電網(wǎng)仿真裝置簡介及應(yīng)用情況

精品文檔 1歡迎下載1歡迎下載 1 1電網(wǎng)全數(shù)字實時仿真裝置概述電網(wǎng)全數(shù)字實時仿真裝置概述 1 11 1電網(wǎng)全數(shù)字實時仿真裝置簡介電網(wǎng)全數(shù)字實時仿真裝置簡介 電網(wǎng)全數(shù)字實時仿真裝置 也稱為電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真裝置 A Advanced D Digital P Power S System S Simulator ADPSS 是由中國電力科學(xué)研究院研發(fā)的 基于高性能PC機群的全數(shù)字仿真系統(tǒng) 該仿真系統(tǒng)利用機群的多節(jié)點結(jié)構(gòu)和高 速本地通訊網(wǎng)絡(luò) 采用網(wǎng)絡(luò)并行計算技術(shù)對計算任務(wù)進(jìn)行分解 并對進(jìn)程進(jìn)行 實時和同步控制 實現(xiàn)了大規(guī)模復(fù)雜交直流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的實 時和超實時仿真以及外接物理裝置試驗 利用該仿真系統(tǒng) 可以進(jìn)行1000臺機 10000個以上節(jié)點的大系統(tǒng)交直流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真以及機電 電磁暫態(tài) 混合仿真研究 可接入繼電保護(hù) 安全自動裝置 FACTS控制裝置以及直流輸電 控制裝置等實際物理裝置進(jìn)行閉環(huán)仿真試驗 可接入MATLAB等商用軟件進(jìn)行局 部和子任務(wù)計算 接入用戶自定義模型以完成用戶指定功能和任務(wù) 圖 1 1 1 2 1 3 分別為仿真系統(tǒng)外觀圖 硬件架構(gòu)圖和總體結(jié)構(gòu)圖 圖 1 1 仿真系統(tǒng)外觀圖 精品文檔 2歡迎下載2歡迎下載 圖 1 2 仿真系統(tǒng)硬件架構(gòu) 圖 1 3 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 仿真系統(tǒng)獲授權(quán)發(fā)明專利3項 電力系統(tǒng)數(shù)字仿真裝置 電力系統(tǒng)數(shù)字仿 真方法 電力系統(tǒng)潮流分網(wǎng)并行計算 其中 電力系統(tǒng)數(shù)字仿真裝置 獲得中 國專利優(yōu)秀獎 獲軟件著作權(quán)一項 仿真系統(tǒng)獲2009年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎 專家鑒定認(rèn)為 成果具 有自主知識產(chǎn)權(quán) 總體技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平 精品文檔 3歡迎下載3歡迎下載 圖 1 4 1 5 1 6 分別為仿真系統(tǒng)知識產(chǎn)權(quán) 鑒定及獲獎情況 圖 1 4 仿真系統(tǒng)專利及軟件著作權(quán) 圖 1 5 中國電機工程學(xué)會鑒定意見 精品文檔 4歡迎下載4歡迎下載 圖 1 6 仿真系統(tǒng)獲 2009 年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎 精品文檔 5歡迎下載5歡迎下載 1 21 2基于基于 ADPSSADPSS 用戶開展工作情況用戶開展工作情況 序號單位使用情況 1 國家電網(wǎng)仿真中心 構(gòu)建國家電網(wǎng)的仿真模型 