率求解方法,给出了计算快慢变量步长比例的实用公式。文献[4-5]提出了用于电力系统稳定性分析的多速率仿真方法,给出了自适应的变量分组策略。然而,组之间存在着大量数据交互,这种方法不易实现多机联合仿真。
除此以外,也可直接根据物理特性将电力系统分解为多个子系统来实现多速率仿真。文献[6]在多区戴维南等效方法的基础上提出了一种电磁暂态过程的多速率仿真算法,给出了快慢系统分区联立求解方法。文献[7]针对含有电力电子设备的电力系统提出双时步交替混合仿真算法,采用外推—插值—平滑的算法进行接口电气量交换。文献[8]将延迟插入方法(LIM)引入电磁暂态仿真,证明了其稳定条件,并提出快慢系统交替求解的多速率算法。但是,这些串行的多速率方法难以保证小步长仿真的实时性。
文献[9]提出了并行的多速率电磁暂态仿真算法,利用传输线模型的自然延迟特性实现快慢系统之间并行计算。实时数字仿真器(RTDS)利用传输线原理,用“接口变压器”将分布式发电系统从大电网中独立出来,但牺牲了部分仿真精度[10]。
针对含电力电子设备的电力系统实时仿真,Opal-RT公司的RT-LAB和RTDS公司的RTDS等商业实时仿真装置提供了小步长仿真功能。最新的RT-LAB和RTDS中模块化多电平换流器的仿真步长可达亚微秒级[11,12]。
随着现场可编程门阵列(FPGA)技术不断成熟,越来越多的学者开始利用FPGA研发含电力电子设备的电力系统实时仿真系统,其仿真步长能够达到几百纳秒甚至几十纳秒[13,14,15]。相比于RT-LAB和RTDS的小步长仿真,这种方式编程灵活,且具有成本优势。
利用RTDS良好的通用性和FPGA高度的并行性,本文研究了一种基于RTDS和FPGA联合仿真平台的多速率仿真方法,以实现含分布式电源的电力系统实时仿真。为将整个电力系统分解成多个可独立求解的子系统,用LIM求解滤波电路和隔离变压器电气方程,并用拟合法和外插法确定并行多速率下的接口电气量。为减小通信延时对仿真精度的影响,提出了一种以尽早使用对方仿真数据为原则的接口电气量交互方法。为提高FPGA承担的分布式发电系统的仿真速度,引入L/C小步长开关模型[15],采用导纳逆矩阵仿真方法,并通过硬件描述语言(HDL)Verilog来开发。
1 联合仿真平台
在RTDS与FPGA组成的联合仿真平台中,RTDS承担大电网系统仿真任务,FPGA承担分布式发电系统仿真任务。
RTDS的运算部件采用PB5板卡。PB5板卡有多个小型可插拔(SFP)光电收发接口,支持与其他板卡或外部设备的数据交互。
FPGA采用含SFP光电收发接口的Xilinx VC707开发板,其核心芯片XC7VX485T拥有48.5万个逻辑单元、3 700万块随机存储器(RAM)和2 800个数字信号处理器(DSP)等。
用传输速率为2Gbit/s的光纤连接RTDS和FPGA的SFP光电收发接口,并采用点到点的高速串行传输的Aurora协议进行数据通信。在此基础上,以RTDS公司提供的RTDS_InterfaceModule进行数据交互。经测试,传输64个32bit的通信延时在2μs之内。
2 基于局部LIM的网络求解
LIM最初应用于印刷电路板的电路仿真[16]。它将支路电流i的仿真时间结点相对于节点电压u的仿真时间结点迟半个步长。
分布式电源(如光伏电池、微型燃气轮机、燃料电池等)通常经换流装置、滤波电路、隔离变压器与大电网系统连接。为了方便地分析这种含分布式电源的电力系统,把分布式电源和换流装置部分称为分布式发电系统,如图1所示。本文对图1虚线框内的滤波电路和隔离变压器实施LIM算法,并把这部分电路称为局部LIM电路。
将局部LIM电路中电容C两端电压uc与分布式发电系统相连的接口电压uA和与大电网系统相连的接口电压uB按…,n-2,n-1,n,n+1,n+2,…时间结点进行仿真计算,LA支路电流iA和LB支路电流iB按…,n-1/2-1,n-1/2,n+1/2,n+1/2+1,…时间结点进行仿真计算。
列出局部LIM电路中回路Ⅰ和Ⅱ的电压方程:
整理后可得
式中:L1=LB+ΔtRB+ΔtRC;L2=LA+ΔtRA+ΔtRC;;Δt为仿真步长。
列出局部LIM电路中节点D的电流方程:
整理后可得:
由于iA和iB的计算相对于uA和uB的计算存在半个步长的延迟,故在求解局部LIM电路时,可将两侧系统等效成2个理想电压源;求解两侧系统电气量时,可将局部LIM电路中电感支路的电流等效成理想电流源,如图2所示。
两侧系统的电气量求解可利用节点电压法或状态变量法。为方便表示,这里采用状态变量法。设分布式发电系统的状态变量为xA、大电网系统的状态变量为xB,两侧系统的状态变量方程和输出方程为:
式中:CA,DA,DA1,EA,FA,FA1,CB,DB,DB1,EB,FB和FB1为系数矩阵;ISA和ISB分别为分布式发电系统和大电网系统内部的电流源。
因此,整个网络的求解分为2步:(1)计算局部LIM电路的uc和2个网络的电气量,即计算式(6)至式(8);(2)更新局部LIM电路的电感支路电流,即计算式(3)和式(4)。
3 多速率交互方法
3.1 同步交互
设图2中的大电网系统和分布式发电系统的仿真步长为ΔT与Δt,且ΔT与Δt之比为M(M为正整数)。
由于分布式发电系统中换流装置的交流侧电压会随着功率开关动作发生大幅度的变化,故将局部LIM电路采用小步长仿真。当大步长仿真时间结点为Mi(i为正整数),小步长仿真时间结点为Mi+j(0≤j<M)时,多速率仿真的交互电气量及其仿真时间结点如图3所示。
于是,将式(3)至式(8)分别改写为:
由前面分析可知,大步长仿真侧的接口电压uBs需发送给小步长仿真侧,小步长仿真侧的接口电流iB需发送给大步长仿真侧。为降低FPGA与RTDS的通信开销,在一个ΔT内仅交互一次,且规定交互时间结点为仿真时间结点Mi。
