【摘 要】
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近年来,全球能源互联网不断发展,风电、光伏等分布式电源(DGs,distributed generations)在电网中渗透率不断提高,对电力系统的安全稳定经济运行产生重大影响。光伏发电系统的接入规模在接入的分布式电源中占比很高,其规模化接入对电网影响愈发明显。对光伏发电系统进行仿真分析,是进一步充分开发利用太阳能的重要手段。然而,光伏发电系统的结构复杂、模型阶数高、电力电子设备数量庞大,其接入大
【基金项目】
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国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项(2018YFB0904700),《中低压直流配用电系统关键技术及应用》; 国家自然科学基金委员会国际(地区)合作与交流项目(52061635104)
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近年来,全球能源互联网不断发展,风电、光伏等分布式电源(DGs,distributed generations)在电网中渗透率不断提高,对电力系统的安全稳定经济运行产生重大影响。光伏发电系统的接入规模在接入的分布式电源中占比很高,其规模化接入对电网影响愈发明显。对光伏发电系统进行仿真分析,是进一步充分开发利用太阳能的重要手段。然而,光伏发电系统的结构复杂、模型阶数高、电力电子设备数量庞大,其接入大大增加了电力系统整体仿真时间,仿真复杂度也不断攀升,机电暂态仿真在仿真精度和时间尺度上已经难以满足接入大量电力电子器件的电网仿真需求,电磁暂态仿真的需求逐渐增加。同时,由于大量电力电子开关的接入,现代电力系统呈现出电力电子化的趋势和复杂性快速增加的特征,也让微秒级的电磁暂态仿真难度大大增加。传统数字电磁暂态仿真技术已无法满足研究、实验、生产等方面的需求。针对上述问题,本文以双级式光伏并网发电系统为主要研究对象,对光伏发电系统的电磁暂态仿真建模技术及仿真加速方法两方面进行研究,主要内容如下:(1)研究分析光伏发电系统电磁暂态仿真模型的仿真特性。根据已提出的建模理论建立光伏发电系统各模块相应的电磁暂态仿真模型,在此基础上通过仿真比对各模块模型的仿真效果,得到不同模型的优缺点,据此提出适用不同场景的模型选择策略,可在不浪费计算资源的前提下进行满足对应仿真需求的高效光伏发电系统电磁暂态仿真。(2)建立改进光伏发电系统的电磁暂态仿真模型。建立光伏发电系统不同模块的电磁暂态仿真改进模型,对光伏阵列、斩波器、逆变器等模块进行分析。针对光伏阵列的数学模型特性,提出一种考虑延时误差修正的光伏阵列仿真模型,提高了光伏阵列的仿真精度和收敛效率。同时根据换流器桥臂的结构特点,提出一种基于交叉初始化(CI,cross initialization)的换流器参数化恒导纳模型,在不影响模型仿真精度的同时提高了模型的仿真效率。基于双级式并网光伏发电系统,对改进模型与已有模型分别进行仿真,结果表明改进模型的仿真特性与理想模型基本一致,且具有更高的仿真效率。(3)提出考虑多重开关动作和重初始化的电磁暂态仿真插值算法。首先,对已有的插值算法进行算法对比,得到不同算法的优缺点,并对插值算法的基本特性进行分析。同时提出一种考虑多重开关动作和重新同步化过程的开关动作插值算法,提高了插值算法的仿真效率。通过仿真对比验证,所提插值算法实现了仿真计算精度和效率的兼顾。
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