电磁暂态仿真

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。

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降，对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据，但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(right half plane, RHP)极点的场景。针对上述问题，基于考虑正负序耦合和源荷之间耦合的等效单输入单输出(single-input single-output, SISO)系统阻抗模型，提出了考虑RHP极点的三相变换器并网系统判稳方法。首先，对研究系统的RHP极点个数及奈奎斯特曲线包围点(−1, j0)的次数进行估算。然后，在奈奎斯特判据的基础上，利用SISO系统阻抗伯德图进行分析，在系统存在RHP极点的情况下对系统的稳定性进行判断。最后，基于Matlab/Simulink中搭建电磁暂态仿真模型，验证了在有无RHP极点的不同场景下，所提判稳方法均能对三相变换器并网系统的小干扰稳定性进行有效分析。

高压直流(high voltage direct current，HVDC)换流器具有一定的动态无功调节能力，充分利用换流站的无功调节能力，可显著改善HVDC系统的稳定性能。文中研究了HVDC系统稳态运行时的无功功率可调节能力，分析了有功功率和无功功率相互耦合的特性，以国际大电网(conference International des grands reseaux electriques,CIGRE)的HVDC标准测试模型和贵广Ⅱ直流输电工程模型为算例，对稳态工况的直流电流可运行范围进行了解析，进而求出整流、逆变两侧的无功功率可调节能力，并将其应用在无功控制中。研究发现，CIGRE的HVDC标准测试模型对于容性的无功功率和感性的无功功率调节能力相近，而贵广Ⅱ直流输电工程模型对感性无功的调节能力远大于对容性无功的调节能力。在电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC中验证了无功功率可调节能力的正确性和应用价值。

目前大部分关于并网变换器的研究忽略直流侧动态，在直流侧使用恒定电压源，一定程度上影响小干扰稳定性分析。文中主要考虑直流侧动态对跟网型变换器进行建模及稳定性分析。首先，分析新能源场站并网系统直流侧可等效为电压源和受控电流源的适用条件，论证并网变换器建模时考虑直流侧动态的必要性。随之，建立考虑直流侧动态的跟网型变换器谐波状态空间(harmonic state-space,HSS)阻抗模型。其次，在不同电网强度下，通过伯德判据对不同直流侧结构的系统进行稳定性分析，揭示电网强度对跟网型变换器稳定性的影响机理。然后，分析锁相环、电流环、滤波环节对系统阻抗特性的影响。最后，理论分析与电磁暂态仿真结果表明弱电网条件下，锁相环与电网呈现强交互作用，降低了系统的小干扰稳定性，且考虑直流侧动态的系统临界短路比更大。

MMC（模块化多电平换流器）包含了大量的开关元件，给电磁暂态仿真带来了很大的计算负担。针对该问题，提出了一种基于桥臂等效电容的全桥子模块型MMC快速仿真方法。提出了正常工作、闭锁和全状态的桥臂等效电路建模方法，开发了一种精确仿真全桥MMC电磁暂态响应的仿真模型。在PSCAD/EMTDC平台搭建了两端MMC直流电网测试系统验证其可行性，同时将模型和戴维南等效模型进行对比，结果验证了所提全桥子模块型MMC快速仿真方法的精确性和快速性。

当前新能源大量引入至电力系统，为了使其代替传统的水电、燃气机组作为黑启动电源，文中研究了基于光储联合系统的电网分段恢复策略。首先，根据光储系统的结构和控制方式，提出由储能系统建立稳定的并网母线线电压，光伏系统分步并网的启动方式；其次，为了增强光伏发电系统的惯性阻尼支撑，提出在光伏系统逆变器侧加入虚拟同步控制；最后，在待启动机组和系统负荷并网过程中，利用储能系统配置附加阻尼控制器抑制电网黑启动产生的次同步振荡，保证电网稳定恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建光储联合系统黑启动的电磁暂态仿真模型并进行分析，结果表明系统恢复过程中母线线电压偏差不超过0.65%、系统频率偏差不超过1%，满足黑启动要求，验证了文中所提启动策略的可行性。

电力系统规模扩大和电力电子化程度加深，在增强大电网可控性的同时，也使得电网的安全稳定控制和暂态过程分析面临更大挑战： 多种类型直流输电系统、大规模分布式新能源接入、电动汽车逐步推广，局部系统的暂态过程对大电网稳定运行的影响不可忽略；大规模电力系统电磁暂态建模繁琐、潮流初始化困难、仿真计算效率低下研发了复杂大电网全电磁暂态仿真平台（ES-GTS）：基于机电数据自动建模、快速精确潮流初始化、宽范围计算步长高效并行仿真。

双馈风电场易与电网相互作用引起次/超同步振荡，针对目前抑制振荡时阻抗重塑法适应性不强的问题，提出一种基于静止无功发生器（SVG）附加电流反馈控制的阻抗重塑法，该方法建立的虚拟阻抗可跟随风电场的阻抗特性变化而改变，其灵活性强于通过建模分析设计出的固定虚拟阻抗。首先，基于SVG和风电场并网阻抗模型推导了该方法所加入的虚拟阻抗公式。然后，根据阻频特性分析了该方法的有效性以及阻抗重塑控制参数对抑制效果的影响。最后，根据青海省某双馈风电场并网模型，在PSCAD/EMTDC中建立了电磁暂态仿真模型，仿真结果表明：所提方法可以在不同振荡情况下实现对场站的阻抗重塑，灵活抑制风电场次/超同步振荡。

规模化电磁暂态仿真是掌握复杂大电网特性的重要手段。该项成果建立了大型电力系统基础仿真理论，实现了万节点级大型电力系统仿真从毫秒级到微秒级仿真的突破，解决了海量电力电子设备微秒级响应下系统稳定特性暂态仿真难题。

电网的运行是不能中断的，电网发展建设、运行控制和安全防御策略都不可能在实际电网中进行破坏性试验验证，仿真分析是掌握电网特性的最有效手段。只有通过仿真计算，才能分析、掌握电网特性，验证理论分析和安全防御策略的准确性，为电网提供定量决策支持。