含静止无功补偿器电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真

随着电力系统新技术的发展，多种电力电子设备如高压直流输电系统（HVDC）和各种灵活交流输电（FACTS）装置引入电力系统。HVDC在高压远距离输电，异步联网，系统互联等方面存在很大优势。FACTS设备可以在不改变网络结构的情况下，提高电网的功率输送能力，增加电力系统运行的安全稳定性。因此，这些电力电子设备的应用及其控制方法的研究已引起电力工程界的重视。目前对HVDC和FACTS装置主要采用电磁暂态仿真的方法研究其在系统暂态过程中的快速瞬变现象、有效的控制方法以及装置内部故障运行方式。但是受计算机计算和存储能力的限制对大型电力系统，即使采用并行算法完全实现电磁暂态仿真也是困难的。另一方面，暂态稳定程序（TSP）使用HVDC和FACTS的准稳态模型仿真其对系统稳定性的影响。由于准稳态模型不能反映电力电子装置内部的瞬变电压、电流特性，因而对于研究器件内部故障过程、控制方法和对整个系统行为的影响具有很大的局限性。 为弥补上述两方面的不足，机电暂态与电磁暂态混合仿真算法根据对电力系统各区域研究兴趣的不同，把电力系统分解为详细系统和外部系统。含有电力电子装置的详细系统定义为电磁暂态子系统，使用电磁暂态程序（EMTP）进行仿真。而把传统的外部交流电力网络定义为机电暂态子系统，使用暂态稳定程序仿真（Transient Stability Simulation简称TSP）。联接两个子系统的母线定义为TSP/EMTP混合仿真的接口母线。EMTP子系统和TSP子系统的数据交换通过接口母线进行。由于TSP使用较大积分步长（通常为毫秒级），而EMTP使用较小积分步长（通常为微秒级），所以机电暂态和电磁暂态混合仿真算法既可以精确地模拟非线性电力电子器件的动态特性，又具有较高的仿真效率。 本文研究的混合仿真算法考虑了系统经受大扰动后频率偏移对电磁暂态子系统仿真的影响，动态地求取接口母线电气量的瞬时频率，与TSP子系统的诺顿等效电路的等值电流源及导纳一起作为接口变量，将TSP仿真得到的单相相量转化为电磁暂态子系统仿真需要的三相瞬时值函数。通过对含静止无功补偿器（SVC）的IEEE三机九节点系统和十机三十九节点新英格兰系统的仿真验证了本文提出的混合仿真算法精确地反映了SVC经受系统扰动后的动态电压、电流特性。