2024海量异构电力电子设备标准化电磁暂态建模技术研究报告-中国电力科学研究院_33页_10mb

海量异构电力电子设备标准化电磁暂态建模技术总结

核心内容

随着新型电力系统的发展，大量异构电力电子设备如风机、光伏、储能、SVG、LCC直流、VSC直流等接入电网，使得系统电力电子化特征日益明显，对系统运行特性产生了深刻影响。为提升新型电力系统的认知水平，亟需采用电磁暂态仿真手段进行系统级研究。然而，当前的建模方式存在诸多局限性，如模型精度不足、通用性差、知识产权保护限制等，因此构建标准化电磁暂态模型库成为关键。

主要观点

1. 标准化模型库的必要性
   构建涵盖新能源、储能、直流、分布式电源等多种电力电子设备的标准化电磁暂态模型库，能够平衡仿真精度、效率、灵活性和易用性，满足电力系统安全稳定仿真分析需求。

2. 模型的灵活性与适应性
   模型库支持根据电网规划、运行及科研的不同需求，选择相应的模型。同时，模型具备一定的通用性，可应用于国内外主流电磁暂态仿真平台。

3. 模型的准确性与验证
   模型需经过详细的特性测试、结构设计和仿真验证，确保其与实际设备控制特性一致，且具备良好的仿真性能和大电网适应性。

4. 模型的推广应用
   标准化模型库可为设备制造商提供设计依据，便于模型的推广应用和跨平台使用。

关键信息

1. 模型类型与覆盖范围

• 新能源设备：包括光伏、直驱风机、双馈风机等。
• 储能与SVG：涵盖跟网型和构网型储能、SVG设备。
• 直流输电系统：包括LCC、VSC、CLCC、SLCC、混合直流、多端直流、直流电网等类型。
• 分布式电源与负荷：包括分布式光伏、风机、储能、电动汽车、变频电机等，与传统负荷有机结合。

2. 模型建模方法

• 标准化建模技术路线：包括调研收资、特性分析、结构设计、模型建立、模型测试、入库发布等步骤。
• 控制特性分类：根据设备控制特性进行分类，如跟网型、构网型等。
• 结构化建模：通过解构设备的一次回路和二次控制保护系统，构建结构化模型，提高模型通用性和可复用性。

3. 模型测试与验证

• 小系统测试：包括单机稳态、暂态测试及聚合模型测试。
• 大电网测试：接入大电网进行仿真性能测试，确保模型适用于大规模系统。
• 一致性验证：通过与实际工程波形对比，验证模型准确性，确保其具备发布条件。

4. 模型库成果

• 光伏发电标准化模型库：包含11套不同类特性的光伏发电电磁暂态模型。
• 直驱风机标准化模型库：包含6套不同类特性的直驱风机电磁暂态模型。
• 常规直流模型库：包含7种典型常规直流结构化模型，覆盖国网公司全部16回在运特高压直流和6回其他直流模型。
• 柔性直流模型库：包含4种典型拓扑结构的柔性直流模型，涵盖背靠背柔直、柔直电网、端对端柔直、混合级联直流等。

5. 模型发布与使用

• 发布形式：模型以标准化形式发布，包括模型库、动态链接库（DLL/ LIB / A / SO）等。
• 使用说明：提供主电路模型、控制器动态链接库、接口参数及适应场景的详细说明。
• 适用平台：支持ADPSS、HYPERSIM、PSMODEL、PSCAD、RT-LAB等主流电磁暂态仿真平台。
• 开放接口：根据具体需求设计输入输出量和关键控制参数接口，便于调用和集成。

研究进展

• 新能源设备建模：对不同型号的光伏和直驱风机进行了全面测试，提取控制特性特征并分类，建立了标准化模型库，已应用于青海、张北、西藏、新疆等地的仿真研究。
• 双馈风机建模：完成对双馈风机的控制特性测试和结构化模型建立，已应用于大规模风电送出的仿真。
• SVG建模：对SVG设备的封装模型进行特性测试，构建典型结构化模型，已应用于张北、青海、西藏等新能源接入电网的仿真。
• 储能建模：完成电化学储能的主电路、测量模块和控制保护模块的结构化设计，实现聚合模型和多机多核仿真，已应用于西藏电网的仿真试验。
• 直流输电建模：完成常规直流和柔性直流的控制保护建模，实现对典型故障过程的仿真，如换相失败、故障闭锁等，并完成与实际工程波形的一致性验证。

后续成果发布计划

• 持续完善模型库，增加更多设备类型和控制策略。
• 推动模型在更多仿真平台上的应用与集成。
• 增强模型的开放性和可扩展性，便于推广和研究使用。

结论

本研究致力于构建一个标准化、灵活、准确的电磁暂态模型库，以应对新型电力系统中异构电力电子设备带来的建模挑战。通过结构化建模、特性测试和一致性验证，确保模型能够满足不同场景下的仿真需求，并为电力系统安全稳定分析提供有力支持。