為電網(wǎng)運行方式的分析和預(yù)演 電網(wǎng)事故重現(xiàn)和對策 控制系統(tǒng)的研發(fā)與驗證等提供實驗 環(huán)境 2 江蘇電力試驗研究院 系統(tǒng)故障分析 交直流互聯(lián)系統(tǒng)分析 繼電保護(hù)故障重現(xiàn) 繼電保護(hù)裝置全面測試 安穩(wěn)控制裝置測試等 開展數(shù)字 化互動試驗研究 3 安徽電力科學(xué)研究院 系統(tǒng)故障分析 勵磁控制裝置測試 安穩(wěn)控制裝置測試等 4 河北電力試驗研究院 系統(tǒng)故障分析 繼電保護(hù)裝置試驗研究 發(fā)電機勵磁系統(tǒng) 建模與參數(shù)辨識研究 基于在線數(shù)據(jù)的實時仿真分析 5 西北電網(wǎng)技術(shù)中心 西北電網(wǎng)風(fēng)電 直流輸電接入的系統(tǒng)分析 TCSC 控制器閉 環(huán)試驗研究等 6 山東大學(xué)繼電保護(hù)裝置試驗研究 直流系統(tǒng)建模及控制策略驗證等 7 山東電力試驗研究院 系統(tǒng)故障分析 繼電保護(hù)裝置試驗研究 直流系統(tǒng)建模及 控制策略驗證等 8 四川電力試驗研究院 大電網(wǎng)故障分析 基于在線數(shù)據(jù)的實時仿真分析 開展數(shù) 字化互動試驗研究 9 河南電力試驗研究院 將高壓 繼電保護(hù) 系統(tǒng)是三個專業(yè)整合到一個平臺上 開展各自系統(tǒng)分析 裝置試驗等工作 構(gòu)建河南電網(wǎng)的仿 真模型 為電網(wǎng)運行方式的分析和預(yù)演 電網(wǎng)事故重現(xiàn)和 對策 控制系統(tǒng)的研發(fā)與驗證等提供實驗環(huán)境 開展數(shù)字 化變電站的互動試驗 10 湖北電力試驗研究院 系統(tǒng)故障分析 交直流互聯(lián)系統(tǒng)分析 繼電保護(hù)故障重現(xiàn) 繼電保護(hù)裝置全面測試 安穩(wěn)控制裝置測試等 11 寧夏電力科學(xué)研究院 交直流互聯(lián)系統(tǒng)分析繼電保護(hù)故障重現(xiàn) 繼電保護(hù)裝置全 面測試 安穩(wěn)控制裝置測試 直流系統(tǒng)建模及控制策略驗 證等 開展數(shù)字化變電站的互動試驗 12 西南大學(xué) 電鐵與電網(wǎng)的互動研究 交直流互聯(lián)系統(tǒng)分析繼電保護(hù)故 障重現(xiàn) 繼電保護(hù)裝置全面測試 安穩(wěn)控制裝置測試 直 流系統(tǒng)建模及控制策略驗證等 ADPSS 為研究大電網(wǎng)的穩(wěn)定 事故分析 電網(wǎng)控制 新能源接入 特高壓分 析 高鐵對電網(wǎng)的沖擊 數(shù)字化變電站等等一切提供了平臺和試驗工具 為駕 馭大電網(wǎng)安全提供了強有力手段 精品文檔 6歡迎下載6歡迎下載 2 2 ADPSSADPSS 應(yīng)用案例應(yīng)用案例 2 12 1線路光纖電流差動保護(hù)試驗線路光纖電流差動保護(hù)試驗 采用典型輸電系統(tǒng)模型進(jìn)行線路光纖電流差動保護(hù)試驗 試驗系統(tǒng)如圖 9 1 圖 9 2 所示 接線方式為 兩保護(hù)裝置 左側(cè) PSL 603G 右側(cè) PSL 603 使用光纖通道直接相連 開關(guān)量輸出 兩套保護(hù)裝置通過跳閘接點和重合接點控制模擬斷路器 的跳 合閘線圈 開關(guān)量輸入 將模擬斷路器輔助接點接入保護(hù) 模擬斷路器 兩組輔助接點分別接給仿真系統(tǒng)和故障錄波器 開展的試驗內(nèi)容包括區(qū)內(nèi)外金屬性故障 發(fā)展性故障 轉(zhuǎn)換性故障 經(jīng)過 渡電阻短路 