电磁暂态模型开发及应用平台的研究成果分析

基于电磁暂态计算的交直流系统建模与仿真目前仍是研究的热点，尤其是随着特高压交直流电网的建设与发展，越来越多的柔性输电设备在电网中应用，采用电磁暂态仿真可以更好的研究非线性电力电子器件及其控制系统与电网之间的相互影响及其动态特性，对交直流系统进行电磁暂态建模时，因网络规模大、拓扑结构及元件参数设置复杂，直流控制系统模型与实际工程应用软件功能差异大，交直流系统的电磁暂态建模始终是一个难点。针对该问题，本论文结合工程实践和实际需要，进行了交直流系统电磁暂态模型的基础元件模型研究与开发应用工作，主要研究成果包括：

（1）首次将应用数学中的图论理论应用于电网拓扑结构的构建，完成非可视化机电暂态BPA网络数据向可视化电磁暂态仿真PSCAD/EMTDC的电网拓扑结构及设备参数的自动模型转换，开发了应用平台。根据BPA网络潮流和稳态数据自动获取发电机、调速器、励磁机、变压器、线路、负荷等模型的仿真参数，转换后的交流系统与原系统拓扑结构相同，具有基本相同的潮流和系统暂态特性。

（2）在深入分析实际工程直流控制保护系统应用软件功能模块的基础上，在PSCAD/EMTDC中构建独立的自定义模型库，该模型库的功能与实际工程控制系统基本模块的功能一致，构成了基于PSCAD/EMTDC的交直流系统电磁暂态仿真平台。实际工程控制保护系统应用软件中的每个功能模块与自定义模型库中的模块存在一一对应关系，每个模块的外观相似、仿真功能相同，基于本仿真平台可以搭建与实际工程功能基本一致的直流控制保护系统模型。本研究扩展了PSCAD/EMTDC软件的功能，丰富了软件的模型库，使仿真模型与实际工程更紧密地结合在一起，推动了直流输电控制保护系统仿真工程应用技术的研究。

（3）研究了各功能模块在离线、非实时电磁暂态仿真环境下与实际控制保护系统工控机中运行的应用软件具有一致的功能、执行周期和中断机制的实现方法，从而可以利用仿真模型等效工程实际应用软件的功能，提高了直流控制保护系统仿真模型的精确度。采用该研究成果的电磁暂态仿真平台与实际工程的工控机相比，在不考虑实时仿真和测试外接设备的情况下，二者具有相同的控制系统软件功能，都可以用于开展交直流接入系统研究、动态性能研究、控制保护系统参数优化、过电压与绝缘配合研究等工作内容，但前者节约了大量设备采购资金，从而使更多的研究人员有条件、更方便的进行直流控制保护系统功能方面的研究与开发工作。(www.xing528.com)

（4）基于PSCAD/EMTDC的交直流系统仿真平台进行了三峡—常州直流输电工程的仿真建模，并将仿真结果与采用“RTDS+实际外部控制系统”的实时闭环仿真的结果进行了比较，结果表明本书所研究的仿真平台与实际控制系统的应用软件具有等效性，在不需要实时仿真的情况下，可以基于本书所研究的仿真平台进行直流控制保护系统的仿真研究。

（5）结合青藏直流输电工程中存在的“大直流弱交流，大机组小电网”问题，采用本书研究成果，构建了藏中电网交流系统以及青藏直流的电磁暂态模型，针对藏中电网交流系统故障导致青藏直流换相失败的案例进行了仿真分析，仿真重现了现场实际的故障现象，对青藏直流降压运行时降低交流系统故障导致直流换相失败的几率进行了仿真研究，提出了抵御换相失败风险的有效的运行防范措施。比较了标准的CIGRE控制系统模型仿真结果与工程实际控制系统的差异，说明了仿真模型的准确度对工程应用研究的重要性。