【探究】直流电网模型和仿真的发展与挑战-第7页-北极星输配电网

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2)电压下降方式,

即所有与有源交流系统连接的换流器,其直流侧都工作于电压源方式,其输出电压随输出电流的增加而降低。采用电压下降控制方式无需通信,简单可靠,能够实现多个电压源换流器按一定的比例传输有功功率。

3)自适应控制方式,

即各换流器负责自己的功率目标,没有换流器负责系统的电压,同时,与交流系统的发电机出力和负荷自动调节类似,采用自适应控制的换流器不能准确定义功率的传输点,只能设定电压—电流(VI)特性曲线,每一个换流器都需要给定一个负荷参考点。此时,高级的协调辅助控制系统通过配电中心修改换流器VI 特性,使系统平衡[39]。

这3种典型的系统控制方式都可能在直流电网的控制系统建模中出现,在仿真算例中应用哪一种,需要按照实际情况进行建模。

2 直流电网仿真技术的应用和挑战

此节将从直流电网的研究、设计和实验需要出发,总结稳态、电磁暂态、并行计算、物理平台和数模混合仿真平台技术在直流电网领域的发展和挑战。

2.1 稳态仿真算法

电网的稳态仿真指潮流计算,直流电网的潮流计算与交流电网有较大差别,由于电压源换流器型换流站具有较强的控制能力,可以视为恒压源、恒流源或恒功率源。同时,网络中没有无功功率问题,因此线路潮流方程可以表示为:IR=ΔU。当将直流电网换流站点均描述为电压源或电流源时,直流电网的方程为线性方程,可以直接求解。如果换流站作为恒功率控制模式,则潮流方程增加 P =UI。模拟换流站为恒功率源时,方程变为非线性方程,需要迭代求解。直流电网控制模式对潮流计算模型和计算方法有直接影响,根据不同的控制模式(如下垂控制、主从控制),在潮流方程中需增加相应的参数,并设置不同的直流节点类型。直流电网在整个电力系统中的稳态计算需要用混合潮流计算算法。交直流潮流算法根据迭代方法的不同,可分为联立求解[41]与交替求解[42-43]2 种。

联立求解算法收敛速度快,计算效率高;但矩阵的规模急剧增大,编程比较困难。交替求解算法可充分利用原有的交流潮流计算程序,直流部分与交流部分可选用不同的潮流算法,编程比较方便。交替求解算法的主要不足是收敛速度慢,迭代次数可能比较多。

2.2 电磁暂态仿真算法

由于直流电网的多换流器和多开关的影响,电磁暂态仿真算法有不准确或者仿真效率低的不足。本文在 ADPSS软件的直流电网仿真中,采用了以下几种改进方法提高电磁暂态仿真算法的仿真精度。

2.2.1 插值算法和同时求解法

电磁暂态仿真采用定步长梯形法,只能在整步长改变开关状态,产生数值振荡和触发延误。因此,为了记录精确的开关触发时刻,提升仿真准确性,对定步长算法进行了处理。

首先,采用线性插值算法和半步长插值技术解决开关在定步长的中间时刻的动作问题和数值振荡问题。同时,电磁暂态仿真的开关算法存在着数值上的开关损耗,这种损耗是由电磁暂态仿真软件没有在开关动作时刻重新计算引起。本文参考文献[46],实现了在开关时刻回退重新按照开关新状态进行计算的方法,大大改善了电磁暂态仿真的开关算法上的损耗问题。

原标题：直流电网模型和仿真的发展与挑战

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