電網(wǎng)仿真裝置簡(jiǎn)介及應(yīng)用情況

#/171電網(wǎng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置概述電網(wǎng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置簡(jiǎn)介電網(wǎng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置，也稱為電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真裝置(AdvancedDigitalPowerSystemSimulator,ADPSS),是由中國(guó)電力科學(xué)研究院研發(fā)的基于高性能PC機(jī)群的全數(shù)字仿真系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)利用機(jī)群的多節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和高速本地通訊網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算技術(shù)對(duì)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行分解， 并對(duì)進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)和同步控制，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模復(fù)雜交直流電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的實(shí)時(shí)和超實(shí)時(shí)仿真以及外接物理裝置試驗(yàn)。利用該仿真系統(tǒng)，可以進(jìn)行 1000臺(tái)機(jī)，10000個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的大系統(tǒng)交直流電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真以及機(jī)電、 電磁暫態(tài)混合仿真研究，可接入繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、FACTS控制裝置以及直流輸電控制裝置等實(shí)際物理裝置進(jìn)行閉環(huán)仿真試驗(yàn)，可接入 MATLAB等商用軟件進(jìn)行局部和子任務(wù)計(jì)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

管理網(wǎng)絡(luò)女排機(jī)SCADA/EMS標(biāo)港接口用戶,拜弼蓿理網(wǎng)絡(luò)圖1-2仿真系統(tǒng)硬件架構(gòu)全系統(tǒng)總控帆（機(jī)電皆態(tài)總控機(jī)）.中磁百出總控機(jī)P門(mén)尸仙棄洗】3口法國(guó)機(jī)電智態(tài) ?| 電磁智態(tài)一并行庫(kù)算加試裝量管理網(wǎng)絡(luò)女排機(jī)SCADA/EMS標(biāo)港接口用戶,拜弼蓿理網(wǎng)絡(luò)圖1-2仿真系統(tǒng)硬件架構(gòu)全系統(tǒng)總控帆（機(jī)電皆態(tài)總控機(jī)）.中磁百出總控機(jī)P門(mén)尸仙棄洗】3口法國(guó)機(jī)電智態(tài) ?| 電磁智態(tài)一并行庫(kù)算加試裝量圖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(xiàng)一一電力系統(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(jì)算，其中“電力系統(tǒng)數(shù)字仿真裝置”獲得中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)；獲軟件著作權(quán)一項(xiàng)。仿真系統(tǒng)獲200孫度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。專家鑒定認(rèn)為： “成果具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平?！眻D1-4仿真系統(tǒng)專利及軟件著作權(quán)專家鑒定意見(jiàn)專家鑒定認(rèn)為：“項(xiàng)目研發(fā)的成果具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平?！逼斩ㄎ瘑T會(huì)成員發(fā)單重！t券！IN?kt.—:差*■哄?*■?由ISft￡5um地根r<y半含腰1k，KAI產(chǎn).帚華人￥虺機(jī)工重與M□■電■/澳木百鵬力本優(yōu)?冉?,堵人人.電”**于T'-IMMElL?力?快WrlA111111t「;、二電,p*7.■刀.崎-L學(xué)童程WV?0電”打■北屬*月.期*-<￡j川康JIIR彳41掌??有?心?*劉■1研“心<1島i星星￥?中國(guó)/電力坳!k審傳中心也上?生地總匚培育GFChw，F(xiàn)'V '.,#.'i.,.V.?出■此9國(guó)X電勺外力/電苴以力事旗口&9里懂，H-1'in??「一圖1-5中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)鑒定意見(jiàn)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)

證書(shū)為表彩國(guó)案科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)獲得者，持頒發(fā)此證書(shū).項(xiàng)目名林二電力樂(lè)統(tǒng)全轂字實(shí)時(shí)儕聲美楠技術(shù)

M完.?置研制和應(yīng)用英助等微萩獎(jiǎng)91中國(guó)電力科號(hào)/虎院證書(shū)號(hào)：2009-J-217-1-014X)1圖1-6仿真系統(tǒng)獲2009年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)

