含高比例光伏的智能配电网机电-电磁暂态混合仿真方法文献综述

 2022-09-20 11:09

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文献综述(或调研报告):

文献[1]提出电磁—机电混合仿真的概念,并分别针对直流和交流系统编写了两套仿真程序进行分析:高压直流输电系统(HVDC)采用电磁暂态仿真手段,其他部分采用常规机电的暂态程序进行仿真,将换流器母线作为两种仿真程序的接口。

文献[2]对上述的研究成果进行了改进,考虑了电力电子设备产生的谐波对仿真结果的影响并进行了详细的分析。

文献[3]采用上述方法,但该种等效方法难以求解负序和零序网络的参数。因此,如何考虑系统的不对称性及非周期分量该项问题是影响接口交互准确性的关键因素,文献针对这一问题进行分析。

文献[4]用频率相关网络代替传统诺顿等效电路中的等效导纳,并采用恒电流负荷等效电磁暂态侧电路,该方法改善了传统的等效方式。

文献[5]以最小二乘法曲线为拟合方法等效电磁暂态子系统,通过对称分量变换矩阵将基于机电侧的诺顿等效电路转换为基于三相的瞬时值模型,使混合仿真适用于接口母线附近发生对称或者不对称故障的工况。

文献[6]提出在机电暂态模型中包含发电机等元件的情况下,接口等值导纳矩阵不对称,利用节点分裂法可解决这一问题。

文献[7]总结了混合仿真接口位置选择的标准,指出可将混合仿真接口延伸到交流系统内部,以避免严重的波形畸变对仿真结果造成的影响。

文献[8-9]同样在交直流混合仿真中把接口位置从换流器母线处延伸到交流系统内部,接口处的电压和电流的畸变程度大为降低。此种方法对于接口的选择更加灵活,根据分析问题的需要可以在交流系统内部的不同位置任意选择接口。但这种方案导致电磁暂态仿真程序的计算量大为增加,接口处理更加复杂,明显降低了混合仿真方法的计算效率。

文献[10]详细讨论了混合仿真接口波形畸变问题,为了使混合仿真能在更宽频域内反映外部系统,利用频变等效模型代替机电暂态部分的基频模型。

文献[11]在保证交互实时性的基础上提出了一系列改进措施,使仿真的准确度提高,并行交互方式更为完善。

文献[7]提出了基于预估矫正的时序交换方法,提高了交互的准确性。

文献[12]针对混合仿真交互时序进行了误差机理分析,提出了减小交互误差的方法。

文献[13]对混合仿真的交换时序作了进一步的改进,采用稳态并行、暂态串行的方法实现了Myrinet网络的多微机并行混合仿真,然而该算法同样不能对交-直流混合系统进行仿真,且在分析不对称故障时误差较大。

文献[14]提出一种基于最小二乘的分析方法的曲线拟合算法,它不用考虑其它高次谐波和直流分量,可以快速准确地提取出对应的基波相量。

文献[15]提出了基于动态相量理论的电力系统建模方法,详细介绍了动态相量的相关内容,并将其应用于电力系统,对部分元件进行建模。

文献[16]提出了基于动态相量的电力系统混合仿真方法,将接口参数以动态相量的形式表示,并完成数值转化,最后与传统的FFT方法进行比较。

四、方案(设计方案、或研究方案、研制方案)论证:

考虑到实时混合仿真对于接口处数据快速交互的要求,采用解析的方式对接口数据的波形进行准确的相量提取(如动态相量模型,各分量谐波提取)需要采样至少1/2个周期,显然不能满足在线实时仿真的要求。因此,本课题拟采用一种更加直接、快捷的方案,具体设计方案如下:

(1)接口位置选择:

本课题将研究接口位置的选择,即电磁与机电网络的划分。课题首先按照传统的接口选择方法,在保证电流、电压数值稳定的基础上,接口位置的选择尽量缩小电磁暂态仿真范围,提高仿真效率。

(2)接口处两侧网络的等值方法:

课题主要研究并比较不同等值方法的计算效率以及误差机理,掌握与频率相关的网络等值方法、节点分裂法等方法。课题将初步按照常规方法实现两侧网络戴维南/诺顿等效方案。此外,考虑到电磁侧主要是以光伏系统为主,也可以采用恒功率等值的方案。

(3)接口模型的设计:

课题将查阅相关文献,比较不同的接口模型机及其性能,在已有模型的基础上进行改进和创新。课题将初步采用较为简单直接的线路模型,以便减小计算等值网络参数的计算量,提高仿真效率。线路模型主要采用传统的“Pi;”型线路模型。考虑到线路模型暂时无法满足电磁侧暂态仿真的精度要求以及数据交互时序造成的延时误差,线路模型应具有补偿功能,主要体现在线路参数的实时改变。

(4)基波相量的提取:

仿真接口处涉及电磁侧三相瞬时值转化为正、负、零三序相量值,其中涉及到基波相量的提取。课题主要研究FFT、曲线拟合等常规方法的基本原理,初步实现离散傅里叶分解的方式提取基波,为了提高仿真效率,课题还将考虑更高效的基波提取方法,以提高仿真效率。

(5)交互时序以及交互策略:

课题将以电磁暂态仿真网络为主,对比并行、串行交互时序的优劣,进一步改进仿真接口的交互效率。对于机电仿真而言,在保证时间同步的情况下,每一个机电步长都将提取电磁侧与之对应时刻的参数;对于电磁仿真而言,其仿真步长远小于电磁侧,电磁仿真所取的机电侧参数并不准确。现初步采用参数拟合的方法提高机电侧参数的准确性,也可以通过改变线路参数进行补偿。

(6)多端口网络解耦:

在实现单端接口混合仿真的基础上,课题也将研究多端接口相关内容,比较多端接口解耦和多个单端口解耦方法的优劣,研究其误差机理。

(7)配电网络拓扑及元件模型

对于仿真所需的配电网网络以及光伏为主的元件模型,课题将主要研究配电网络的基本构成,典型配电网的相关拓扑以及电磁暂态仿真计算中的光伏电站的数学模型,并依据实验室已有的平台搭建含有较高比例光伏的配网模型。

基于上述工作,课题将以典型智能配电网为依托,验证所提仿真算法的有效性,从仿真精度、仿真速度等方面分析所研究机电-电磁混合仿真方法的性能。

五、进度安排:

2018.12-2019.2 完成电磁-机电混合仿真相关理论基础的学习,初步学习接口模型的原理以及交互方法;

2019.3 搭建简单的接口模型,针对研究内容深入学习接口处网络等值方法,理解并掌握相关内容,对接口模型进行优化;

2019.4 针对接口位置选择以及交互时序、交互策略相关原理深入理解,重点是交互时序以及交互策略的优化,提高接口效率;掌握不同的基波相量提取方法,选择较优方法。

2019.5 争取掌握接口多端口解耦方法,进行仿真实验,完成报告撰写。

参考文献:

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资料编号:[178181]

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