大步长仿真侧没有直接提供小步长仿真侧所需的uMi+jB。同样,小步长仿真侧也没有直接提供大步长仿真侧所需的iM(i+1/2)Bs。当直接用uMiBs替代uMi+jB和用iMiB替代iM(i+1/2)Bs时,式(10)和式(13)的计算误差会增大,甚至造成不稳定计算的发生[8]。因此,根据大步长仿真侧的uMiBs和uM(i-1)Bs,采用外插法估算uMi+jB,即
根据仿真时间结点Mi至M(i-1)的iBMi-1/2,iBMi-3/2,…,iBM(i-1)+1/2,利用最小二乘法拟合一条直线,且视直线上仿真时间结点为M(i+1/2)的电流值为iBsM(i+1/2),即
式中:向量S中各元素sl为
3.2 异步交互
式(14)和式(15)是在不考虑通信延时的理想同步交互条件下给出的。传统的解决方法[17]是使用更前交互时间结点的交互电气量,即式(14)和式(15)中等号右边的i用i-1代替。当ΔT较大时,这种同步方法会造成更大的计算误差,计算不稳定问题很容易发生。
本文以RTDS的仿真时间结点作为参考点,分别以小步长仿真尽可能早地使用大步长仿真的接口信息和尽可能晚地发送本地的接口信息为原则,确定FPGA的接收时间点和发送时间点。这种考虑最大通信延迟(包括通信数据的整理时间)的接口电气量异步交互时序如图4所示。
图中:h1为大步长仿真数据发送至小步长系统延迟的Δt个数;h2为小步长仿真数据发送至大步长系统延迟的Δt个数。由于大步长仿真的接口信息延后到达h1个Δt,估算uBMi+j的式(14)改为:
同样,由于小步长仿真的接口信息提前发送h2个Δt,估算iBsM(i+1/2)的式(15)改为:
在本文所提的联合仿真平台条件下,当式(16)和式(17)的计算由小步长仿真侧完成,且式(17)的计算分散到每个小步长内时,h1和h2远小于M,uBMi+j和iBsM(i+1/2)的估算值与式(14)和式(15)的计算结果相近。因此,这种异步交互方法能最大限度地降低通信延时对仿真精度的影响。
4 仿真实例
在FPGA上搭建2个典型的光伏发电系统[18],每个系统的电气结构和控制结构均相同,如图5所示。其中,光伏电源采用光生电流源、二极管和光伏电池损耗电阻组成的单二极管等效电路模型,光生电流源和二极管电流与光照强度、温度有关并呈强非线性[15]。
为提高计算速度,采用分段线性法将单二极管等效电路模型等效为一个诺顿电路。为提高计算并行性,采用导纳矩阵逆矩阵与注入电流向量相乘的方法求解节点电压方程。为减轻逆矩阵的存储压力,功率开关采用L/C小步长开关模型,开关闭合时使用5.5μH的电感模拟,开关断开时使用50nF的电容串联1Ω的电阻模拟。根据换流装置交流侧电压和RTDS给出的大电网等效电压源,参照式(9)至式(11)计算滤波电路、隔离变压器的电压和电流。DC/DC变换器开关管采用最大功率点跟踪(MPPT)策略控制,开关频率为100kHz;DC/AC逆变器开关管采用恒直流电压恒无功功率策略控制,开关频率为10 kHz,直流电压参考值设为800V,无功参考值设为0。由于控制系统的时间常数较电子开关周期长得多,在电气系统与控制系统之间,以及控制系统内部反馈点增加延迟环节,以提高仿真计算速度[19]。
在RTDS上搭建一个IEEE 5节点电力系统,如图6所示。图中,母线1上的负荷A和母线3上的负荷D是图5中的光伏发电系统(简称光伏发电系统A,光伏发电系统D)。2台同步发电机采用RTDS_SHARC_MACM2模块,其机械功率都是30 MW,励磁电压设为常数。2台升压变压器采用RTDS_SHARC_TRF3P2W模块,其分接头位置保持不变,不考虑励磁饱和。为了模拟不同的运行方式和短路故障,在所有线路两端和变压器两侧设置断路器,在各母线处设置接地故障模型。
仿真步长的选取除考虑实际需要,还应保证联合仿真的数值稳定性。经状态转移矩阵法[8]估计,在RTDS仿真步长为50μs、FPGA仿真步长为1μs和通信时间为3μs的条件下,图5和图6所示的实时仿真系统具有计算稳定性。为了验证实时仿真系统的可行性和仿真准确性,不采用局部LIM网络分块技术和多速率实时仿真技术,在离线仿真软件PSCAD上搭建相同参数的仿真模型,仿真步长设为1μs。
在电力系统稳定运行情况下,在母线1处设置三相接地短路故障,并经0.1s后故障切除。该实验分别在PSCAD仿真平台,通信延迟为3μs和50μs的联合实时仿真平台上进行,其实验结果如图7所示。
从这些实验数据可以看出,短路故障对光伏发电系统A的影响更大,其变流装置直流侧电压和注入电网电流在短路时发生了严重的畸变,但短路电流并不是很大。这恰好说明了光伏电源的I-V特性、DC/DC的最大功率策略、DC/AC的恒直流电压恒无功功率策略。
为观测多速率方法和通信延迟对仿真精度的影响,将图7进行局部放大。从放大图可以看出,故障时的3μs通信延时的实时仿真波形与PSCAD仿真波形的误差在10%以内,仍具有一定的仿真精度。其误差产生的主要原因是:对于光伏发电系统,FPGA采用了L/C小步长开关模型,而PSCAD采用了理想开关模型;对于IEEE 5节点电力系统,RTDS采用了50μs仿真步长,而PSCAD采用了1μs仿真步长。从图7中还可看出,所提多速率方法对仿真精度影响随着通信延迟的增加而变坏,其原因是50μs仿真步长足够反映大电网系统的电磁暂态过程,通信延迟已成为影响仿真精度的主要因素。
5 结论
1)采用局部的LIM可方便地实现网络分割,利用拟合法和外插法可实现多速率并行计算,为建立联合实时仿真平台奠定了理论基础。
2)以直接交换数字量的SFP光纤作为联合实时仿真平台的通信媒介,并采用异步交互方法传递接口电气量,提高了联合实时仿真平台的仿真精度。
3)联合仿真平台不仅可以准确地模拟含分布式电源的电力系统,而且可进行含多个分布式发电系统并网控制器的硬件在环测试。
RTDS仿真 篇2
