基于频率相关网络等值的电磁_机电暂态解耦混合仿真_张怡

第32卷 第16期 2012年6月5日 中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE Vol.32 No.16 Jun.5, 2012

©2012 Chin.Soc.for Elec.Eng. 107

文章编号：0258-8013 (2012) 16-0107-08 中图分类号：TM 74 文献标志码：A 学科分类号：470·40

基于频率相关网络等值的

电磁–机电暂态解耦混合仿真

张怡1，吴文传1，张伯明1，Aniruddha M. Gole2

(1．电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)，北京市 海淀区 100084；

2．曼尼托巴大学电气与计算机工程系，加拿大 温尼伯 R3T 5V6)

Frequency Dependent Network Equivalent Based Electromagnetic and

Electromechanical Decoupled Hybrid Simulation

ZHANG Yi1, WU Wenchuan1, ZHANG Boming1, Aniruddha M. Gole2

(1. State Key Lab of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipments (Dept. of Electrical Engineering,

Tsinghua University), Haidian District, Beijing 100084, China;

2. Department of Electrical and Computer Engineering, University of Manitoba, Winnipeg R3T 5V6, Canada)

ABSTRACT: Neither electromechanical transient stability analysis (TSA) program nor electromagnetic transient (EMT) programs can be used inpidually for the transient stability studies of the large scale AC/DC systems. This paper presented an electromagnetic and electromechanical hybrid simulation system, based on a frequency dependent network equivalent. Firstly, the framework and the main modules of the proposed hybrid simulation system were introduced. Secondly, the methods to calculate the equivalents of the electromagnetic side and the electromechanical side were introduced. The discussion on the difference between the traditional method and frequency dependent network equivalent (FDNE) and the flowchart of the hybrid simulation were also given. In the last part of the paper, AC system and AC-DC hybrid system are both used as examples to demonstrate the accuracy of the proposed hybrid simulation system’s simulation results.

KEY WORDS: decoupled; electromagnetic transient; electromechanical transient; frequency dependent network equivalent; stability

摘要：机电暂态稳定分析程序和电磁暂态程序均不能单独用于大规模交直流系统的仿真研究。开发一套基于频率相关网络等值的电磁–机电暂态解耦混合仿真系统。首先，介绍该

基金项目：国家863高技术基金项目(2011AA05A118)；国家杰出青年科学基金(51025725)；新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-11-0281)。

The National High Technology Research and Development of China 863 Program (2011AA05A118); Scientific Funds for Outstanding Young Scientists of China (51025725); Project Supported by Program for New Century Excellent Talents in University (NCET-11-0281).

系统的功能框架和软件模块构成。其次，给出电磁暂态侧和机电暂态侧等值电路的求取方法。然后，讨论传统诺顿等值电路与频率相关网络等值的区别，并介绍系统仿真交互时序与仿真流程。最后，采用一个纯交流系统和一个交直流混合系统的算例检验基于频率相关网络等值的混合仿真系统的仿真精度。

关键词：解耦；电磁暂态；机电暂态；频率相关网络等值；稳定

0 引言

由于计算量大，电磁暂态(electromagnetic transient，EMT)程序难以用于大规模电力系统的电磁暂态仿真；传统的机电暂态稳定分析(transient stability analysis，TSA)程序不能精确仿真高压直流输电系统(high-voltage direct current，HVDC)的电磁暂态特性和非线性元件引起的波形畸变。因此，迫切需要结合两者特点，开发出计算快速、可以用于多馈入直流输电系统的安全稳定分析的仿真工具，而电磁暂态与机电暂态混合仿真应运而生。

Heffernan在HVDC换流器的交流母线处将系统分为电磁暂态部分和机电暂态部分，首先建立了电磁、机电暂态混合仿真[1]；Reeve把分网位置延伸到交流系统内部，防止接口处的电压波形畸变过于严重，但是却增加了电磁暂态侧系统的计算规模[2]；Morched[3]和Anderson[4]讨论了用频率相关网络等值(frequency dependent network equivalent，FDNE)来表

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征机电暂态侧谐波对电磁暂态侧影响的必要性，并采用FDNE来准确反映机电暂态侧对电磁暂态侧的端口电气特性；Wang等人实现了多端口的电磁机电香港理工大学提出一种并行交互时序混合仿真；

以加快混合仿真的计算速度；加拿大Lin等人采用矢量拟合法(vector fitting)求取FDNE，有效地模拟了HVDC换流器母线处谐波对电磁暂态侧的影 响

[8-9]

[7]

[5]

[6]

，并在实时数字仿真器(real-time digital

图1 电磁–机电暂态混合仿真系统功能框架 Fig. 1 Function framework of electromagnetic and

electromechanical simulation system

simulator，RTDS)上实现了在线混合仿真。

文献[10]提出稳态情况下并行接口时序与网络拓扑改变时刻串行接口时序的方法，并采用节点分裂接口算法解决了网络正序、负序阻抗不相等时与电磁暂态模型接口的问题；而文献[11]则采用基波负序补偿法解决了等值电路正序、负序阻抗不相等的情况。文献[12]实现了基于电网数字实时动态仿真系统的混合仿真，讨论了等值电路的参数求取问题；文献[13-14]分别实现了基于RTDS的电磁–机电暂态仿真平台。文献[15]提出的混合仿真方法考虑了故障时刻接口处频率偏移对系统仿真的影响；文献[16]东南大学提出了一种基于统一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)动态相量模型和交流电力系统机电暂态模型的混合仿真方案；文献[17]提出基于多速率的交直流系统双速率相量——瞬时数据互馈的电磁和机电暂态混合仿真计算方法。

本文在文献[8]的基础上，研究采用FDNE表示机电暂态侧谐波对电磁暂态侧的影响，改进电磁暂态侧等值电流的求取方法，改进FDNE在电磁暂态程序中的时域应用方法，并基于管道(pipe)方式，开发一套电磁–机电暂态解耦混合仿真系统。

程序可以识别的PSCAD/EMTDC文件，另一方面利用数据格式转换程序将PSS/E32数据文件转换成机电暂态仿真程序可以识别的数据。

2

）初始化子模块。电磁暂态和机电暂态仿真程序都对本侧网络进行等值建模，因此在仿真开始时，初始化子模块根据分网情况分别计算电磁暂态和机电暂态仿真程序所需要的等值电路，并分别传送至电磁暂态和机电暂态仿真程序对其进行潮流和暂态仿真初始化。 1.3 电磁暂态仿真程序

本文选择PSCAD/EMTDC作为电磁暂态侧网络的仿真工具。PSCAD/EMTDC不仅可以对包含直流输电系统的大型电力系统进行精确模拟，而且其输入和输出界面非常直观方便。

传统的机电暂态侧等值电路用从接口处看进去的诺顿等值电路来表示，即诺顿等值电流源I并联等值导纳矩阵。在本文中，用FDNE代替传统诺顿等值电路中的等值导纳，如图2所示。FDNE不仅可以模拟 …… 此处隐藏：14951字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……