【中国电力科学研究院】2024海量异构电力电子设备标准化电磁暂态建模技术研究报告_33页_10mb

海量异构电力电子设备标准化电磁暂态建模技术总结

核心内容

随着新型电力系统的发展，电力电子设备数量和类型迅速增加，包括风机、光伏、储能、SVG、LCC直流、VSC直流等。这些设备的接入使系统电力电子化特征显著增强，对系统运行特性产生了深刻影响。为提升新型电力系统安全稳定分析能力，亟需建立标准化电磁暂态模型库，以实现高精度、高效率、高灵活性的系统级仿真研究。

主要观点

• 标准化模型库是解决海量异构电力电子设备建模难题的关键。
• 模型需兼顾仿真精度、效率、灵活性和易用性，满足不同场景下的仿真需求。
• 通过统一建模接口、结构设计、参数提取和模型测试等步骤，实现模型的标准化。
• 模型需覆盖新能源、储能、SVG、直流输电系统、含分布式电源的负荷等多个方面。

关键信息

1. 电力电子设备建模现状与挑战

• 半实物模型：与实际机组控制特性一致，但受知识产权保护，不便于研究分析，仅适用于单机仿真。
• 数字封装模型：虽然通用性较强，但仿真精度不足，且大规模仿真占用计算资源较多。
• 典型结构化模型：精度不足，难以反映实际设备复杂特性。

2. 标准化建模目标

• 构建涵盖新能源、储能、SVG、直流、负荷等多种设备的标准化电磁暂态模型库。
• 模型库需具备灵活易用、可按不同需求选择、可应用于不同仿真平台的特性。
• 支撑电力系统规划、运行、科研等多场景的仿真分析。

3. 标准化建模技术路线

• 调研收资：收集主流设备技术参数、控制特性等信息。
• 特性分析：提取设备控制特性、系统强度适应性等关键信息。
• 结构设计：设计主回路和控制器的标准化结构。
• 模型建立：基于标准化结构建立模型。
• 模型测试：进行小系统和大电网仿真测试，验证模型性能。
• 模型入库：完成模型封装、测试和发布流程。

4. 研究进展

• 光伏发电单元和直驱风机：已完成不同型号机组的控制特性测试，构建了标准化模型库，已应用于青海、张北、西藏、新疆等大规模新能源接入仿真。
• 双馈风机：已完成控制特性分类与典型结构化模型建立，应用于大规模风电送出仿真。
• SVG：构建了跟网型和构网型的典型结构化模型，应用于张北、青海、西藏等地区仿真。
• 储能系统：构建了电化学储能结构化模型，完成了与厂家模型的对比验证，应用于西藏电网安全稳定仿真。
• 高压直流输电系统：
  • 常规直流：完成特高压直流和常规直流模型建模，实现换相失败、重启动、故障闭锁等过程建模，具备发布条件。
  • 柔性直流：建立外环控制、电流内环控制、环流抑制等结构化模型，支持多种控制方式切换，已完成背靠背柔直、柔直电网等典型模型构建。
• 含分布式电源的负荷模型：构建了分布式光伏、电动汽车、变频电机等典型结构化模型，提出融合传统负荷和分布式电源特性的等效模型结构及参数测辨方法。

5. 阶段成果

• 光伏发电标准化电磁暂态模型库：包含11套不同类特性的模型。
• 直驱风机标准化电磁暂态模型库：包含6套不同类特性的模型。
• 常规直流输电工程标准化电磁暂态模型库：包含7种典型结构化模型，覆盖国网公司全部16回在运特高压直流和6回其他直流工程。
• 典型柔性直流输电系统标准化电磁暂态模型库：包含4种典型拓扑的结构化模型。

6. 模型使用说明

• 提供主电路模型说明，包括详细拓扑、元件参数等。
• 提供控制器动态链接库使用说明，包括调用方法、控制结构等。
• 提供接口参数说明和适应场景说明，便于用户选择和使用。

7. 成果发布形式

• 动态链接库：基于标准C语言，支持Windows和Linux平台，适用于ADPSS、HYPERSIM、PSMODEL、PSCAD、RT-LAB等主流仿真平台。
• 建模导则：规范模型结构、建模原则、测试方法等，确保模型的统一性和可推广性。

8. 后续计划

• 计划发布含分布式电源的负荷模型，进一步完善模型库覆盖范围。
• 持续优化模型性能，提升仿真精度与效率。

总结

本研究聚焦于构建海量异构电力电子设备标准化电磁暂态模型库，旨在解决因设备类型繁多、控制策略复杂、模型精度不足等问题带来的仿真挑战。通过调研、特性分析、结构设计、模型建立、测试与入库发布等步骤，形成了覆盖新能源、储能、SVG、直流输电系统、含分布式电源的负荷等多类设备的标准化模型库，为电力系统安全稳定分析提供了坚实支撑。