CN108427821B - 一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真方法及系统，将预先建立的点对点半波长输电线路模型接入至预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型中构建交直流混联电网的全电磁暂态模型；对交直流混联电网全电磁暂态模型进行仿真。本发明提供的技术方案基于所建立的交直流混联电网全电磁暂态模型，通过模拟交直流电网严重故障，分析系统运行特性及交直流相互影响特性。
Description
技术领域
本发明涉及特高压技术领域的仿真方法及系统，具体涉及一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真方法及系统。
背景技术
半波长交流输电技术(简称半波长输电)是指输电的电气距离接近一个工频半波输电技术，即3000km(50Hz)或2500km(60Hz)的超远距离的三相交流输电技术。中国电力发展战略中，远距离、大容量的输电方式不可避免。例如，一些西部的能源基地到沿海负荷中心距离约为3000km，输电距离恰好接近半波输电要求的工频半波长范围，因此需要提供将半波输电技术作为这些大容量电力送出的完善的半波输电技术，不仅对中国电力系统的规划和运行具有十分重大的意义，而且定将在世界范围内具有重要的影响。
在电网规划中，半波长输电的落点为华东负荷中心，而华东为多直流馈入地区，需研究半波长交流输电工程落点交直流混联电网的系统运行特性。目前，该研究主要采用机电暂态仿真，由于机电暂态仿真步长一般为10ms，无法仿真出半波长输电线路的电磁暂态响应特性，机电暂态仿真中的直流是准稳态模型，其动态响应特性仿真精度不够；而对半波长输电工程的电磁暂态研究，又仅限于用送受端等值电网研究半波长线路本身，无法模拟半波长输电工程落点大规模交直流混联电网后的系统运行特性。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真方法及系统，建立含半波长交流输电及其落点的大规模交直流电网的全电磁暂态数模混合实时仿真模型，其中直流控制保护系统采用和现场工程一致的物理控保装置，并基于所建模型，通过模拟交直流电网严重故障，分析系统运行特性及交直流相互影响特性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真方法，其改进之处在于：
将预先建立的点对点半波长输电线路模型接入至预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型中构建交直流混联电网的全电磁暂态模型；
对交直流混联电网全电磁暂态模型进行仿真。
进一步地：所述预先的建立点对点半波长输电系统模型，包括：
采集输电系统的点对点半波长输电线路；
将所述点对点半波长交流输电线路分为预设分段；
搭建输电线路两端为无穷大电源系统(无穷大电源系统是电压和频率恒定的理想电源)的半波长输电线路模型。
进一步地：所述预设分段为10-30段。
进一步地：所述预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型，包括：
建立交流大电网电磁暂态仿真模型和直流输电数模混合仿真模型；
将直流输电数模混合仿真模型接入交流输电数模混合仿真模型建立交直流混联电网数模混合仿真模型。
进一步地：所述建立交流大电网电磁暂态仿真模型，包括：
基于超级并行计算机，采用多核处理器并列仿真方式，采用模块化搭建的方式，搭建含多台发电机的大电网电磁暂态仿真实时仿真模型，模型根据实际电网参数搭建，含多台发电机、变压器、输电线路、负荷等元件，，此时直流输电系统暂用消耗功率为负值的负荷代替。
进一步地：所述建立直流输电数模混合仿真模型，包括：
分别建立单回直流输电系统的数模混合仿真模型数模混合仿真模型有两部分组成，数字部分和物理模拟部分，数字部分为直流的一次主回路电磁暂态模型，模型基于超级计算机运行，物理部分为实际的直流控制保护装置，通过光纤数字通信技术将控制保护装置与电磁暂态数字仿真模型有效连接(数字模型是在超级计算机中仿真计算，控制保护装置和超级计算机通过光纤连接，从而实现控制保护装置和数字模型的连接)，实现联合仿真。
直流线路两端换流站接入的系统暂采用电源加短路阻抗等效。
进一步地：所述交直流混联电网数模混合仿真模型运行在稳态状态。
进一步地：所述交直流混联电网全电磁暂态模型运行在稳态状态。
进一步地：对交直流混联电网全电磁暂态模型进行仿真，包括：
在所建立的交直流混联电网全电磁暂态模型上模拟交直流混联电网系统的严重故障，包括：对半波长交流输电线路区内故障进行仿真和对半波长交流输电线路区外故障进行仿真。
进一步地：
