通过前面机电-电磁暂态混合仿真的理论分析，为保证仿真结果的准确性、仿真速度、效率以及精度，尽量降低电磁暂态子网的规模及数量，需要按照分网规则对混合仿真模型进行手工或者自动分网，并且选择合理的接口位置。电磁暂态子网部分的计算由电磁暂态模型完成并通过机电暂态接口与机电暂态子网进行机电暂态计算数据的实时交互，从而完成机电-电磁暂态混合仿真。......
2023-06-29
机电-电磁暂态混合仿真的基本原理及接口技术解析
【摘要】：图2.20机电-电磁暂态混合仿真原理图接口技术是机电-电磁混合仿真中的关键技术，主要包括接口位置的合理选择、机电子网和电磁子网两侧等值电路的形式以及两侧的数据交互方式、数据转换、电磁子网的仿真数值提取和数值稳定性、实时性等问题[7]。提交机电暂态子网和电磁暂态子网任务和作业，执行机电-电磁暂态混合仿真计算，并对其结果进行输出。
随着换流装置、SVC等电力电子器件以及其他具有非线性特性的元件在电力系统中的广泛应用，这些元件引起的波形畸变及其快速暂态过程对大规模复杂电力系统机电暂态过程的影响愈发显著，极大地增加了电网分析、运行和控制的复杂度。基于基波、单相和相量模拟技术的电力系统机电暂态仿真程序不能仿真换流装置等电力电子装置的快速暂态特性以及不能满足仿真的精确性；而电磁暂态仿真程序受模型和算法的限制，一般进行电磁暂态仿真时，都要对电力系统进行等值简化[5，6]。相互独立的电力系统电磁暂态仿真程序和机电暂态仿真程序，已难以适应现代电力系统对仿真的要求。因此，需要将电磁暂态程序和机电暂态结合起来进行混合仿真。
机电-电磁暂态混合仿真技术综合了机电暂态仿真和电磁暂态仿真各自的优点，通过电磁暂态和机电暂态分网，对大规模常规电力系统进行机电暂态仿真，此过程不需要对电力系统进行等值，就可以实现对其中重点关注的局部区域或者特定元件进行电磁暂态仿真。该技术可以较好地协调系统仿真的规模、精确性和快速性等问题，为大规模电力系统的稳定性和动态特性分析和研究提供了新的方法和途径。电力系统机电-电磁暂态混合仿真的基本原理如图2.20所示。
图2.20 机电-电磁暂态混合仿真原理图
接口技术是机电-电磁混合仿真中的关键技术，主要包括接口位置的合理选择、机电子网和电磁子网两侧等值电路的形式以及两侧的数据交互方式、数据转换、电磁子网的仿真数值提取和数值稳定性、实时性等问题[7]。对于交直流网络，考虑到电磁暂态仿真比较详细，为缩小仿真范围、减轻计算负担、提高仿真效率、保证仿真精度并且将换流装置、FACTS等电力电子器件包含在电磁暂态仿真程序中，通常选取高压或者特高压直流中换流变压器交流侧母线处或者FACTS等电力电子装置连接变压器侧母线处[8，9]。当系统发生故障时，扰动引起波形畸变比较严重，仿真准确性降低，可以考虑将接口位置延伸到交流系统内部来降低波形畸变程度，从而提高仿真的精确性[10]。有专家提出将接口选在有充足无功备用容量的母线上，使接口处母线电压以及支路电流波形畸变保持在一定的限度内。混合仿真中需要对网络进行等值化简处理，当进行电磁暂态网络计算时，对机电暂态网络进行戴维南等值，当进行机电暂态网络计算时，对电磁暂态网络进行诺顿等值，其等值电路如图2.21所示。
图2.21 机电-电磁暂态接口等值电路
大电网机电-电磁暂态混合仿真，通常分为以下几个步骤[11～13]：
（1）确定需要仿真分析的目标网架结构及其相关参数，根据实际情况建立目标电网的机电暂态仿真模型，并对其进行潮流计算。
（2）根据特高压交直流电网的潮流计算结果以及电网仿真的具体情况确定分网方案，利用手工或者自动分网方法合理划分机电暂态子网和电磁暂态子网。
（3）根据网络划分的具体情况，建立各电磁暂态子网的仿真模型，并添加机电暂态接口，然后按潮流计算结果填写电磁暂态子网初始潮流。
（4）提交机电暂态子网和电磁暂态子网任务和作业，执行机电-电磁暂态混合仿真计算，并对其结果进行输出。
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