解决方案分享 | 大规模交直流电网仿真分析系统

随着我国经济的快速增长，对能源的需求进一步提高，全国联网格局的初步形成、新能源基地的开发、区域电网的快速发展、电力市场化等因素使我国电网呈现出了良好的发展态势，但也应该看到由于联网初期电网结构薄弱和电网规模迅速扩大使电网的运行控制面临着极大的挑战，特别是近几年在运行中暴露出的动态稳定问题、短路电流问题、电磁环网问题、电压稳定问题及直流多馈入系统安全稳定问题等等。为保证规模大、系统特性复杂的交直流电网安全可靠运行，必须采用合理的仿真手段对其展开多方面地深入研究。

科梁提供的高压交直流系统仿真方案涵盖了控制保护装置的硬件在环仿真、数字仿真与物理仿真装置互联的混合仿真、异步互联混合仿真等关键技术，可以为用户在以下电力系统仿真领域提供完整的解决方案：

• 直流系统次同步振荡问题分析；
• 特高压电网数模混合实时仿真研究；
• 高压电网送受端交直流相互影响的仿真研究；
• 电力系统控制保护装置的试验研究；
• 直流输电工程仿真研究及系统调试；
• 特高压直流输电关键技术的仿真试验研究。

系统原理

HYPERSIM为交直流电网仿真提供了全方面的解决方案，包含了FACTS、SVC、STATCOM、MMC、HVDC等各电网系统。HYPERSIM实时仿真器由使用最新Intel Xeon处理器的CPU仿真器和Xilinx FPGA仿真器组成，CPU仿真器作为大规模复杂电力系统电磁暂态仿真并行处理仿真计算，FPGA仿真器计算微妙级以下的高频电力电子器件仿真，同时用作连接外部设备与CPU仿真器之间的接口单元。

系统优势

• 先进的数字仿真平台
• 成熟精确的工程模型
• 灵活的开放性
• 丰富的仿真测试工具

解决方案

控制保护装置的硬件在环仿真

全数字仿真程序HYPERSIM与控制保护装置交互的仅为（控制）信号量，电压一般在-15V~+15V之间，此时的接口为信号接口。H YPERSIM经D/A或D/O输出开关量、分接头位置信息等给直流控制保护装置，同时，控保装置通过A/D、D/ I将相关控制信号反馈至仿真程序，交互信号传输由专用电缆或光纤实现。

数字仿真与物理仿真装置互联的混合仿真

HYPERSIM与一次物理仿真装置的互联需完成两者之间的功率传递。由于数字侧输出端口的功率为毫瓦级，而物理仿真装置端口的功率一般在几十瓦左右，因此必须选择适当的能量转换装置。将输电线路解耦方法应用到数模混合仿真中，则可采用电力系统中最常用的输电线路元件实现数字侧与物理侧的网络分割。将分布参数线路的波过程转化为仅含电阻和电流源的集中参数电路，线路两端的电磁联系由等值电流源来实现，将电力网络分为两个相互独立的网络并进行并行计算。

不同仿真软件之间的异步互联混合仿真

将输电线路解耦方法应用到不同仿真软件之间的混合仿真中，则可采用电力系统中最常用的输电线路元件实现不同仿真步长软件之间的联合仿真。

不同仿真软件之间的互联，可方便实现交流大电网与HVDC、UHVDC、VSC-HVDC、背靠背直流、直流控制保护系统以及系统安稳装置和各种继电保护装置等的互联仿真。同时，可实现仿真系统与其他仿真设备的互联，如TCSC、STATCOM等电力电子设备，风力发电、太阳能发电等可再生能源以及储能装置等，既可对大规模交直流输电系统进行实时的仿真研究，还将实时地跟踪电网的数据变化，与整个大电网的安全控制、在线监测系统如WAMS、PMU有机地融为一体。联合仿真系统的实现也将进一步扩大数字仿真的研究领域和应用范围，如控制系统、动力系统等。

应用方案

某电科院仿真中心新一代数模混合仿真平台

平台搭建：某电科院致力于发展新一代数模混合仿真平台，平台采用SGI超级计算机作为HYPERSIM CPU仿真器，OP5607作为HYPERSIM仿真器与控制保护设备之前的接口，将该用户数十条LCC-HVDC、 LCC-UHVDC、MMC工程控制保护装置接入HYPERSIM仿真，并搭建交流网络电磁暂态数字模型。本仿真平台采用HYPERSIM作为大规模电网实时仿真器，接入数十条直流控保设备进行硬件在环测试，并将数据上传SCADA监控平台，大规模的电磁暂态仿真应用对于提高该用户系统整体安全性和前瞻性有着积极作用。

研究内容：采用电磁暂态全数字实时仿真及直流输电控制保护装置，建立多回直流和特高压交流骨干网混合输电的数模混合仿真系统，对特高压电网的稳定特性进行试验研究，特别是直流闭锁对系统稳定性的影响以及直流多落点地区交直流系统相互影响研究，为特高压电网规划及安全稳定运行提供技术支持，同时验证离线仿真研究结论。