随着现代电力电子技术的发展,静止无功补偿器(SVC)以其快速的响应特性以及作为系统动态电压支撑的主要手段而被广泛应用于电力系统,而SVC对系统电压的稳定效果与其U-I特性有着紧密联系[1,2,3,4,5,6]。通常,传统的U-I特性曲线(即恒调差率U-I特性曲线)具有一个恒定的斜率,这样使SVC的控制策略具备了更多的优越性,同时却也导致系统电压与额定值有一定的偏差[7,8]。本文提出了一种采用变调差率的U-I特性控制新方法,并以零调差率和恒调差率U-I特性作为仿真参照,使用先进的电磁暂态仿真程序RTDS作为仿真工具[9,10],快速而准确地分析了SVC在不同调差率的U-I特性下对母线电压的控制效果。
1 恒调差率特性的优缺点
图1中有两条关于SVC的动态曲线,零调差率特性曲线OABC中的AB段斜率为0,而恒调差率特性曲线ODEF的DE段却具有一定的斜率(调差率),通常该斜率取值为3%～5%。L1、L2、L3、L4为设定的负荷线,Vref是母线参考电压,Vbus是母线电压,Isvc是SVC的无功电流。
1)优点:减少了SVC的额定无功容量。
假定负荷线在L1到L2之间变化,当SVC按曲线OABC运行时,其无功电流从容性Ic变化到感性Il;当SVC按曲线ODEF运行时,其无功电流从容性Ict变化到感性Ilt。显然,为达到几乎相同的控制目标,后者所提供的无功功率大大减小。这样,在保证相同无功容量的条件下,运行于恒调差率特性的SVC则具有更大的控制范围,如图1所示,SVC能实现负荷线在L3到L4之间变化时对系统电压的有效控制;而运行于零调差率的SVC只在负荷线在L1到L2之间变化时实现对系统电压的有效控制。
2)缺点:母线电压与额定值有一定偏移。
曲线ODEF的DE段斜率不为0,母线电压不能恒定控制在额定值,而是相对于额定电压有一定的电压偏移。
2 变调差率U-I曲线
2.1 变调差率U-I曲线的特点
如图2所示:将恒调差率特性曲线的DE分为三段DG、GH、HE。这样SVC的U-I特性曲线则成为ODGHEF,即变调差率的U-I特性曲线。
从图2可以看出,变调差率U-I曲线完全继承了恒调差率U-I曲线的优点。但重要的是,采用变调差率控制的策略能将电压偏差限定在更小的范围内。
实际上,任取L3到L4之间的一条负荷线如L2,与两条U-I曲线交于N、H,N、H所对应的母线电压分别为Vbus1与Vbus2,而Vbus2更加接近额定值。N、H所对应的无功电流分别为Ilt和Ih,且Ilt
2.2 调差率的取值
如图3所示,曲线分为3段,分别为DG、GH和HE,其调差率分别记为Xsl1、Xsl2、Xsl3。在以下的RTDS仿真模型中,取Vref标么值1.0,Xsl1=Xsl3=15%,Xsl2=2.5%。
(1)当-0.8≤Isvc≤0.8时,SVC运行于GH段,Vbus=Vref+Xsl2·Isvc;
(2)当Isvc>0.8时,SVC运行于HE段,Vbus=1.02+Xsl3·(Isvc-0.8);
(3)当Isvc<-0.8时,SVC运行于DG段,Vbus=0.98+Xsl1·(Isvc-0.8);
(4)当Isvc>1.0或Isvc<-1.0时,Vbus>1.05或Vbus<0.95,此时SVC已不能实现对母线电压有效控制。
3 实时数字仿真分析
3.1 仿真所采用的系统模型
本文采用江西赣州金堂变电站的一套SVC装置作为仿真原型(为说明本文提出的原理,部分模型的结构和数据作了改动)。仿真主回路模型如图4所示,主要参数设置:系统短路容量3 000 MVA,X0/R0=5.0;母线电压230 kV,10 kV I段母线安装了3台固定电容器,每台容量约为10 Mvar;10 kV II段母线安装容量-50 Mvar的TCR与5台MSC联调,每台MSC容量约为10 Mvar。
3.2 仿真研究
3.2.1 仿真要求
为了研究SVC在感性负载和容性负载两种情况下对母线电压的控制效果,设置了一组感性负载和一组容性负载,其中感性负载的复功率为SL=60+j80 MVA,容性负载为SC=30-j90 MVA。分别记录系统运行达到稳态后的母线电压标么值Vbus以及对应的SVC输出的无功电流标么值Isvc。
为了验证SVC在该控制策略下所能实现的控制效果,分别在下面三种U-I特性曲线下进行仿真。
(1)原理图中的零调差率曲线OABC;
(2)调差率为5%的恒调差率曲线ODEF;
(3)变调差率的U-I曲线ODGHEF。
3.2.2 仿真结果
下面是系统在上述三种U-I特性曲线下仿真得出的两组关于Vbus和Isvc的波形。
(1)图5是负载为感性时仿真得出的三组波形。图5(a)SVC能有效地控制母线电压为额定值,但无功电流却很大,已接近极限值。图5(b)母线电压并未补偿到1.0,而是与额定值有一定偏差,SVC只提供了较小的无功电流;图5(c)变调差率特性下的SVC有效地减小了母线电压偏差,同时发出了相对较大的无功电流。
(2)图6是负载为容性时仿真得出的三组波形。图6(a)SVC已经不能控制母线电压到额定值,同时无功电流也达到极限值;图6(b)虽然SVC的无功电流较小,但电压与母线额定电压却有较大偏差;图6(c)SVC的无功电流相对于恒调差率特性下的无功电流有一定增加,但并未达到极限值,此时却有效地减小了系统母线电压与额定电压的偏差。
4 结论
采用变调差率U-I特性的SVC既能有效地减小电压偏差,又能在不增加无功容量的前提下达到与恒调差率U-I特性完全相同的控制范围。本文以先进的电磁暂态仿真程序RTDS作为仿真工具,精确地验证了该理论的正确性。但考虑到变压器漏抗,SVC损耗等因素,最终结果与理想情况会存在较小的误差。
参考文献
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[9]RTDS Technologies Co.,Ltd.Real time digital simulator power system user manual[S].2005.
