基于RT-LAB的交直流电力系统仿真方法研究

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为了详细模拟交直流电力系统的暂态过程,本文研究了基于RT-LAB的交直流电力系统仿真方法。  通过查阅相关文献,综述对比了目前常用的支持并行计算的电磁暂态仿真工具。其中RTDS仅支持实时仿真,PSCAD/EMTDC仅支持离线仿真,而ADPSS和RT-LAB对于实时仿真和离线仿真两种模式均可支持。  整套RT-LAB仿真系统分为硬件机架eMEGAsim和上位机软件RT-LAB,它们通过以太网通信,软件中还内置了MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的程序接口。为了实施并行计算,RT-LAB需要将仿真文件分块成一个或多个子系统,并给每个子系统分配独立的计算资源。RT-LAB定义了两种线路模型用来连接分块后的各个子系统并实现计算解耦,其基本原理都是分布参数单根小损耗线路的Dommel模型,在本文中有详细地推导。另外针对仿真系统的稳态初始化,通过SimPowerSystems提供的PowerGUI模块可以直接完成纯交流系统的初始化,本文在此基础上进行了扩展,提出了针对交直流系统的初始化方法,并且通过算例验证了可行性。  MATLAB/Simulink/SimPowerSystems提供的内置模型,有时不能满足用户的需求,可以通过自定义功能来开发需要的仿真模型。本文详细论述了自定义建模的相关问题,包括介绍Simulink中常用于自定义建模的内置模块、自定义模型的图形用户界面(GUI)封装、自定义模型加载到Simulink库列表的方法。另外还研究了控制器建模的一些关键问题,包括:(1)传递函数和状态空间的差异性,表明状态空间可以设置状态量初值,更适合电力系统仿真;(2)积分器饱和的影响,会导致控制器动态响应较慢,提出通过自定义抗饱和的积分器来解决。参照BPA中GH卡,在Simulink中进行相应的建模,通过输出特性的对比测试,验证了这套方法的有效性。  此外,在MATLAB/Simulink/SimPowerSystems中手动搭建大规模电力系统是比较困难且容易出错的。大电网规划的原始数据通常是BPA或者PSS/E格式的,本文初步研究了BPA和PSS/E仿真文件向RT-LAB仿真文件的自动转换方法,主要分为三个步骤:(1)原始数据读取,是通过编程读取文本文件实现的;(2)元件添加和拓扑构建;(3)RT-LAB仿真文件的子系统分块和封装,目前依靠手工实现。针对步骤二,文中提出了两种实现方式,一是通过MATLAB自带的函数完成元件添加和连线;二是按照Simulink仿真文件的文本格式,通过写文本文件的方式添加元件和连线,这种方法不需要依靠MATLAB环境编程,任何编程语言均可实现。通过一个三机九节点算例转换前后的对比测试,验证了这套方法的有效性。
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