所述对半波长交流输电线路区内故障进行仿真模拟，在仿真软件中的半波长线路模型设置接地故障，模拟实际电网中线路接地故障过程，仿真半波长电磁暂态特性对交直流电网的影响；仿真软件中有模拟故障的图形化模块，设置参数模拟接地过程；
对半波长交流输电线路区外故障进行仿真，在仿真软件中的半波长线路以外的线路模型设置接地故障，模拟实际电网中线路接地故障过程，仿真交直流电网对半波长线路的影响。仿真软件中有模拟故障的图形化模块，设置参数模拟接地过程。
本发明提供一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真系统，其改进之处在于：
构建模块，用于将预先建立的点对点半波长输电线路模型接入至预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型中构建交直流混联电网的全电磁暂态模型；
仿真模块，用于对交直流混联电网全电磁暂态模型进行仿真
进一步地：所述构建模块包括：
第一建立子模块，用于建立点对点半波长输电线路模型；
第二建立子模块，用于建立交直流混联电网数模混合仿真模型；
第三建立子模块，用于建立交直流混联电网全电磁暂态模型。
进一步地：所述第一建立子模块，包括：
采集单元，用于采集输电系统的点对点半波长输电线路；
划分单元，用于将所述点对点半波长交流输电线路分为预设分段；
半波长单元，用于建立每条输电线路两端为无穷大电源系统(无穷大电源系统是电压和频率恒定的理想电源)的半波长输电线路模型。
进一步地：所述第二建立子模块，包括：
交流构建单元，用于建立交流大电网电磁暂态仿真模型和直流输电数模混合仿真模型；
交直流构建单元，用于将直流输电数模混合仿真模型接入交流输电数模混合仿真模型建立交直流混联电网数模混合仿真模型。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果是：
本发明提供的技术方案为研究半波长交流输电工程落点大规模交直流混联电网的运行特性提供了一种精度较高的仿真方法。所建立的全电磁暂态数模混合实时仿真模型，既包含半波长交流输电系统、采用实际物理控保装置的直流输电系统，还包括其落点的大规模交流电网。采用本发明提出的仿真方法，能够大大提高仿真半波长输电线路接入交直流混合电网运行特性的准确度。既能研究半波长线路本身的电磁暂态过程，又能研究半波长和交直流大电网的相互影响。
附图说明
图1是本发明提供的一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
本发明提供一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真方法，流程图如图1所示，包括：
将预先建立的点对点半波长输电线路模型接入至预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型中构建交直流混联电网的全电磁暂态模型，具体包括：
1、点对点半波长输电系统建模
建立两端为无穷大电源系统(无穷大电源系统是电压和频率恒定的理想电源)的半波长输电线路模型，半波长交流输电线路可根据研究需要分为多段。
2、交流大电网仿真建模
基于超级并行计算机，采用多核处理器并列计算的方式，仿真步长为50us。建立含多台发电机的大电网电磁暂态仿真实时仿真模型，直流输电系统暂用负的负荷代替。
3、直流输电数模混合仿真建模
分别建立单回直流输电的数模混合仿真模型，直流的一次主回路采用电磁暂态数字仿真建模，控制保护采用物理装置，通过光纤数字通信技术将控制保护装置与直流一次数字模型有效连接(数字模型是在超级计算机中仿真计算，控制保护装置和超级计算机通过光纤连接，从而实现控制保护装置和数字模型的连接)，实现联合仿真。直流两端换流站接入系统暂采用电源加短路阻抗的等效模型。
4、交直流混联电网数模混合仿真建模
将步骤3所建直流模型依次接入步骤2所建立的交流大网模型，使得整个交直流电网模型能够在多个计算处理器上实时运行，并建立稳态运行方式。
5、含半波长交流输电和其落点的大规模交直流电网的全电磁暂态模型
将步骤1所建立的半波长输电系统接入步骤4所建立的交直流混联电网数模混合仿真模型，并建立稳态运行方式。
对交直流混联电网全电磁暂态模型进行仿真，包括：
在所建立的交直流大电网电磁暂态数模混合实时仿真模型上模拟系统严重故障。对半波长线路区内故障进行仿真试验，研究半波长电磁暂态特性对交直流电网的影响。对半波长区外故障进行仿真试验，研究交直流电网对半波长线路的影响。
所建立模型能较为准确的反映半波长输电系统及其接入交直流大电网的动态特性。
实施例二、
1、点对点半波长输电系统建模
根据特高压半波长输电线路的杆塔及电气参数，建立半波长线路的频率相关模型，将线路分为30段，每段100km。线路两端采用无穷大电源，校核线路参数，进行稳态工况研究。
2、交流大电网仿真建模