RTDS仿真 篇3
一、变电站二次技术需求趋势解析
要想对面向智能电网愿景的变电站二次技术需求进行分析, 必须了解变电站二次技术需求的主要趋势。智能电网建设作为一种较为先进的电力技术总体框架, 主要包含了四大电力系统, 它们主要是一次设备电力系统、二次设备电力系统、超导电力系统和智能化电力系统。下文主要探讨了于我国电力建设发挥在那的基础上, 结合我国、本地器电网工程建设和实际供应需求, 对相关的技术予以研究, 提高电网试点机构以及推广应用。
(一) 建立在IEC61850标准化基础上的设备趋势
传统的变电站的建设配置原理主要是依据一次主设备进行间隔配置, 主要包含继电保护系统、自动化电力设备以及状态监测系统。依托于这些配置, 变电站于运行过程中能够促进电力设备的运行, 很大程度上简化了运行过程和停电检修。随着技术和设备的不断更新换代, IEC61850作为新标准开始应用于智能电网的建设, 应用于该项技术, 不仅加快了变电站的标准化建设, 更是加速了基于各类二次设备进行科学建模和通信建设的信息交互进程, 这样于第一次在变电站内便完成的统一信息交互过程中, 二次设备融合也发展成为一种趋势。这样的全面融合是一种整个变电站内面向应用各类二次设备的融合, 在应用过程中, 该技术将电子式互感器及合并单元均悉数引入变电站的建设配置中以实现采样环节的融合, 而将智能操作箱引入其中则使开关量采集以及控制输出环节该两程序的融合成为了可能。二次设备的融合应用将该技术的应用领域推及至更大范围, 但是为推动单个保护装置或测控单元的合并使用提供坚实基础, 为数据的开发准备了必要的条件。
(二) 建立在站内高速局域网上的功能分布以及重构趋势的发展态势
一般情况下, 在现有变电站的建设过程中, 多将太网通信方式运用于监控系统及故障信息系统内部, 旨在通过太网的物理技术及通用型交换机形成满足变电站应用需求的功能分布局势。常规情形下, 太网物理基础为100M网络及上述所言的通用型交换机。而建立100M网络首先应当具备数字化变电站, 对于数字化变电站的建立, 尤其需要应用到IEC61850-9-2的采样值传输技术, 而后通过带宽计算以满足变电站应用需求, 但是于电网中, 现有的采样值传输技术难以满足变电站应用的需求。故而针对如此, 就需要对系统进行进一步强化, 选用SV报文信息的优先级传输技术及高端交换机。在电网建设过程中, 随着拖入成本的降低, 100M网络以及工业级交换机的价格不断下降, 价格的低廉性造成机器使用范围的不断扩大, 变电站内的通信将逐步过渡到一个完整的以太网架构上来, 由此通信架构的变化功能分布状态是符合电网通信构架分布的, 为电网通信构架分布和重构提高了可能性和可行性, 大大降低了变电站建设和最终投入运营的成本。在此过程中, 也对数字化变电站提出的更高要求, 即一次设备智能化, 二次设备小型化网络化, 自治自愈能力、智能保护等。
(三) 建立在电力调度数据网上的变电站功能的提升趋势
最近几年基于我国对于电网建设规模的不断扩大, 不仅为我们呈现出了无人值班的变电站和集控中心, 并且实现了驱动调度端EMS系统的进一步完善和健全。现今EMS系统系统更为关注图形、模型库等的建设和复用, 并以此为基础不断加强对整个电网自动化系统技术方面的分析和解析, 以期可以更为全面的保障系统运行效果, 实现全自动的识别和监控系统的建设和应用。
IEC61850面向对象的建模规定实现了信息的交互, 不过却存在无法解决电力系统中信息的维护工效的缺陷, 因此逐步推崇基于AGENT技术 (Agent技术的研究起源于分布式人工智能, 模拟人类的行为和关系、具有一定智能并能够自主运行和提供相应服务的程序。) 的综合自动化系统成为了提高电力系统应用水平亟待解决的课题之一。
二、设备和技术的发展引入测试需求
RTDS的实时数字仿真系统在电网设备式样中的运用是比较广泛的, 主要运用在电网二次设备的测试当中。RTDS实时数字仿真系统在数字化变电站和智能化电网当中都发挥了很大的作用。RTDS实时数字仿真系统主要对三个部分进行了测试。第一个部分是设备模型测试, 科学技术不断发展, 很多新型的电网设备也不断完善, 比如电流限制器等。实时数字仿真系统要首先建立起近似度比较高的等值模型, 然后在新型设备试验中进行保护原理的验证和电网设备的防护。第二个部分是数字化测试, 在数字化变电站当中, 存在二次设备, 因为其功能是不断分化的, 所以不断对试验量的输出和输入方式进行改善, 要采用网络接口卡, 进行传统测试模式到数字化测试模式的过渡。第三个部分是提升功能的技术测试, 很多二次设备功能都在不断提升, 比如主机保护功能、测控系统控制功能等。实时数字仿真系统在测试中也要完成相应的功能变化。
结语
综上所述, 随着二次技术和设备的进一步进展, 将RTDS技术应用于电网二次设备的动模试验等测试系统中, 将会促进实现智能化变电站建设。随着相关人员的对变电站二次技术的不断探讨, 设备研发人员一定能研发出促进电网长期发展的电力设备。
摘要：本文主要阐述了智能电网的概念及其建设现状, 并以此为依据分析了建立于IEC61850标准化基础上的电网次设备技术需求的趋势, 于此方案中提出了适当超前发展RTDS实时数字仿真仪 (Real Time Digital Simulator) , 等一些仿真能力于测试中的应用案例来阐明确保变电站二次技术安全顺利实施的设想。
关键词：智能电网,变电站,IEC61850,二次技术
参考文献
[1]李乃湖, 倪以信, 孙舒捷, 等.智能电网及其关键技术综述[J].南方电网技术, 2010 (03) .
