【摘 要】
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复杂配电网是电力系统的重要环节,节点数量多、设备数量多、分布范围广、网络结构复杂是当今配电网的主要特点,且随之而来的配电自动化的普及、智能终端的设置、分布式电源的并网、电力电子设备的投入,配电网在复杂程度上呈指数上升趋势,给相应的配网实时仿真带来了巨大的挑战,加上数字孪生配电网这一概念的提出,能够匹配复杂配电网的实时仿真也显得尤为重要。传统的单核电磁暂态仿真已经不能满足快速实时仿真的要求。为实现复
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复杂配电网是电力系统的重要环节,节点数量多、设备数量多、分布范围广、网络结构复杂是当今配电网的主要特点,且随之而来的配电自动化的普及、智能终端的设置、分布式电源的并网、电力电子设备的投入,配电网在复杂程度上呈指数上升趋势,给相应的配网实时仿真带来了巨大的挑战,加上数字孪生配电网这一概念的提出,能够匹配复杂配电网的实时仿真也显得尤为重要。传统的单核电磁暂态仿真已经不能满足快速实时仿真的要求。为实现复杂配电网电磁暂态实时仿真,本文对提高电磁暂态仿真速率的模型分割方法及接口算法进行了研究,并在含有分布式电源的复杂配电网以及在配电网馈线自动化的情况下下进行了模型分割应用研究。首先,论文阐述了模型分割技术的国内外研究现状,分析了配电网的发展现状及前景,并研究了模型分割在复杂配电网背景下的研究意义。其次,论文介绍了模型分割接口整体架构及接口算法,包括模型分割接口实现原理、电磁暂态网络计算方法,讨论了电力系统模型分割串行及并行计算时序,并介绍了几种常用的模型分割方法:长输电线线路解耦法、状态空间节点(SSN)法、节点分裂法、理想变压器模型(ITM)法,并结合复杂配电网,分析了各个接口方法的优缺点。然后,基于并行计算时序,针对理想变压器模型(ITM)法,提出在各种线路条件下,电压型ITM接口和电流型ITM接口的传递函数公式及稳定性判据,论述了几种提高接口稳定性的改进措施,但该类改进措施并不能从根本上突破ITM接口稳定性判据的限制,由此,根据所提出的电压型ITM接口和电流型ITM接口的传递函数,得出了电压型ITM接口不满足稳定性时,电流型ITM接口必然稳定的结论,反之亦然。根据该结论提出ITM接口转换算法,并做出相应的仿真验证。再者,分布式电源的接入会影响到配网功率和电流的流向,传统的ITM接口会因为不满足接口稳定特性,而导致仿真失败。为了研究不同分割接口在此种情况下的适用性,分别使用SSN算法和ITM转换算法,基于MATLAB/Simulink,采用下垂控制,搭建了带DG的配电网模型,利用单个接口将系统分割成两个子系统,利用分布式微网的并网运行方式和孤岛运行方式,分别验证了ITM转换接口和RT-LAB自带SSN接口在此种情况下的分割特性,进行了相应的仿真结果分析。最后,同样的,在配网馈线故障的情况下,馈线自动化会让配网中的开关动作,必然会使配电网的拓扑结构发生变化,传统的ITM接口同样将不再适用。所以,面对这一种情况,文章针对智能分布式馈线自动化,设计了其控制策略,并基于MATLAB/Simulink对不同位置功能的智能终端(STU)进行了仿真建模,使配电网能够进行故障检测、故障隔离、非故障区段供电恢复的自动化功能。为了验证SSN接口和ITM转换接口的适用性和稳定性,使用两个分割接口将IEEE33节点分割为两个子系统,在智能分布式馈线自动化(FA)的条件下,分别进行了对比验证实验。由两个应用实验可知:在使用SSN法对复杂配电网进行分割时,在忽略硬件使用条件的情况下,输出波形好,误差忽略不计,能适用于稳态和暂态仿真,但SSN接口是RT-LAB实时仿真机特有的分割模块,内部加密,目前无法在其他仿真器中使用。分布式电源的接入及配电自动化设备的投入是配电网复杂性的体现,且复杂配电网具有节点数多、结构灵活的特点,传统ITM接口在复杂配电网中必将因为潮流方向改变、配网结构变化等原因失稳,从而导致仿真失败,但改进的ITM转换接口能够在复杂配电网中具有适用性,其结构简单,稳态情况下波形同样稳定,暂态情况下,存在一定的振荡和波动,但在暂态过程后,波形趋于稳定。
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