实时仿真系统

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。

我国已形成远距离大容量跨区输电的超大规模交直流复杂电网，交流、直流强耦合，局部电网故障的影响可在全网范围传导；大量应用的电力电子器件快速暂态过程与大电网动态过程相互交织影响。另一方面，电网形态正发生重大变化，如云南电网通过柔性直流与南网主网背靠背异步运行、广东电网也将通过柔直分成多个独立区域，电网形态的巨大变化使系统稳定呈新特征。只有在电网复杂特性能够准确完整仿真的基础上，才能提出有效应对措施，实现安全经济运行。现有仿真工具已难以实现这一目的，为此，项目组从2006年起历经10年，依托“十一五”国家科技支撑计划“特高压输变电系统开发与示范”等一批科研项目，实现了电磁机电混合实时仿真理论创新与关键技术突破，成功研制了具有自主知识产权的大电网数字物理交互电磁机电混合实时仿真系统SRT，解决了多至25回直流输电、15000交流站、2000发电机超大规模复杂交直流电网的准确仿真与稳控试验难题，成功应用于南方电网生产运行，效益显著。