RTDS仿真 篇4
1 RTDS实时仿真器简介
RTDS采用并行处理的硬件结构和高速DSP芯片,利用数学上可分隔子系统的概念在各运算芯片或芯片组之间分担计算任务,各子系统之间的联结使用传输线模型或变压器模型。RTDS是计算机并行处理技术和数字仿真技术发展的产物,是一套专门用来对电力系统电磁暂态过程进行全数字模拟的仿真装置。RTDS仿真能够经D/A转换后通过高性能的电压、电流放大器实时地输出,可用于进行自动控制和保护等设备的闭环试验,完成系统分析研究,设备研发及各种培训。
基于相似原理的物理动模仿真系统保留了实际系统的物理特征,仿真结果受到广泛认可。但其模拟电机的参数变化范围有限,难以满足具体不同机组的仿真需求,且参数调整和匹配困难;动模PI型线路品质因数较低,长线路模拟可能会暂态特性失真;与过电压研究息息相关的换流变磁饱和特性等参数难以与实际匹配。因此,动模在基于实际系统参数的系统研究分析中,越来越方便、快捷和灵活的数字仿真所取代。与BPA、Simpow和PSS/E等数字机电暂态程序相比,RTDS仿真器提供的暂态仿真结果要深刻得多,能够详细地模拟出一些在机电暂态程序中没有的现象,且RTDS仿真得到的系统特性包含了一个很大的频率范围(直流达几千赫兹),在这个频率范围内,RTDS仿真系统是分析电力系统各种现象的理想工具[3,4]。
在交直流混联系统的仿真计算中,直流输电系统的模拟对计算结果有较大的影响。能够在任何工况下准确模拟交直流混联输电系统行为的仿真方法只有电磁暂态仿真[5]。采用RTDS实时电磁暂态仿真器模拟直流系统,可以较充分地反映直流系统的固有特性,如直流系统的换相失败等;且可以实时考虑到实际直流控制保护设备的作用,从而仿真结论将更逼近真实和具有参考价值。
2 避雷器和换流变磁饱和特性模拟
2.1 换流站避雷器基本配置
目前RTDS已基本具备了各类电力元件的详细仿真模型,基本可实现与PSS/E仿真软件数据的互相转换,且一些特殊的非国际标准的发电机组等元件的控制模型和可控负荷等模型也可基于RTDS的自定义功能实现。在交直流混联输电系统过电压研究中,各类输电线路、变压器、换流变磁饱和特性、换流阀和各类避雷器等元件的准确模拟具有重要的意义。鉴于目前RTDS大量应用于针对线路、变压器和母线等交直流控制保护装备的研发和测试之中,且相关的研究文献也较多。本文主要介绍与交直流混联输电系统过电压研究息息相关的避雷器和换流变磁饱和特性的RTDS仿真模拟。
图1所示是直流换流站的避雷器基本配置图。参照图1,RTDS目前可详细模拟交流场的各种元件,但直流场的一些过电压研究元件RTDS尚没法模拟。譬如,RTDS没有并联与平波电抗器和直流电抗器的避雷器模型。据RTDS公司研究人员反馈,可能是并联的避雷器模型易产生数值计算问题。另外,由于阀桥和换流变在RTDS中为一个整体(直流换流器模型),阀相关的避雷器没法设置等。因此,RTDS尚不能用于全面分析研究直流场过电压,但RTDS仍然可用于交直流混联系统,双极闭锁甩负荷等故障扰动导致的交流系统过电压和抑制措施研究。
2.2 RTDS避雷器模型
避雷器是利用其伏安曲线的非线性特征去限制母线过电压幅值的大小。在数学模拟上可以利用描点或者基于试验的经验方程式的描述方法[6]。RTDS仿真器采用的是利用指数方程式并利用输入参数定值限制伏安曲线斜率的分段描述方法去模拟避雷器的伏安特性。
RTDS利用参数Rmin去限制避雷器的V-I特性斜率,其中Rmin的基准值是避雷器在放电点的V-I斜率。具体RTDS避雷器模型的仿真模拟采用如下两部分描述其非线性特征。
(1)当d V/d I>Rmin·(Vd/(N·Id))时,式(1)所示就是RTDS避雷器的V-I特性描述方程。式中:Vd和Id分别为避雷器拐点放电电流和电压;N为式(1)中的指数。
(2)当d V/d I≤Rmin·(Vd/(N·Id))时,避雷器V-I特性采用斜率恒定的直线描述。具体斜率表达式为:
图2所示是RTDS避雷器的伏安特性仿真模拟示意图。在该图中,Rmin是一个可供用户设置的斜率。Rmin用于修正避雷器V-I曲线的斜率。RTDS公司认为这种分段描述的方法比仅仅通过简单方程式的描述方法能更好描述避雷器的非线性特征。避雷器的模拟还需要设置能量衰减时间常数和用于防止出现数值计算问题的阻容支路。
2.3 RTDS磁饱和和磁滞特性模拟
RTDS换流变和换流阀组被组合成一单独整体模块,且该模块中并没有设置换流变磁饱和支路的模拟。因此,换流变的磁饱和特性需要另外设置元件模拟。图3所示是RTDS模型库中,可用于通过连接在换流母线上,去间接模拟换流变磁饱和支路的各种模型。
图3(a)为RTDS的非线性电抗模型,该模型在早期被应用于换流变磁饱和特性的模拟。后来,RTDS公司推出了专门的磁饱和支路非线性模型,如图3(b)所示。目前,RTDS公司已经对图3(b)所示的磁饱和支路模型进行了改进并推出了最新的磁饱和支路模型,如图3(c)所示。因此,可利用图3(c)所示的元件,通过连接于换流母线上去实现换流变磁饱和支路的仿真模拟。
因为实时仿真计算的需要,RTDS描述的磁饱和特性准-I曲线,事先由编译器根据输入的线性电感和饱和电感及其拐点等参数离线计算出来并储存在处理器的内存之中,以在RTDS实时仿真时直接参与计算,以提高运算速度。
3 典型过电压仿真分析案例
结合“十一五”国家科技支撑计划研究项目,通过直流双极闭锁甩负荷引起的送端交流系统过电压水平的研究,对基于RTDS实时闭环交直流混联仿真系统的过电压研究进行简单的说明。
基于某特高压直流输电系统电气参数、RTDS仿真器和实际特高压直流控制保护系统样机搭建了实时闭环交直流混联仿真系统研究模型,具体模型搭建和参数设置请参见文献[7,8,9]。该模型送端交流系统为“孤岛”运行方式,且送端电源仅仅通过四回紧凑型线路连接到换流站,如图4所示。在该模型中,分别在换流母线、滤波器组连接母线和电厂出口高压母线处安放避雷器模型并输入相应的参数;分别在各换流变交流母线上安放相应的磁饱和支路模拟各换流变的磁饱和特性。
