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基于PSCAD/EMTDC的电力系统机电暂态与电磁暂态混合

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近几年,随着现代电力电子学的迅速发展,各种电力电子设备如高压直流输电系统HVDC(High Voltage Direct Current Systems)和柔性交流输电系统FACTS(Flexible AC Transmission Systems)装置不断引入电力系统。这些设备使电网的运行控制变得更加复杂,为了提高电网安全稳定分析水平,有必要对包含这些设备的电力系统进行有效的数字仿真。HVDC和FACTS设备对系统扰动具有快速响应能力,机电暂态仿真程序TSP(Transient Stability Program)对HVDC和FACTS装置采用准稳态模型,因而不能仿真器件接口或内部的瞬变电压电流响应。而电磁暂态仿真程序EMTP(Electromagnetic Transient Program)能精确地模拟复杂电力系统中的HVDC和FACTS等电力电子设备的暂态特性。但是受计算机计算和存储能力的限制,即使采用并行算法也难以对大型电力系统进行全网电磁暂态仿真。一般需要进行系统等值化简,因此不能反映系统机电暂态过程对电磁暂态过程的影响。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对电力电子装置使用电磁暂态模型进行电磁暂态仿真,对剩余网络采用准稳态模型进行机电暂态仿真。混合仿真算法既可以精确地反映非线性电力电子器件的动态特性,又具有较高的仿真效率。但目前的混合仿真算法都需要在程序中建立HVDC或FACTS器件及其控制器的电磁暂态模型,并编制大量的仿真程序模拟器件内部复杂的电磁暂态过程,不同的器件、不同的控制策略需要编制不同的程序,缺乏灵活性、通用性。针对目前混合仿真方法存在的问题,本文介绍的混合仿真算法将TSP程序嵌入商业软件PSCAD/EMTDC主程序中,利用EMTDC仿真软件自带的元件搭建FACTS元件及其控制器模型,并对其进行精确的电磁暂态仿真,调用外部TSP程序采用准稳态模型对剩余网络进行机电暂态仿真,从而实现对全网的混合数字仿真。该方法在全图形化界面下构造仿真系统而不用编制电磁暂态仿真代码,从而使仿真过程简化。并且具有一定的通用性,可以推广到HVDC及其它电力电子器件的仿真,能够弥补现有混合仿真方法的不足。本文以装有静止无功补偿器SVC(Static Var Compensator)的IEEE三机九节点系统为算例,通过与商业软件EMTP的仿真结果比较,验证了本文提出的混合仿真算法能精确地模拟SVC在系统经受扰动后的动态电压、电流特性。

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