系統(tǒng)振蕩試驗 系統(tǒng)頻率偏移 解合環(huán)及手合故障 弱饋試驗 TV 斷線試驗 TA 斷線試驗 TA 飽和試驗 距離 I 段暫態(tài)超越 短路與 PT 斷線 同時發(fā)生的復(fù)雜故障等 圖 9 3 為部分試驗錄波圖 圖 9 1 中長距離線路輸電系統(tǒng)模型 精品文檔 7歡迎下載7歡迎下載 圖 9 2 220 kV 單電源環(huán)網(wǎng)圖模型 圖 9 3 K4 點 B 相接地 10ms 后 PSL603G 側(cè) A 相 PT 斷線 2 22 2雙母線母差保護(hù)試驗雙母線母差保護(hù)試驗 采用典型輸電系統(tǒng)模型進(jìn)行雙母線母差保護(hù)試驗 試驗系統(tǒng)如圖 9 4 所示 試驗項目包括 區(qū)內(nèi)外金屬性故障 區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)短路故障 兩母線相繼短路故 障 兩母線同時短路故障 死區(qū)短路故障 倒閘過程中短路故障 輔助觸點開 路試驗 TA 飽和與斷線試驗 振蕩和振蕩中短路 經(jīng)過渡電阻故障試驗 分裂 運行 充電保護(hù)的試驗 母聯(lián)開關(guān)失靈試驗 系統(tǒng)頻率偏移 精品文檔 8歡迎下載8歡迎下載 圖 9 4 雙母線母差保護(hù)試驗 試驗結(jié)果表明 1 在做刀閘輔助觸點開路試驗 空載運行時如果線路中負(fù)荷電流很小 保護(hù)無法判斷刀閘位置 故障后小差不能跳開該線路 而只能由大差后備延時 跳開 2 母聯(lián)非全相保護(hù) 如果母聯(lián)負(fù)荷電流小于非全相零序和負(fù)序整定值 則母聯(lián)單相斷線后保護(hù)無法識別出非全相狀態(tài) 非全相保護(hù)無法跳開母聯(lián)開關(guān) 3 同樣 TA 飽和判據(jù)受非周期分量的影響 2 32 3江蘇電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置閉環(huán)仿真試驗江蘇電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置閉環(huán)仿真試驗 采用江蘇電網(wǎng) 2005 年全網(wǎng)數(shù)據(jù) 系統(tǒng)接線圖如圖 9 5 所示 共有母線 2040 條 發(fā)電機 173 臺 負(fù)荷 555 個 交流線 1114 條 直流線 1 條 變壓器 685 臺 試驗中采用機電暫態(tài) 電磁暫態(tài)混合仿真方法 即江蘇電網(wǎng)大部分區(qū)域采用 機電暫態(tài)模型 局部的百家 茶亭雙回線采用電磁暫態(tài)模型 并通過物理接口接 入實際的繼電保護(hù)裝置 如圖 9 6 所示 在 K10 處設(shè)置三相金屬性接地故障 故障發(fā)生后保護(hù)裝置迅速動作 切掉 第二回線 故障電流變?yōu)榱?江蘇電網(wǎng)在故障發(fā)生后有明顯的功角振蕩 故障 線路切除后振蕩逐漸平息 系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定 試驗錄波如圖 9 7 圖 9 8 所示 精品文檔 9歡迎下載9歡迎下載 圖 9 5 江蘇電網(wǎng)接線圖 圖 9 6 江蘇電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置閉環(huán)試驗 精品文檔 10歡迎下載10歡迎下載 圖 9 7 保護(hù)裝置跳閘波形 圖 9 8 江蘇電網(wǎng)振蕩波形 2 42 4沙河抽水蓄能電站誤跳閘事故分析沙河抽水蓄能電站誤跳閘事故分析 以 2005 年江蘇電網(wǎng)網(wǎng)架為基礎(chǔ) 模擬 