选用的过电压研究案例为送端电厂出线距离改变对送端交流系统过电压水平的影响。该研究可为未来送端“孤岛”运行的直流系统规划和设计等提供参考。考虑到换流变磁饱和特性对过电压的抑制作用,过电压抑制措施选用双极闭锁后100 ms全切滤波器和电容器组,并在120 ms后全切换流变[9]。
考虑到RTDS实时仿真建模的实际情况,本次研究所选用的送端电厂出线长度如表1所示,占原始电厂出线距离(分别为299 km和248 km)的百分比分别为100%、80%、60%、40%和20%。并参照线路规划规程和高抗型号标准,分别在线路两侧设置合适的高抗。
直流双极闭锁后,由于直流送端功率大量盈余,送端交流系统严重过电压。故障100 ms后,控制保护系统全切滤波器/电容器组,系统过电压水平迅速降低。表1所示是送端电厂出线选用不同的长度后,直流双极闭锁故障导致的楚雄换流母线的暂时过电压最大值。由该表可知,随着线路长度的减少,送端交流系统的过电压水平不断降低。图5所示是送端楚雄换流母线在不同电厂原始出线长度百分比距离情况下的工频过电压水平轨迹曲线比较图。该图也显示,随着送端电厂出线的减少,送端工频过电压水平不断降低。
在我国高压直流工程技术规范中对暂态过电压限值一般规定如下:
(1)直流输电部分或者完全中断不应在换流器的交流母线处产生持续时间超过5个周波、高于1.3×550/姨3 kV的工频电压,且电压变化不会超过扰动之前的电压的30%。
(2)从导致输电中断的干扰产生时起2 s之内,工频电压应在500 ms以内降到1.15×550/姨3 kV或以下,并在2 s之内降至扰动前电压的105%或者所有电容性分组都被切除后所能达到的电压水平(以两者中的较大值为准)。
图5的轨迹曲线显示出,各种出线长度下的工频过电压皆满足标准要求,说明了选用的过电压抑制控制措施的有效性。
4 结束语
电力系统过电压是发展高压、超高压和特高压电网所必须研究的课题。探讨了基于RTDS实时闭环交直流混联仿真系统的过电压研究。由于目前只有电磁暂态仿真能够详细模拟直流系统,因此基于RTDS实时电磁暂态仿真器模拟直流系统,可以较充分地反映直流系统的固有特性。实际直流控制保护系统的闭环实时参与控制,可得到更贴近实际和更具备工程参考价值的仿真结论。通过对RTDS交直流元件模型的研究和分析,认为RTDS可用于交直流混联系统,双极闭锁甩负荷等故障扰动导致的交流系统过电压和抑制措施研究。最后,通过基于RTDS的某实时闭环交直流混联仿真系统模型的过电压研究,进行了必要的说明。
参考文献
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[8]高鹏,胡铭,蔡汉生,等.特高压直流输电系统实时闭环仿真建模研究[C].中国电力系统保护与控制学术研讨会,2008.
RTDS仿真 篇5
近年来, 高压直流 (high-voltage direct current, HVDC) 输电线路已逐渐成为一些电网重要组成部分, 使得这些电网由传统的大规模交流电网演变成为大规模交直流混联电网。其中非常典型的就是中国南方电网, 它的“西电东送走廊”目前已包含八回500kV交流、五回±500kV直流和两回±800kV直流线路[1]。针对这样的电网, 孤立地分别仿真直流部分与交流部分是不恰当的, 必须考虑它们之间的互相影响, 即大规模交直流混联电网的仿真是客观存在的一个问题, 而目前仍缺乏一种受到广泛认可的仿真工具。
实时数字仿真器 (real-time digital simulator, RTDS) 作为一种电磁暂态 (electromagnetic transient, EMT) 仿真工具, 由于其具有实时仿真、硬件闭环 (hardware in loop, HIL) [2]等优点, 在国内外直流输电研究方面得到了广泛应用。通过在RTDS中用精细的电磁暂态模型对直流系统建模, 可以方便地仿真、观测直流设备中的电磁暂态过程;通过RTDS外接实际的直流控制、保护设备, 可以有效地测试这些设备。但RTDS是一个并行计算平台, 随着仿真系统规模的增大, 所需的硬件规模 (以Rack作为硬件基本单位, 1个Rack是一个包含若干计算板卡的机柜[2]) 几乎以线性方式增加[3]。每个Rack的价格昂贵, 且RTDS存在建模周期长、难以调节大规模仿真系统工况的问题, 交流网络仿真得到的精细电磁暂态过程必要性也不大。由此可见, 将大规模交直流混联电网都在RTDS中建模, 是不经济且不可持续的。
传统的机电暂态稳定分析 (transient stability analysis, TSA) 程序采用机电暂态模型并基于相量运算, 在大规模交流电网仿真中得到广泛应用, 例如研究发电机功角稳定。但由于TSA程序无法对直流线路中的电力电子器件建模, 因此不能精确仿真大规模交直流混联电网中的直流部分。
综合RTDS和TSA程序各自的优缺点, 一个自然的想法就是开发RTDS-TSA实时混合仿真平台, 在RTDS中精细地仿真直流部分而在TSA程序中高效地仿真交流部分, 从而实现对大规模交直流混联电网的仿真。
文献[4-5]是这一想法的早期工作, 提出了一种基于数字计算机和RTDS的实时混合仿真平台, 利用RTDS的模拟量输出, 通过模数转换作为两者的通信接口, 同时采用预估补偿的接口技术。但RTDS本身作为数字仿真器, 采用模拟量输出再经模数转换变为数字量, 通信时延大且精度不易得到保证。预估补偿技术是一种工程化的应用, 并非普适技术。文献[6]提出了一种用RTDS仿真大规模电网的方案, 用频率相关网络等值 (frequency dependent network equivalent, FDNE) 结合简化的TSA模块, 对不需要细致仿真的交流部分作等值, 从而大大缩减电网规模。文献[7]在此基础上又运用同调等值方法, 减少待等值交流部分的发电机数目。但这类方法将整个交流网络作等值, 彻底忽略了交流部分内部信息;且TSA模块是内嵌在RTDS中实现, 不利于扩展。