建立华东电网2017水平年等值电网电磁暂态仿真模型，包含全部华东四省一市1000kV网架，保留苏南、浙北、安徽南部主要500kV网架；对苏北、浙江南部、安徽北部、福建全省的500kV网架进行适当简化。等值电网含804个三相节点，114台等值发电机，直流暂用负的负荷代替。并建立起稳态运行方式。
3、直流输电数模混合仿真建模
分别建立单回直流输电的数模混合仿真模型，直流的一次主回路采用电磁暂态数字仿真建模，控制保护采用物理装置，通过光纤数字通信技术将控制保护装置与直流一次数字模型有效连接，实现联合仿真。直流两端换流站接入系统暂采用电源加短路阻抗的等效模型。
表1华东直流
4、交直流混联电网数模混合仿真建模
将步骤3所建直流模型依次接入步骤2所建立的交流大网模型，删除用来代替直流的动态负荷。首先建立交流电网的稳态运行方式，然后依次通过物理控制器解锁7回直流，建立交直流电网数模混合仿真系统的稳态运行方式。
5、含半波长交流输电和其落点的大规模交直流电网的全电磁暂态数模混合实时仿真模型
将步骤1所建立的半波长输电系统接入步骤4所建立的交直流混联电网数模混合仿真模型，并建立稳态运行方式。
6、半波长输电系统的电磁暂态仿真试验
在步骤5所建立的交直流大电网数模混合实时仿真模型上进行系统故障试验研究。对半波长线路区内故障进行仿真试验，研究半波长电磁暂态特性及其对交直流电网的影响。研究表明2017水平年华东规划网架，半波长单回线路点对网送电情况下，2400km处发生单瞬故障比其他位置故障严重。线路加装避雷器后能有效降低半波长线路的过电压水平，提高系统的稳定性。对半波长区外故障进行仿真试验，研究交直流电网对半波长线路的影响。研究表明当华东7回直流同时发生换相失败时，半波长输电系统能够保持稳定。
实施例三、
基于同样的发明构思，本发明还提供一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真系统，包括：
构建模块，用于将预先建立的点对点半波长输电线路模型接入至预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型中构建交直流混联电网的全电磁暂态模型；
仿真模块，用于对交直流混联电网全电磁暂态模型进行仿真
进一步地：所述构建模块包括：
第一建立子模块，用于建立点对点半波长输电线路模型；
第二建立子模块，用于建立交直流混联电网数模混合仿真模型；
第三建立子模块，用于建立交直流混联电网全电磁暂态模型。
进一步地：所述第一建立子模块，包括：
采集单元，用于采集输电系统的点对点半波长输电线路；
划分单元，用于将所述点对点半波长交流输电线路分为预设分段；
半波长单元，用于建立每条输电线路两端为无穷大电源系统(无穷大电源系统是电压和频率恒定的理想电源)的半波长输电线路模型。
进一步地：所述第二建立子模块，包括：
交流构建单元，用于建立交流大电网电磁暂态仿真模型和直流输电数模混合仿真模型；
交直流构建单元，用于将直流输电数模混合仿真模型接入交流输电数模混合仿真模型建立交直流混联电网数模混合仿真模型。
本发明为研究半波长交流输电工程落点大规模交直流混联电网的运行特性提供了一种精度较高的试验方法。所建立的全电磁暂态数模混合实时仿真模型，既包含半波长交流输电系统、采用实际物理控保装置的直流输电系统，还包括其落点的大规模交流电网。采用本发明提出的试验方法，能够大大提高仿真半波长输电线路接入交直流混合电网运行特性的准确度。既能研究半波长线路本身的电磁暂态过程，又能研究半波长和交直流大电网的相互影响。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真方法，其特征在于：
将预先建立的点对点半波长输电线路模型接入至预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型中构建交直流混联电网的全电磁暂态模型；
对所述交直流混联电网全电磁暂态模型进行仿真；
所述预先的建立点对点半波长输电系统模型，包括：
采集输电系统的点对点半波长输电线路的参数；
将所述点对点半波长交流输电线路分为预设分段；
基于电磁暂态仿真软件，采用模块化组态搭建的方式，搭建输电线路两端为无穷大电源系统的半波长输电线路模型；
所述预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型，包括：
建立交流大电网电磁暂态仿真模型和直流输电数模混合仿真模型；
将所述直流输电数模混合仿真模型接入交流输电数模混合仿真模型建立交直流混联电网数模混合仿真模型；
所述建立交流大电网电磁暂态仿真模型，包括：
根据实际电网参数，采用模块化搭建的方式，搭建大电网电磁暂态仿真实时仿真模型，其中直流输电系统暂用消耗功率为负值的以负荷代替；
所述建立直流输电数模混合仿真模型，包括：
