实时仿真

6月30日，针对新能源高出力的电网运行方式，中国电力科学研究院有限公司国家电网仿真中心电力系统全数字实时仿真装置（ADPSS）仿真团队开展了高比例新能源电力系统安全稳定分析试验。仿真团队开展了全网不同运行方式下的故障扫描，并根据扫描结果找到影响新能源电量消纳的主要因素。

微型相量测量单元(micro-phasor measurement unit, μPMU)为配电自动化的进一步升级提供了良好的量测基础，但现阶段电网中μPMU数量有限，难以满足传统配电网故障定位的需求。针对该问题，结合电网中μPMU与智能电表等量测设备，并基于虚拟节点的多重状态估计方法，提出了一种基于混合量测状态估计的故障定位方法。首先，通过等效变换将μPMU和智能电表的测量信息输入到故障状态估计器当中。然后，利用μPMU将网络划分为不同的区域。根据状态估计结果计算故障电流，缩小故障搜索区域以减少计算复杂度。为了识别区域内的故障位置，通过设置附加虚拟故障节点形成多种特定的故障拓扑结构并执行多重状态估计，计算出用于识别故障位置的加权测量残差指标，以确定故障位置。最后，在实时仿真系统(real-time digital simulation, RTDS)中进行仿真测试，结果表明所提方法在不同故障场景下均能准确有效地定位故障，且对量测误差具有较好的鲁棒性。

基于阻抗分析方法，以模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）环流控制为研究重点，对海上风电经柔直送出系统的稳定性影响展开深入研究。首先，采用谐波线性化的方法建立了柔直换流站与海上风电场的阻抗模型，进而推导了计及频率耦合效应的海上风电经柔直送出系统的阻抗模型。其次，基于阻抗稳定判据，揭示了环流控制对MMC阻抗及柔直送出系统稳定性的影响，进而提出了一种基于环流环节的MMC阻抗重塑控制方案。最后，通过RT-LAB硬件在环实时仿真系统，验证了稳定性分析结果的正确性和阻抗塑造方案的可行性。

电网实时运行可视化分析预警系统（以下简称系统）根据“以调度员思维模式为框架，以可视化界面为功能模块，以互动计算为系统核心”的思路，利用电网EMS实时数据、状态估计数据、PMU数据、水调自动化系统数据、保护信息及气象数据等各种信息，实现电网运行信息从静态、二维平面、孤立数据的展示方式向动态、三维立体、虚拟现实的展示方式转变，从电网充裕度、安全性、脆弱性和可控性等方面进行理论研究、算法实现及可视化表达，在可视化互动计算、低频振荡快速检测、电网运行整体态势指标可视化、水库及发电能力可视化计算、人工智能驱动的输电断面安全状态快速评估、深度学习驱动的电力系统暂态稳定预防控制决策，以及基于图数据库的人机交互等方面达到国内领先水平，具有完全自主知识产权，整体上属国内首创。系统实现了信息融合、智能告警、动态监视、海量数据阅读、超实时仿真和高性能计算、基于人工智能的电网安全稳定分析、虚拟现实，以及基于图数据库的人机交互等功能。系统设计合理，反映了电网理论计算和计算机技术的最新成果，主要技术性能指标均满足设计要求，实用化程度高，且贴近调度生产需求，为电网调度运行提供一个准确及时掌握电网实时运行态势的分析决策平台，提高了调度人员对电网运行的监控能力，实现传统电网调度模式向智能电网调度模式转换，有效提高了电网安全生产水平。

电池储能具有响应速度快、功率密度高、安装地点无要求等特点，是目前十分有前景的储能技术之一。级联变流器用作大容量电池储能变流器时，能够省去工频变压器直接接入中高压电网，即高压直挂式电池储能系统，具备模块化、高电压直挂、单机大容量、多电平输出等优点。然而，目前国内外还缺乏计及电池外特性的高压直挂储能系统的实时仿真模型的研制以及基于实时仿真模型的控保策略研究。首先开发了国内外首个基于CPU和FPGA联合仿真的高压直挂大容量电池储能系统的实时仿真模型。其次以典型的35 kV高压直挂大容量电池储能系统为例，基于OPAL-RT的RT-LAB实时仿真平台，搭建了相应的实时仿真系统，能够支持控制保护系统的闭环接入。最后，多种工况下的测试结果能够验证实时仿真模型和控制保护策略的有效性，为高压直挂大容量电池储能系统的设计和控制优化提供技术支撑。