针对上述问题, 本文采用RTDS公司最新的GTFPGA[8]板卡作为RTDS与TSA程序之间高速数字化通信接口, 同时实现了FDNE[9,10,11,12,13]以提高仿真精度, 开发了一种异构的RTDS-TSA实时混合仿真平台。与由中国电力科学研究院研发的电力系统实时仿真装置ADPSS[14,15,16]相比, 本文提出的仿真平台有着两点明显区别:①ADPSS是基于同一数字计算机的同构平台, 而本文采用GTFPGA板卡实现了RTDS与基于计算机的TSA互联, 实现了一种异构的平台;②本文引入了一种网络宽频等值技术FDNE, 提高了混合仿真精度。
基于一个由新英格兰39节点系统更改而来的含直流线路的测试系统, 本文所提仿真平台的正确性得到了验证。
1 仿真平台架构
本文所提RTDS-TSA混合仿真平台的硬件架构如图1所示。RTDS与运行着TSA程序的数字计算机通过一块GTFPGA板卡相连。GTFPGA板卡作为高速数字化通信接口。
GTFPGA其实是一块Xilinx ML605通用开发板卡, 如附录A图A1所示。更多关于GTFPGA板卡本身的技术细节参阅文献[8]。在本文的工作中, 用到了板卡上的两个接口, SFP光纤接口和PCI/e接口。前者通过光纤可以连接到RTDS的计算板卡上, 而后者可以直接插在数字计算机主板的PCI/e插槽上。
除了硬件连接, 通信接口的实现还需要通信协议。RTDS与GTFPGA之间的数据交互基于一个由RTDS公司开发的协议RTDS_InterfaceModule;而GTFPGA和数字计算机之间的通信则采用一个用户自定义的、基于PCI/e标准的协议。
附录A图A2是本文所开发的RTDS-TSA混合仿真平台实物图。
2 网络等值策略
混合仿真需要考虑机电、电磁仿真网络的等值以及RTDS和TSA程序间的数据交互策略。以在RTDS中仿真的部分系统为例, 除了精细地建立起直流网络的模型之外, 还需要建立交流网络的等值模型。并且等值模型的某些参数应该依据TSA程序的计算结果不断更新。这样, 才能够在充分考虑交流系统影响的前提下独立地仿真直流系统。在TSA程序中的仿真模型也是如此。
本文所提RTDS-TSA混合仿真平台的网络等值策略如图2所示, 该策略展示了如何通过混合仿真的方式来仿真交直流混联系统 (见图2 (a) ) 。从图2中可以看到, 在RTDS中 (见图2 (b) ) , 采用一个FDNE和等效电流源作为交流部分的网络等值模型;在TSA程序中 (见图2 (c) ) , 采用等效负荷作为直流部分的网络等值模型, 并且等效电流源和等效负荷的数值大小会在每一次RTDS和TSA程序的数据交互时更新。
交流部分在RTDS中的等值策略类似于诺顿等值, 唯一的区别在于用FDNE替代了传统的节点导纳矩阵。这是因为节点导纳矩阵是在系统基频下形成的, 只能描述网络在基频下的特性, 而FDNE可以描述网络的宽频特性, 为谐波提供通道。
直流部分在TSA程序中的等值策略源于一个简单的想法, 即直流网络主要通过有功功率注入的方式影响交流网络的机电振荡过程[6]。所以本文采用了由文献[6]提出的一种基于能量平衡的等值负荷方法。根据直流系统在接口处注入的有功功率, 设立一个具有相同有功功率的恒电流负荷, 作为直流系统的网络等值。
需要说明的是, 没有必要一定要求在RTDS中详细建模的系统必须是纯直流网络, 可以把一部分关键的交流网络也放到RTDS上详细建模。
3 FDNE实现
FDNE[6,7,17,18]可以看做是一种特殊的节点导纳矩阵Y (s) , 只不过它的每个元素都是频率的函数。FDNE在数学上可以表示为:
式中:s=j2πf, f为频率;N为端口数。
FDNE用于在一个较宽的频率范围内 (本文选择1~2.5kHz) 描述交流网络的特性, 所以Y (s) 应该和原始网络在该频率范围内有着相同的频率特性 (注意到, Y (s) 在50Hz下的频率特性就是节点导纳矩阵) 。为了方便在程序中实现, 每个元素y (s) 可以用如下的有理多项式拟合:
式中:ai, ci, d, h为待确定参数;n为模型阶数。
为了将FDNE应用到混合仿真平台中, 需要求得每个元素中的未知参数, 然后在RTDS中实现。下面叙述具体的步骤。
1) 获取采样值
本文通过拟合的方式求解FDNE每个元素的未知参数, 所以首先要获取原始交流网络的频率特性采样值。
本文采用一种基于简化模型的网络频率特性求取方法[18]。思路很简单, 以图3所示的一条连接母线i和j的传输线为例, 采用π模型描述, 线路电抗Xl和充电电纳bc是频率相关的, Rl为线路电阻。在某个特定的采样频率下, 这条传输线的线路导纳矩阵可以得到。类似地, 变压器采用由理想变比和漏阻抗组成的简化模型, 发电机采用由电压源和次暂态电抗组成的简化模型, 负荷采用阻抗—电流—功率 (ZIP) 简化模型。这样, 在某个采样频率下, 可以得到整个交流网络的节点导纳矩阵, 再向边界作网络收缩, 即可得到原始交流网络频率特性的一个采样值。重复上述步骤即可完成所有采样值的获取。
2) 矢量拟合法生成FDNE
在有了原始交流网络的频率特性采样值基础上, 可以通过矢量拟合法生成FDNE[9,10,11]。该方法的核心思想是在Y (s) 和采样值最接近的意义下, 构建线性最小二乘问题, 求解得到每个元素中的未知参数。具体的步骤和原理可以参见文献[9-11]。
3) 无源性校正
FDNE与节点导纳矩阵有着相同的物理含义, 就要求FDNE在所关心频段下都是无源的。所谓无源, 就是只消耗能量而不发出能量。因此, 还需要对FDNE进行无源性校正以保证仿真的稳定性。本文采用一种基于摄动留数矩阵特征根的快速无源性校正方法[12,13]。该方法的核心思想是在尽可能不改变Y (s) 的频率响应的前提下, 摄动某些参数, 使得Y (s) 在所关心频段内都是无源的。具体的步骤和原理可以参见文献[12-13]。
4) RTDS中的实现
一旦上述步骤完成, 可以得到如下形式的Y (s) :
式中:E为单位矩阵;A, B, C, D为已知的系数矩阵。
注意到Y (s) 本质是电流和电压的传递函数:
根据式 (3) 和式 (4) , 引入状态变量x, 即可在时域上建立起关于注入电流I和节点电压U的状态空间方程:
通过隐式梯形积分法则进行差分, 得到离散时间形式的方程:
