电磁暂态模型

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。

随着新能源、直流、柔性交流输电系统等电力电子类设备入网规模越来越大，新型大电网的运行特性发生巨大改变，电磁暂态精细化仿真成为未来电力系统仿真的重要手段。但电磁暂态建模困难严重制约了电磁暂态仿真的工程应用，针对这一难题，提出了一种基于BPA数据快速生成ADPSS电磁暂态模型的技术解决方案，研发了相应转换建模软件，通过分组建模控制、映射建模、用户自定义建模、拓扑优化布局等技术手段，实现BPA数据到ADPSS模型的快速自动化转换建模。基于BPA区域电网数据，利用该软件完成了算例规模超过5000个三相节点的某省级电网的全电磁暂态建模，建模效率得到很大提升，校核结果验证了转换建模软件的有效性。

建立准确的静止无功发生器(static var generators, SVG)白盒电磁暂态仿真模型是分析电网电压稳定特性的前提。然而，由于SVG的控制器结构和参数保密，其建模大都基于典型控制结构和参数，模型的暂态输出特性与实际差异较大。针对上述问题，提出了基于SVG厂家封装黑盒模型故障穿越(fault ride-through, FRT)演化特性的电磁暂态模型测辨方法。首先，分析了厂家黑盒模型的拓扑特征，通过多工况故障穿越响应测试，厘清了其故障穿越演化特性。然后，通过分析不同控制环节暂态切换过程对SVG故障穿越响应特性的影响和作用途径，提出了基于SVG故障穿越响应演化形态的控制器结构辨识方法。通过分析SVG不同控制环节参数对其故障穿越响应特性的分阶段作用原理，提出了基于故障穿越响应幅值的控制器参数分步辨识方法，形成了SVG的白盒化电磁暂态模型测辨方法体系。最后，将建立的不同型号白盒仿真模型与对应厂家黑盒模型进行了故障穿越响应特性对比分析，发现其误差远小于现行标准的允许误差，证明了提出方法的有效性和通用性。

新型电力系统背景下，未来中国面临着远距离、大容量西电东送的重大需求。基于柔性直流的团块状互联大型西部送端直流电网可以实现西部风、光、水、火等不同特性电源之间的互补调节，解决新能源出力的随机性和波动性问题。在研究直流电网的稳态模型、电磁暂态模型和协调控制策略的基础上，构建西部送端直流电网的仿真系统，分析西部送端直流电网的稳态运行特性和暂态运行特性，以及大规模新能源出力波动对直流电网运行的影响。结果表明，面对交直流故障扰动引起的新能源换流站功率变化以及天气原因引起的新能源出力波动，西部送端直流电网换流站之间可以进行功率协调，实现各类能源的紧急增援，降低扰动影响。因此，构建西部送端直流电网可以实现大规模新能源的远距离、安全稳定传输。

项目研发了能精确反映水电机组引水系统和原动机水力特性的调速系统独立仿真装置，建立了独立的火电厂动力系统高精度物理仿真模型，实现了仿真装置与数字仿真平台的有效融合和数模混合并行仿真；提出了基于小步长（2us）的多物理装置并行实时仿真方法，实现了对不同步长和时间尺度的全过程高精度统一仿真，解决了风机、光伏等新能源设备及FACTS等高频开断的电力电子设备在大型互联电网中的数模混合闭环仿真难题：提出一种具备4万节点超大规模电网及多类型电源监控物理装置动态模拟方法，突破了电网仿真规模及多类型电源控制装备准确模拟的难题；项目研制出基于“优化电磁暂态模型及算法”及“适配多场景电气试验接口”的便携式仿真测试装置，解决了现场模拟机组并网和负载试验的问题。 依托项目成果建成“网源协调数模混合仿真试验室”，并成为“电网安全与节能国家重点实验室”的核心组成部分，取得发明专利授权14项，形成国际标准1项、行标2项、企标1项，发表论文32篇。

当受端交流系统短路比较小时，送端交流系统故障扰动可能会引起逆变器换相失败并在直流送端交流母线处产生过电压现象。针对直流送端交流故障引起送端风电场并网点处过电压的机理和影响因素进行研究。首先，建立风电经特高压直流外送系统的电磁暂态模型；然后，分析不同送端故障下风电场和直流动态特性对风电场并网点处暂态电压影响的机理；最后，对影响风电场并网点暂态电压变化的因素进行分析和仿真验证。研究结果表明，风电场并网点处暂态电压的变化主要受直流整流站交流母线电压以及风电场功率恢复响应特性的影响；风电场容量、风速等因素在单一变化和不同组合下对风电场并网点电压的影响特性存在差异。