孤岛模式下交直流混合微电网可以通过互联变流器(interlinking converter, IC)实现交流微电网和直流微电网的功率互济。针对孤岛模式下IC采用传统下垂控制和基于比例积分(proportional-integral, PI)的电流控制方案存在惯性小、动态性能差的问题，提出了基于虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)的新型控制策略。首先，在传统下垂控制的基础上，通过引入交流频率和直流电压的微分量，提出了改进的VSG控制方法，以提升系统的电压和频率稳定性。然后，在IC的电流环，提出了固定时间滑模控制(sliding mode control, SMC)方法，提高了系统的动态性能。接着，在交流微电网和直流微电网中引入了功率二次控制，实现了系统电压和频率恢复。最后，基于远宽StarSim硬件在环实时仿真平台搭建的交直流混合微电网模型，验证了所提新型控制策略可以实现交直流微电网子系统间功率互济，提升了系统的惯性和动态控制性能。

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求，数模–动模混合仿真系统结合实时数字仿真和物理动态模拟仿真的优点，成为现代电力系统研究的重要仿真方法。接口系统是混合仿真系统设计中的核心与难点。为了深入分析混合仿真系统的稳定性，对接口系统各个组成环节进行建模得到系统开环传递函数，分别根据劳斯判据和奈奎斯特判据研究开环传递函数中不同参数对系统稳定性的影响。理论推导表明接口系统中滤波器截止频率、接口延时和阻抗模拟比对系统的稳定性影响较大，并通过所搭建的混合仿真系统进行实验，实验结果表明不同参数对系统的稳定性影响与理论推导一致。

在ANPC（有源中性点钳位型）三电平换流器小步长实时仿真研究中，现有电磁暂态建模方法在模型精度、计算效率、仿真规模等方面存在不足，为此，提出一种高效电磁暂态仿真模型。该模型基于ANPC三电平桥臂的离散化伴随电路，通过WARD等值理论消去内部节点，构造一个对外等效的多端口诺顿等效电路，替代桥臂进行网络的电磁暂态仿真求解，在不损失建模精度的前提下实现节点降维和仿真提速。在MATLAB/Simulink平台中搭建基于该等效模型的ANPC三电平换流器仿真系统，并与详细模型仿真结果进行对比，结果表明该等效模型能精确仿真稳态和暂态运行工况，并且具有较明显的速度提升。

分布式静止串联补偿器(distributed static series compensator, DSSC)通过调节注入线路的电压可改变线路功率，优化电网潮流分布。针对现有交流线路保护算法难以适应DSSC串入线路运行的问题，提出了抑制DSSC对线路保护影响的方法。首先，分析了DSSC对交流线路保护的影响，证明了DSSC注入电压可能改变距离保护的阻抗测量值，导致距离保护有拒动或误动的风险。然后，提出了利用DSSC本体过流保护快速将DSSC旁路、或基于故障辅助判据主动将DSSC注入电压降为0的方法，以抑制不同类型的线路故障时DSSC对线路保护的影响。最后，基于硬件在环RTDS实时仿真平台以及浙江湖州DSSC示范工程现场进行试验，验证了所提抑制DSSC对交流线路保护影响的方法的有效性。

针对超多电平柔直换流器的控制保护系统，本项目提出并实现了一套基于实时仿真技术的半实物仿真测设、分析方法与平台，完成了柔性直流关键控制保护策略的优化设计与验证。本项目属子直流输电技术、电力系统仿真与测试技术领域。 本项目破解了大规模、多节点数、多拓扑结构的模块化多电平换流器的高效实时仿真的难题，构建了仿真模型与闭环试验平台，在鲁西异步联网工程等得到了应用，为科研与工程项目提供了有力支撑，进了柔性直流输电技术的发展与应用。