2005 年 1 月 4 日武南變出線單相接 地 運行在抽水狀態(tài)沙河抽水蓄能機組無故障跳閘的情況 對事故進(jìn)行研究和 重現(xiàn) 仿真模擬結(jié)果顯示 抽水蓄能機組運行在抽水狀態(tài) 機組功率發(fā)生大幅振 蕩 發(fā)電機低功率保護(hù)動作出口切除沙河兩臺機組 精品文檔 11歡迎下載11歡迎下載 圖 9 9 沙河抽水蓄能電站誤跳閘事故分析 武南變發(fā)生單相接地故障 0 3s 后切除故障 沙河機組的功率波形及與錄 波數(shù)據(jù)的比較 圖中藍(lán)色直線 低功率保護(hù)定值 黑色曲線 現(xiàn)場錄波功率 數(shù)據(jù) 紅色曲線 仿真的實時功率數(shù)據(jù) 通過對比可以發(fā)現(xiàn) 仿真的故障波形 和實際的故障波形基本吻合 圖 9 10 錄波波形與仿真波形對比 2 52 5國家電網(wǎng)國家電網(wǎng) 50005000 節(jié)點級系統(tǒng)機電節(jié)點級系統(tǒng)機電 電磁混合實時仿真電磁混合實時仿真 采用國家電網(wǎng)公司 5000 節(jié)點級系統(tǒng) 系統(tǒng)包括 4884 條母線 3257 條交流 線 2 條直流線 3632 臺變壓器 524 臺發(fā)電機以及 1452 個負(fù)荷 系統(tǒng)大部分采用機電暫態(tài)模型 共分為川渝蒙西 山西河北南 京津唐 湖南江西 東北等 5 個機電子網(wǎng) 東北局部地區(qū)采用電磁暫態(tài)模型 共分為 2 個子網(wǎng) 在電磁暫態(tài)子網(wǎng) 2 中設(shè)置故障 分析系統(tǒng)暫態(tài)過程 仿真波形如圖 9 12 所示 精品文檔 12歡迎下載12歡迎下載 圖 9 11 國家電網(wǎng) 5000 節(jié)點級系統(tǒng) 圖 9 12 故障后系統(tǒng)暫態(tài)過程 精品文檔 13歡迎下載13歡迎下載 2 62 6華中電網(wǎng)交直流互聯(lián)系統(tǒng)分析華中電網(wǎng)交直流互聯(lián)系統(tǒng)分析 華中電網(wǎng)算例包含 4962 條母線 401 臺發(fā)電機 含等值機 934 個負(fù)荷 2468 條交流線路 1259 臺并聯(lián)電抗器 5 個串聯(lián)補償電抗 652 臺雙繞組變壓 器 1106 臺三繞組變壓器 4 條直流線路 采用機電暫態(tài) 電磁暫態(tài)混合仿真方法 華中送往廣東的直流線為電磁子網(wǎng) 其余網(wǎng)絡(luò)為機電子網(wǎng) 在母線粵惠州 500 處發(fā)生三相短路接地故障 直流線路 鄂江陵 500 粵惠 州 500 在接地故障下發(fā)生換相失敗 該直流線路送出功率為零 逆變側(cè)閥電 流波形如圖 9 13 所示 圖 9 13 直流線路換相失敗波形 而采用純粹的機電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)仿真 其仿真結(jié)果均存在一定問題 機電暫態(tài)仿真不能模擬 HVDC 和 FACTS 等電力電子裝置的快速暫態(tài)特性和 MOV 等 非線性元件引起的波形畸變特性 而電磁暫態(tài)仿真雖然能較真實地反映 HVDC 和 FACTS 的動態(tài)特性 但受模型與算法的限制 其仿真規(guī)模不大 分析大規(guī)模 系統(tǒng)的動態(tài)特性時往往會將交流系統(tǒng)等值為簡單的等效電路 這樣勢必丟失交 流系統(tǒng)自身動態(tài)性能的大量信息 即使采用并行算法求解 也難以對大規(guī)模電 力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真 