直流输电技术在远距离、大容量输电和电力系统互连等方面具有明显的优势,因此在“西电东送、全国联网”工程中发挥着重要作用,但同时也给整个系统的稳定性带来了严重的影响。利用实时电磁暂态仿真工具可以与实际直流输电控制设备连接,精确模拟交直流系统的动态特性。文中基于实时数字仿真器(RTDS)建立了交直流系统实时数字仿真实验平台,对实际电网典型故障进行了仿真研究,提出了电磁/机电暂态混合实时仿真方法,并初步建立了电力系统仿真可信度评估理论体系。主要工作如下:
1.提出了交直流系统RTDS仿真建模的一般原则。介绍了交流系统动态等值、仿真步长的选择以及处理器资源分配等关键问题,给出了仿真元件模型的选择原则,并针对RTDS部分元件模型存在的缺陷提出了改进措施,建立了交直流系统实时仿真实验平台。
2.根据某交直流电网实际结构和负荷特性搭建了仿真模型,提出利用RTDS对现场故障录波进行回放的方法,形成了一套较完善的故障录波数据处理工具和回放流程。对在该电网中实际发生的4个典型故障进行了仿真研究。通过仿真实验成功地再现了实际故障的全过程,并且分析了事故发生的原因,提出了合理的改进建议。
3.对比分析了电磁暂态和机电暂态仿真方法与数学模型,提出了基于RTDS实现电磁/机电暂态混合实时仿真的基本原理。文中推导了适合电磁和机电暂态并行计算的混合仿真接口等值电路求取方法,阐述了接口等值电路的形成和实现过程。特别提出了一种改进的并行数据交互时序方案。
4.选择采用RTDS自定义模型接口方式实现电磁/机电暂态混合实时仿真,利用多线程和双链表稀疏矩阵等技术在RTDS/CBuilder环境下开发了实时机电暂态仿真程序。通过仿真实验证明,提出的接口等值电路模型合理且计算简便,基于RTDS的电磁/机电暂态混合实时仿真方法是正确的。
5.提出了使用残差相似度指标来表征动态仿真的整体误差;提出使用频率相似度、阻尼相似度和幅值相似度等指标来表征暂态信号的特征量误差。并在LabVIEW环境下开发了仿真可信度分析程序。在此基础上,针对电磁/机电暂态混合实时仿真和交直流电网实际故障仿真结果进行了可信度分析,得到了仿真误差具体的量化指标,对仿真结果的可信度给出了准确客观的评价。