基于ADPSS用戶開(kāi)展工作情況序號(hào)單位使用情況1國(guó)家電網(wǎng)仿真中心構(gòu)建國(guó)家電網(wǎng)的仿真模型，為電網(wǎng)運(yùn)行方式的分析和預(yù)演、電網(wǎng)事故重現(xiàn)和對(duì)策、控制系統(tǒng)的研發(fā)與驗(yàn)證等提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境。2江蘇電力試驗(yàn)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(cè)試、安穩(wěn)控制裝置測(cè)試等。開(kāi)展數(shù)字化互動(dòng)試驗(yàn)研究3安徽電力科學(xué)研究院系統(tǒng)故障分析、勵(lì)磁控制裝置測(cè)試、安穩(wěn)控制裝置測(cè)試等。4河北電力試驗(yàn)研究院系統(tǒng)故障分析、繼電保護(hù)裝置試驗(yàn)研究、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模與參數(shù)辨識(shí)研究、基于在線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(yàn)研究等6山東大學(xué)繼電保護(hù)裝置試驗(yàn)研究、直流系統(tǒng)建模及控制策略驗(yàn)證等7山東電力試驗(yàn)研究院系統(tǒng)故障分析、繼電保護(hù)裝置試驗(yàn)研究、直流系統(tǒng)建模及控制策略驗(yàn)證等8四川電力試驗(yàn)研究院大電網(wǎng)故障分析、基于在線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)仿真分析。開(kāi)展數(shù)字化互動(dòng)試驗(yàn)研究9河南電力試驗(yàn)研究院將高壓、繼電保護(hù)、系統(tǒng)是三個(gè)專業(yè)整合到一個(gè)平臺(tái)上，開(kāi)展各自系統(tǒng)分析、裝置試驗(yàn)等工作；構(gòu)建河南電網(wǎng)的仿真模型，為電網(wǎng)運(yùn)行方式的分析和預(yù)演、電網(wǎng)事故重現(xiàn)和對(duì)策、控制系統(tǒng)的研發(fā)與驗(yàn)證等提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境。開(kāi)展數(shù)字化變電站的互動(dòng)試驗(yàn)10湖北電力試驗(yàn)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(cè)試、安穩(wěn)控制裝置測(cè)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(cè)試、安穩(wěn)控制裝置測(cè)試、直流系統(tǒng)建模及控制策略驗(yàn)證等。開(kāi)展數(shù)字化變電站的互動(dòng)試驗(yàn).12西解大學(xué)電鐵與電網(wǎng)的互動(dòng)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(cè)試、安穩(wěn)控制裝置測(cè)試、直流系統(tǒng)建模及控制策略驗(yàn)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(duì)電網(wǎng)的沖擊、數(shù)字化變電站等等一切提供了平臺(tái)和試驗(yàn)工具，為駕馭大電網(wǎng)安全提供了強(qiáng)有力手段。2ADPSS應(yīng)用案例線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)采用典型輸電系統(tǒng)模型進(jìn)行線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)， 試驗(yàn)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)PSL603G右側(cè)PSL603,使用光纖通道直接相連?開(kāi)關(guān)量輸出：兩套保護(hù)裝置通過(guò)跳閘接點(diǎn)和重合接點(diǎn)控制模擬斷路器的跳、合閘線圈?開(kāi)關(guān)量輸入：將模擬斷路器輔助接點(diǎn)接入保護(hù)?模擬斷路器：兩組輔助接點(diǎn)分別接給仿真系統(tǒng)和故障錄波器開(kāi)展的試驗(yàn)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(guò)渡電阻短路、系統(tǒng)振蕩試驗(yàn)、系統(tǒng)頻率偏移、解合環(huán)及手合故障、弱饋試驗(yàn)、 TV斷線試驗(yàn)、TA斷線試驗(yàn)、TA飽和試驗(yàn)、距離I段暫態(tài)超越、短路與PT斷線同時(shí)發(fā)生的復(fù)雜故障等。圖9-3為部分試驗(yàn)錄波圖。圖9-1中長(zhǎng)距離線路輸電系統(tǒng)模型