分别建立单回直流输电系统的数模混合仿真模型，所述数模混合仿真模型通过光纤数字通信技术将控制保护装置与电磁暂态数字仿真模型有效连接；
直流线路两端换流站接入的系统暂采用电源加短路阻抗等效；
将所建直流模型依次接入所建立的交流大网模型，删除用来代替直流的动态负荷；首先建立交流电网的稳态运行方式，然后依次通过物理控制器解锁7回直流，建立交直流电网数模混合仿真系统的稳态运行方式。
2.如权利要求1所述的数模混合仿真方法，其特征在于：所述预设分段为10-30段。
3.如权利要求1所述的数模混合仿真方法，其特征在于：所述大电网电磁暂态仿真实时仿真模型包括多台发电机、变压器、输电线路和负荷元件。
4.如权利要求1所述的数模混合仿真方法，其特征在于，所述数模混合仿真模型包括数字部分和物理模拟部分；所述数字部分为直流的一次主回路电磁暂态模型，该模型基于超级计算机运行；所述物理部分为实际的直流控制保护装置。
5.如权利要求1所述的数模混合仿真方法，其特征在于：所述交直流混联电网数模混合仿真模型为在稳态状态运行的模型。
6.如权利要求1所述的数模混合仿真方法，其特征在于：所述交直流混联电网全电磁暂态模型为在稳态状态运行的模型。
7.如权利要求1所述的数模混合仿真方法，其特征在于：对交直流混联电网全电磁暂态模型的仿真，包括：
在所建立的交直流混联电网全电磁暂态模型上模拟交直流混联电网系统的严重故障，包括：对半波长交流输电线路区内的故障进行仿真和对半波长交流输电线路区外的故障进行仿真。
8. 如权利要求7所述的数模混合仿真方法，其特征在于：对半波长交流输电线路区内故障进行仿真模拟，包括：
在仿真软件中的半波长线路模型设置接地故障，模拟实际电网中线路接地故障过程，仿真半波长电磁暂态特性对交直流电网的影响；和
对半波长交流输电线路区外故障进行仿真，在仿真软件中的半波长线路以外的线路模型设置接地故障，模拟实际电网中线路接地故障过程，仿真交直流电网对半波长线路的影响。
9.一种交直流混联电网运行特性的数模混合仿真系统，其特征在于：所述系统包括
构建模块，用于将预先建立的点对点半波长输电线路模型接入预先建立的交直流混联电网数模混合仿真模型中构建交直流混联电网的全电磁暂态模型；
仿真模块，用于对交直流混联电网全电磁暂态模型进行仿真；
所述构建模块包括：
第一建立子模块，用于建立点对点半波长输电线路模型；
第二建立子模块，用于建立交直流混联电网数模混合仿真模型；
第三建立子模块，用于建立交直流混联电网全电磁暂态模型；
所述第一建立子模块，包括：
采集单元，用于采集输电系统的点对点半波长输电线路的参数；
划分单元，用于将所述点对点半波长交流输电线路分为预设分段；
半波长单元，用于建立每条输电线路两端为无穷大电源系统的半波长输电线路模型；
所述第二建立子模块，包括：
交流构建单元，用于建立交流大电网电磁暂态仿真模型和直流输电数模混合仿真模型；
交直流构建单元，用于将直流输电数模混合仿真模型接入交流输电数模混合仿真模型建立交直流混联电网数模混合仿真模型；
所述建立交流大电网电磁暂态仿真模型，包括：
根据实际电网参数，采用模块化搭建的方式，搭建大电网电磁暂态仿真实时仿真模型，其中直流输电系统暂用消耗功率为负值的以负荷代替；
所述建立直流输电数模混合仿真模型，包括：
分别建立单回直流输电系统的数模混合仿真模型，所述数模混合仿真模型通过光纤数字通信技术将控制保护装置与电磁暂态数字仿真模型有效连接；
直流线路两端换流站接入的系统暂采用电源加短路阻抗等效；
将所建直流模型依次接入所建立的交流大网模型，删除用来代替直流的动态负荷；首先建立交流电网的稳态运行方式，然后依次通过物理控制器解锁7回直流，建立交直流电网数模混合仿真系统的稳态运行方式。
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Citations (4)
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Non-Patent Citations (4)
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| 半波长输电系统运行特性的全电磁暂态仿真研究;董鹏 等;高压电技术;第44卷(第1期);第29-36页 * |
| 大规模交直流混联电网暂态特性仿真分析;刘智慧;马实;孙瑜;王信;;电气应用(06);第23-28页 * |
| 电力系统数模混合仿真技术及发展应用;朱艺颖;电力建设;第36卷(第12期);第42-47页 * |
| 输电线路工频动态相量模型在半波长交流输电系统机电暂态仿真中的应用研究;张彦涛 等;中国电机工程学报;第37卷(第18期);第5294-5302页 * |
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