2024年海量异构电力电子设备标准化电磁暂态建模技术报告_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

本研究聚焦于新型电力系统中海量异构电力电子设备的电磁暂态建模问题，旨在构建一个标准化、通用性强、仿真精度高且适用于大电网仿真的模型库。研究覆盖新能源、储能、SVG、直流输电系统以及含分布式电源的负荷等关键设备，形成了一套系统化的建模方法和技术路线，以满足电力系统安全稳定分析和控制策略优化的需求。

主要观点

• 仿真精度与效率的平衡：在建模过程中，需兼顾仿真精度与计算效率，避免因模型过于复杂而影响仿真性能。
• 模型标准化与灵活性：模型库需具备灵活性，以适应不同场景、不同设备类型以及不同控制策略的需求。
• 通用性与可推广性：模型需适用于多种电磁暂态仿真平台，并具备开放接口，便于推广应用。
• 知识产权与控制策略的可见性：在不泄露知识产权的前提下，需提取并分类设备的控制特性，实现模型的可研究性和可分析性。

关键信息

1. 海量异构电力电子设备建模挑战

• 异构性：新能源、储能、SVG、LCC直流、VSC直流等设备种类繁多，控制策略差异大。
• 模型局限性：半实物模型不适用于大电网仿真，数字封装模型受限于知识产权，典型结构化模型精度不足。
• 建模方向：需建立统一接口、标准化结构、通用性模型，以提升建模效率和仿真精度。

2. 研究目标

• 构建涵盖新能源、储能、SVG、直流输电系统、含分布式电源的负荷等多种设备的标准化电磁暂态模型库。
• 模型库应支持不同场景下的选择和灵活组态，适应规划、运行和科研等多方面需求。
• 提供模型标准化设计依据，适用于国内外主流电磁暂态仿真平台。

3. 技术路线

• 调研收资：收集主流设备的技术水平、主回路拓扑、控制策略等信息。
• 特性分析：测试设备控制特性，提取关键参数。
• 结构设计：设计主回路与控制器的标准化结构。
• 模型建立：基于结构设计建立详细模型。
• 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：封装模型并发布至模型库。

4. 研究进展

(1) 光伏发电与直驱风机建模

• 对不同型号光伏和直驱风机进行了全面测试，提取了穿越控制特性。
• 建立了涵盖主流厂家和型号的标准化模型库。
• 已应用于青海、张北、西藏、新疆等大规模新能源送出的仿真研究中。

(2) 双馈风机建模

• 测试了不同型号双馈风机的控制特性，设计了标准化模型结构。
• 建立了典型结构化模型，并应用于大规模风电送出仿真。

(3) SVG建模

• 构建了典型一次回路结构和二次控制保护策略的SVG结构化模型。
• 实现了跟网型与构网型SVG的控制策略自由切换。
• 已应用于张北、青海、西藏等新能源基地的仿真研究。

(4) 储能系统建模

• 构建了电化学储能的详细结构化模型，包括主电路、测量模块和控制保护模块。
• 实现了储能系统的聚合建模和多机多核仿真。
• 已应用于西藏电网的安全稳定仿真试验。

(5) 高压直流输电系统建模

• 常规直流：完成了稳态运行及换相失败、重启动、故障闭锁等暂态过程的建模，实现了限制型与选择型调节器的建模。
• 柔性直流：建立了包括外环控制、电流内环控制、环流抑制、锁相环等的结构化模型，支持虚拟同步控制、PQ控制、VF控制的自由切换。
• 已完成对全部在运特高压直流工程的一对一建模，并通过仿真波形对比验证了模型的准确性。

(6) 含分布式电源的负荷建模

• 构建了分布式光伏、电动汽车、变频电机等典型结构化模型。
• 提出了融合传统负荷与分布式电源特性的等效模型结构及关键参数测辨方法。
• 支持不同占比、运行方式及接入拓扑下的负荷模型应用。

阶段成果发布

• 光伏发电标准化模型库：包含11套不同类特性的光伏发电模型。
• 直驱风机标准化模型库：包含6套不同类特性的直驱风机模型。
• 常规直流输电标准化模型库：包含7种典型结构化模型及国网公司全部16回在运特高压直流和6回其他直流模型。
• 柔性直流标准化模型库：包含4种典型拓扑结构的柔性直流模型。
• 含分布式电源的负荷模型库：包含多种设备的结构化模型及等效模型。

成果发布形式

• 模型库支持多种主流电磁暂态仿真平台（如ADPSS、HYPERSIM、PSMODEL、PSCAD、RT-LAB等）。
• 提供动态链接库（DLL/ LIB / A / SO），便于调用和集成。
• 模型使用说明包括主电路模型、控制器动态链接库、接口参数及适用场景说明。

后续成果发布计划

• 持续完善模型库，支持更多设备类型和控制策略。
• 推动模型在更大范围内的应用和推广，提升新型电力系统仿真能力。

模型使用说明

• 主电路模型：提供详细拓扑和元件参数。
• 控制器动态链接库：支持调用方法和控制结构。
• 接口参数：明确输入输出量及关键控制参数。
• 适应场景：说明模型适用的仿真场景及条件。

期待与展望

• 本研究为新型电力系统的建模与仿真提供了系统化的解决方案。
• 未来将进一步推动模型库的开放与应用，提升电力系统分析的准确性和效率。
• 欢迎相关领域专家与用户提出宝贵意见，共同完善模型库体系。