式中:Δt为积分步长 (也是仿真步长) 。
把式 (6) 的第1个方程代入第2个, 得到:
式 (9) 是电磁暂态仿真程序中模型的经典描述形式[19], 也是RTDS提供的用户自定义模型的描述形式。通过RTDS中用户自定义模型工具CBuilder, 用C语言实现式 (10) 和式 (11) 两式, 即可在RTDS中实现FDNE。
4 算例分析
本文采用的测试系统由新英格兰39节点系统修改而来, 如图4所示。该系统中设计了两个开关S1和S2, 使得系统能够在纯交流系统和交直流混联系统之间切换。系统中的直流线路及其控制采用RTDS自带的模型。当采用本文所提的RTDS-TSA混合仿真平台仿真该系统时, 图4左侧虚线框所包围部分在RTDS中建模, 而剩余部分在TSA程序中建模。母线3和母线8作为边界节点, 在RTDS和TSA程序中都需要建模。
在这一小节的算例分析中, 会展示采用3种不同方式仿真得到的结果, 包括以下内容:①使用本文所开发的RTDS-TSA混合仿真平台, 并且采用FDNE, 所得仿真结果标记为RTDS+TSA+FDNE;②使用本文所开发的RTDS-TSA混合仿真平台, 但不采用FDNE, 而用传统的节点导纳矩阵代替, 所得仿真结果标记为RTDS+TSA;③作为基准, 不采用本文所开发的仿真平台, 而将整个测试系统在RTDS中建模, 所得仿真结果标记为Full RTDS。
RTDS与本文所提平台均为实时仿真平台, 故本文算例也都是实时仿真, 即消耗时间与物理时间一致。当使用RTDS-TSA混合仿真平台仿真测试系统时, 只需要1个Rack的RTDS。RTDS的仿真步长为50μs, TSA程序的仿真步长为2 ms。每40个RTDS仿真步长 (等于一个TSA程序仿真步长) , 两者就会进行一次数据交互, RTDS根据TSA程序的计算结果刷新图2 (b) 中的等效电流源数值大小, TSA程序根据RTDS的计算结果刷新图2 (c) 中等效负荷的数值大小。
当将整个测试系统都放在RTDS中建模时, 采用仿真步长为50μs, 需要3个Rack的RTDS。由于测试系统规模相对较小, 还是可以把整个系统都在RTDS上建模 (清华大学目前一共有4个Rack的RTDS) 。为了通过算例验证本文所提仿真平台的正确性以及采用FDNE带来的精度提升, 希望看到的结果是:①RTDS+TSA+FDNE和Full RTDS基本一致, 那么说明仿真平台是正确的;②以Full RTDS为标准, RTDS+TSA+FDNE要明显好于RTDS+TSA, 那么说明FDNE的确能够提升仿真精度。
4.1 纯交流系统仿真
把图4中的S1闭合、S2打开, 测试系统成为一个纯交流系统。当一个持续时间为100ms的三相接地故障发生在边界母线3上时, 由上述3种不同方式仿真得到的103号发电机 (即连接于母线103的发电机) 的转速如图5所示。
从3种方式得到的仿真结果中, 能够看到:①三条曲线总体上非常接近, 本文所开发的混合仿真平台的正确性得到初步验证;②RTDS+TSA+FDNE与RTDS+TSA几乎完全一致, 似乎FDNE在这个例子中并没有起到任何作用;③RTDS+TSA+FDNE与Full RTDS还是存在一定的偏差, 但可以接受。
在这个纯交流系统的例子中, FDNE之所以没有起到明显作用, 是因为由于接地故障引起的系统高频分量在一个周期内 (20ms) 内就快速衰减了, 掩盖了FDNE捕捉网络宽频特性的优势[6]。RTDS与TSA程序在算法和模型上都有着本质的区别, 所以由混合仿真平台得到的结果与完全由RTDS仿真得到的结果不能完全一致, 也是可以理解的。
4.2 交直流混联系统仿真
把图4中的S1打开、S2闭合, 测试系统成为一个交直流混联系统。当一个持续时间为100ms的三相接地故障发生在边界母线8上时, 由上述3种不同方式仿真得到的直流线路输送有功功率如图6所示。
从3种方式得到的仿真结果中, 能够看到:①RTDS+TSA+FDNE能够很好地与Full RTDS吻合, 本文所提混合仿真平台是正确的;②RTDS+TSA和Full RTDS之间有着明显的差别, 尤其是在故障阶段, 可见缺少FDNE使得精度明显下降, 即FDNE是必要的。
在交直流混联系统中, 由于直流部分电力电子器件不断地开关动作, 使得系统高频分量一直存在。此时就非常有必要用FDNE来捕捉交流网络宽频特性。这样就很容易解释为什么用节点导纳矩阵代替FDNE时, 精度有明显下降。
5 结语
为了精确而高效地仿真大规模交直流混联电网, 本文开发了一种异构的RTDS-TSA实时混合仿真平台。应用最新的GTFPGA板卡来满足RTDS与TSA程序间高速数字化通信需求。同时实现了FDNE技术来捕捉交流网络宽频特性, 提高了仿真精度。
但总体来讲, 本文开发的混合仿真平台仍处于初步阶段。若要应用于实际大规模交直流电网仿真, 主要存在两个技术挑战。其一, FDNE的引入提升了仿真精度的同时, 计算量也明显增加。若是应用于实际电网, 需要采用大规模端口的FDNE时, 还难以实现实时仿真。其二, 当故障发生在TSA侧时, 仿真涉及FDNE的切换与初始化[20], 这仍是个待解决的难题。这两点都是作者目前正在进行的研究课题。
感谢国家电网调度控制中心张怡对本文的建议。感谢加拿大RTDS Technologies公司Eric Xu、梁玥峰在RTDS使用方面所提供的帮助。
附录见本刊网络版 (http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx) 。
摘要：大规模交直流混联电网的仿真, 既需要考虑直流部分仿真的精细性, 也要兼顾整体的仿真效率。因此文中将实时数字仿真器 (RTDS) 和机电暂态稳定分析 (TSA) 程序结合在一起提出一种异构的RTDS-TSA实时混合仿真平台。该平台采用GTFPGA板卡作为两者间高速数字化通信接口, 同时实现了频率相关网络等值 (FDNE) 以提高仿真精度。通过一个由新英格兰39节点系统更改而来的含直流线路的测试系统, 验证了所开发平台的正确性。