圖9-2220kV單電源環(huán)網(wǎng)圖模型I5E5也g直」!?tE_c朝雨跚唧刪酬螂帆一;聊:版和"圖9-2220kV單電源環(huán)網(wǎng)圖模型I5E5也g直」!?tE_c朝雨跚唧刪酬螂帆一;聊:版和"w"惻神神娜螂蝴就加轆岫u⑼慟加於網(wǎng)帆廠-,圖9-3K4點(diǎn)B相接地10ms后PSL603G側(cè)A相PT斷線雙母線母差保護(hù)試驗(yàn)采用典型輸電系統(tǒng)模型進(jìn)行雙母線母差保護(hù)試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)如圖 9-4所示。試驗(yàn)項(xiàng)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(shí)短路故障、死區(qū)短路故障、倒閘過(guò)程中短路故障、輔助觸點(diǎn)開(kāi)路試驗(yàn)、TA飽和與斷線試驗(yàn)、振蕩和振蕩中短路、經(jīng)過(guò)渡電阻故障試驗(yàn)、分裂運(yùn)行、充電保護(hù)的試驗(yàn)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)失靈試驗(yàn)、系統(tǒng)頻率偏移。圖9-4雙母線母差保護(hù)試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果表明：在做刀閘輔助觸點(diǎn)開(kāi)路試驗(yàn)，空載運(yùn)行時(shí)如果線路中負(fù)荷電流很小，保護(hù)無(wú)法判斷刀閘位置，故障后小差不能跳開(kāi)該線路，而只能由大差后備延時(shí)跳開(kāi)；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(wú)法識(shí)別出非全相狀態(tài)，非全相保護(hù)無(wú)法跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)；同樣，TA飽和判據(jù)受非周期分量的影響。江蘇電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置閉環(huán)仿真試驗(yàn)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(jī)173臺(tái)、負(fù)荷555個(gè)、交流線1114條、直流線1條、變壓器685臺(tái)。試驗(yàn)中采用機(jī)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(jī)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(guò)物理接口接入實(shí)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(dòng)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(yàn)錄波如圖 9-7、圖9-8所示。圖9-5江蘇電網(wǎng)接線圖接口非?保護(hù)裝置 物理設(shè)備數(shù)字系統(tǒng) 圖9-6江蘇電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置閉環(huán)試驗(yàn)圖9-7保護(hù)裝置跳閘波形圖9-8江蘇電網(wǎng)振蕩波形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(yùn)行在抽水狀態(tài)沙河抽水蓄能機(jī)組無(wú)故障跳閘的情況，對(duì)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(jī)組運(yùn)行在抽水狀態(tài)，機(jī)組功率發(fā)生大幅振蕩,發(fā)電機(jī)低功率保護(hù)動(dòng)作出口切除沙河兩臺(tái)機(jī)組。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(jī)組的功率波形及與錄波數(shù)據(jù)的比較。圖中藍(lán)色直線①：低功率保護(hù)定值，黑色曲線②：現(xiàn)場(chǎng)錄波功率數(shù)據(jù),紅色曲線③：仿真的實(shí)時(shí)功率數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，仿真的故障波形和實(shí)際的故障波形基本吻合。'口川_i?出功率曲線0 0.1 02 0.3H40.5 0.6 0.7 0.8 0.9時(shí)間（G圖9-10錄波波形與仿真波形對(duì)比國(guó)家電網(wǎng)5000節(jié)點(diǎn)級(jí)系統(tǒng)機(jī)電-電磁混合實(shí)時(shí)仿真采用國(guó)家電網(wǎng)公司5000節(jié)點(diǎn)級(jí)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括4884條母線、3257條交流線、2條直流線、3632臺(tái)變壓器、524臺(tái)發(fā)電機(jī)以及1452個(gè)負(fù)荷。系統(tǒng)大部分采用機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)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(guò)程，仿真波形如圖 9-12所示。東北嫉??rI三■川/京西,任G4工MJLI電磁暫態(tài)子網(wǎng)2修器破隹千局工原理居??即?—?—