而采用機電暫態(tài) 電磁暫態(tài)混合仿真方法 解決了相互獨立的機電暫態(tài)或電 磁暫態(tài)程序在研究電力系統(tǒng)時存在的固有缺陷 協(xié)調(diào)了仿真規(guī)模與計算準(zhǔn)確性 精品文檔 14歡迎下載14歡迎下載 之間的矛盾 為準(zhǔn)確分析大規(guī)模電網(wǎng)的暫態(tài)過程提供了可能 為更好地分析電 力系統(tǒng)提供了一種新的有效途徑 2 72 7勵磁調(diào)節(jié)器閉環(huán)試驗勵磁調(diào)節(jié)器閉環(huán)試驗 勵磁調(diào)節(jié)器閉環(huán)試驗采用的仿真算例如下圖所示 系統(tǒng)為單機無窮大系統(tǒng) 勵磁系統(tǒng)采用自并勵方式 即發(fā)電機出口電壓并勵磁變壓器后接全控整流橋 整流橋輸出直流電壓接發(fā)電機轉(zhuǎn)子 為發(fā)電機提供勵磁 勵磁控制器采集發(fā)電 機機端電壓 出口電流等變量 輸出 6 脈沖觸發(fā)信號 控制整流橋的導(dǎo)通 進(jìn) 而控制勵磁電壓 圖 9 14 勵磁調(diào)節(jié)器試驗系統(tǒng)圖 勵磁調(diào)節(jié)器采用 PID 控制算法 圖 9 15 至圖 9 17 分別是發(fā)電機空載極端電壓 10 階躍 發(fā)電機帶載甩負(fù) 荷 發(fā)電機帶載時雙回線第二回中段三相金屬性短路的試驗錄波結(jié)果 圖 9 15 發(fā)電機空載極端電壓 10 階躍時機端電壓和勵磁電流 精品文檔 15歡迎下載15歡迎下載 圖 9 16 發(fā)電機帶載甩負(fù)荷時機端電壓和勵磁電流 圖 9 17 發(fā)電機帶載第二回線三相短路時機端電壓和勵磁電流 2 82 8750kV750kV 可控串補控制器閉環(huán)試驗可控串補控制器閉環(huán)試驗 本試驗以西北電網(wǎng)為研究對象 在電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真裝置 ADPSS 中接入 實際的可控串補控制器 開展全數(shù)字實時仿真試驗 試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用西北電網(wǎng) 2010 年冬大運行方式下的規(guī)劃數(shù)據(jù) 采用機電 暫態(tài) 電磁暫態(tài)混合仿真方法 將哈密至永登的 750kV 輸電線路采用電磁暫態(tài)仿 真 并在第二回線上接入實際的 TCSC 控制器 359km 40 40 25 25 25 25 280 1km372km196 2km 哈密安西 酒泉金昌永登 30 30 圖 9 18 試驗采用的河西走廊 750kV 串補配置 圖 9 19 是 TCSC 控制器采用阻抗開環(huán)控制時的阻抗命令值由 1 2p u 階躍 至 2 5p u 然后又階躍至 1 2p u 的試驗結(jié)果 精品文檔 16歡迎下載16歡迎下載 9 89 91010 110 210 310 410 510 610 710 8 1 1 5 2 2 5 t seconds Xtcsc p u Open loop control of Xtcsc Step Up 19 819 92020 120 220 320 420 520 620 720 8 1 1 5 2 2 5 t seconds Xtcsc p u Step Down 圖 9 19 阻抗開環(huán)控制試驗 圖 9 20 是 TCSC 控制器采用阻抗閉環(huán)控制時的阻抗命令值由 1 2p u 階躍 至 2 5p u 然后又階躍至 1 2p u 的試驗結(jié)果 由試驗結(jié)果可知 雖然阻抗閉 環(huán)控制可以使阻抗控制穩(wěn)態(tài)誤差略有減小