湖北市苒■EiFu^na4-電磁暫態(tài)：7W圖9-11國(guó)家電網(wǎng)5000節(jié)點(diǎn)級(jí)系統(tǒng)?■?L??■前?■-?"??貌R..吉林電廠發(fā)電機(jī)的

有功功率伊敏電廠發(fā)電機(jī)對(duì)哈三

廠發(fā)電機(jī)的相對(duì)功角2H溫春21-2H穆校

21線路三相電流圖9-12故障后系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程華中電網(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(tái)發(fā)電機(jī)（含等值機(jī)）、934個(gè)負(fù)荷、2468條交流線路、1259臺(tái)并聯(lián)電抗器、5個(gè)串聯(lián)補(bǔ)償電抗、652臺(tái)雙繞組變壓器、1106臺(tái)三繞組變壓器、4條直流線路。采用機(jī)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(jī)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(jī)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(wèn)題。機(jī)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(shí)地反映HVDC和FACTS的動(dòng)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(dòng)態(tài)特性時(shí)往往會(huì)將交流系統(tǒng)等值為簡(jiǎn)單的等效電路， 這樣勢(shì)必丟失交流系統(tǒng)自身動(dòng)態(tài)性能的大量信息，即使采用并行算法求解，也難以對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真。而采用機(jī)電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真方法，解決了相互獨(dú)立的機(jī)電暫態(tài)或電磁暫態(tài)程序在研究電力系統(tǒng)時(shí)存在的固有缺陷，協(xié)調(diào)了仿真規(guī)模與計(jì)算準(zhǔn)確性之間的矛盾，為準(zhǔn)確分析大規(guī)模電網(wǎng)的暫態(tài)過(guò)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。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器閉環(huán)試驗(yàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器閉環(huán)試驗(yàn)采用的仿真算例如下圖所示，系統(tǒng)為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)采用自并勵(lì)方式，即發(fā)電機(jī)出口電壓并勵(lì)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(jī)轉(zhuǎn)子，為發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁。勵(lì)磁控制器采集發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、出口電流等變量，輸出6脈沖觸發(fā)信號(hào)，控制整流橋的導(dǎo)通，進(jìn)而控制勵(lì)磁電壓。圖9-14勵(lì)磁調(diào)節(jié)器試驗(yàn)系統(tǒng)圖勵(lì)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(jī)空載極端電壓+10%階躍、發(fā)電機(jī)帶載甩負(fù)荷、發(fā)電機(jī)帶載時(shí)雙回線第二回中段三相金屬性短路的試驗(yàn)錄波結(jié)果。圖9-15發(fā)電機(jī)空載極端電壓+10%階躍時(shí)機(jī)端電壓和勵(lì)磁電流

圖9-16發(fā)電機(jī)帶載甩負(fù)荷時(shí)機(jī)端電壓和勵(lì)磁電流圖9-17發(fā)電機(jī)帶載第二回線三相短路時(shí)機(jī)端電壓和勵(lì)磁電流750kV可控串補(bǔ)控制器閉環(huán)試驗(yàn)本試驗(yàn)以西北電網(wǎng)為研究對(duì)象，在電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真裝置（ADPSS）中接入實(shí)際的可控用補(bǔ)控制器，開(kāi)展全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真試驗(yàn)。試驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用西北電網(wǎng)2010年冬大運(yùn)行方式下的規(guī)劃數(shù)據(jù)，采用機(jī)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(shí)際的TCSC控制器。圖9-18試驗(yàn)采用的河西走廊750kV串補(bǔ)配置圖9-19是TCSC控制器采用阻抗開(kāi)環(huán)控制時(shí)的阻抗命令值由 1.2p.u.階躍至pu,然后又階躍至1.2p.u.的試驗(yàn)結(jié)果。

u.nrcsnrx2.521.519.8 9.9 u.nrcsnrx2.521.519.8 9.9 10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8t/secondsupcspx21.5119.8 19.9 20 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7 20.8t/seconds圖9-19阻抗開(kāi)環(huán)控制試驗(yàn)圖9-20是TCSC控制器采用阻抗閉環(huán)控制時(shí)的阻抗命令值由 1.2p.u.階躍至」Lr-二),5

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