电磁暂态仿真

6月30日，针对新能源高出力的电网运行方式，中国电力科学研究院有限公司国家电网仿真中心电力系统全数字实时仿真装置（ADPSS）仿真团队开展了高比例新能源电力系统安全稳定分析试验。仿真团队开展了全网不同运行方式下的故障扫描，并根据扫描结果找到影响新能源电量消纳的主要因素。

双馈风电场易与电网相互作用引起次/超同步振荡，针对目前抑制振荡时阻抗重塑法适应性不强的问题，提出一种基于静止无功发生器（SVG）附加电流反馈控制的阻抗重塑法，该方法建立的虚拟阻抗可跟随风电场的阻抗特性变化而改变，其灵活性强于通过建模分析设计出的固定虚拟阻抗。首先，基于SVG和风电场并网阻抗模型推导了该方法所加入的虚拟阻抗公式。然后，根据阻频特性分析了该方法的有效性以及阻抗重塑控制参数对抑制效果的影响。最后，根据青海省某双馈风电场并网模型，在PSCAD/EMTDC中建立了电磁暂态仿真模型，仿真结果表明：所提方法可以在不同振荡情况下实现对场站的阻抗重塑，灵活抑制风电场次/超同步振荡。

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降，对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据，但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(right half plane, RHP)极点的场景。针对上述问题，基于考虑正负序耦合和源荷之间耦合的等效单输入单输出(single-input single-output, SISO)系统阻抗模型，提出了考虑RHP极点的三相变换器并网系统判稳方法。首先，对研究系统的RHP极点个数及奈奎斯特曲线包围点(−1, j0)的次数进行估算。然后，在奈奎斯特判据的基础上，利用SISO系统阻抗伯德图进行分析，在系统存在RHP极点的情况下对系统的稳定性进行判断。最后，基于Matlab/Simulink中搭建电磁暂态仿真模型，验证了在有无RHP极点的不同场景下，所提判稳方法均能对三相变换器并网系统的小干扰稳定性进行有效分析。

高压直流(high voltage direct current，HVDC)换流器具有一定的动态无功调节能力，充分利用换流站的无功调节能力，可显著改善HVDC系统的稳定性能。文中研究了HVDC系统稳态运行时的无功功率可调节能力，分析了有功功率和无功功率相互耦合的特性，以国际大电网(conference International des grands reseaux electriques,CIGRE)的HVDC标准测试模型和贵广Ⅱ直流输电工程模型为算例，对稳态工况的直流电流可运行范围进行了解析，进而求出整流、逆变两侧的无功功率可调节能力，并将其应用在无功控制中。研究发现，CIGRE的HVDC标准测试模型对于容性的无功功率和感性的无功功率调节能力相近，而贵广Ⅱ直流输电工程模型对感性无功的调节能力远大于对容性无功的调节能力。在电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC中验证了无功功率可调节能力的正确性和应用价值。

较长的控制链路延时会导致基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流输电系统阻抗在高频段出现负阻尼区间，易与交流系统分布电容相互作用引发高频振荡。现有有源阻尼抑制策略虽可有效抑制高频振荡，但会恶化中频段阻抗特性，增加中频振荡发生的风险。为有效抑制中高频振荡，提出在MMC交流侧母线处并联无源阻抗重塑装置的无源阻尼抑制策略。首先，推导出MMC简化模型并验证其准确性。其次，根据奈奎斯特稳定判据与最小功率损耗约束设计阻抗重塑装置参数，实现MMC系统阻抗重塑。最后，应用阻抗法对比分析重塑前后MMC系统阻抗特性，分析阻抗重塑装置对MMC系统阻抗的修正效果。在PSCAD/EMTDC中搭建含无源阻抗重塑装置的MMC电磁暂态仿真模型。仿真结果表明，该抑制策略在中高频段均可有效抑制MMC系统的振荡现象，对系统稳态特性影响小，且基频功率损耗低。

近日，在山东能源互联网仿真防御实验室，国内首次实现了省级电网全电压等级全要素全电磁仿真，开创了省级电网全电压等级全要素全电磁暂态仿真的先河，提高了“双高”电网背景下省级电网的特性认知水平，极大促进了省级电网新型电力系统建设和能源清洁低碳转型。

规模化电磁暂态仿真是掌握复杂大电网特性的重要手段。该项成果建立了大型电力系统基础仿真理论，实现了万节点级大型电力系统仿真从毫秒级到微秒级仿真的突破，解决了海量电力电子设备微秒级响应下系统稳定特性暂态仿真难题。

随着新能源、直流、柔性交流输电系统等电力电子类设备入网规模越来越大，新型大电网的运行特性发生巨大改变，电磁暂态精细化仿真成为未来电力系统仿真的重要手段。但电磁暂态建模困难严重制约了电磁暂态仿真的工程应用，针对这一难题，提出了一种基于BPA数据快速生成ADPSS电磁暂态模型的技术解决方案，研发了相应转换建模软件，通过分组建模控制、映射建模、用户自定义建模、拓扑优化布局等技术手段，实现BPA数据到ADPSS模型的快速自动化转换建模。基于BPA区域电网数据，利用该软件完成了算例规模超过5000个三相节点的某省级电网的全电磁暂态建模，建模效率得到很大提升，校核结果验证了转换建模软件的有效性。

目前大部分关于并网变换器的研究忽略直流侧动态，在直流侧使用恒定电压源，一定程度上影响小干扰稳定性分析。文中主要考虑直流侧动态对跟网型变换器进行建模及稳定性分析。首先，分析新能源场站并网系统直流侧可等效为电压源和受控电流源的适用条件，论证并网变换器建模时考虑直流侧动态的必要性。随之，建立考虑直流侧动态的跟网型变换器谐波状态空间(harmonic state-space,HSS)阻抗模型。其次，在不同电网强度下，通过伯德判据对不同直流侧结构的系统进行稳定性分析，揭示电网强度对跟网型变换器稳定性的影响机理。然后，分析锁相环、电流环、滤波环节对系统阻抗特性的影响。最后，理论分析与电磁暂态仿真结果表明弱电网条件下，锁相环与电网呈现强交互作用，降低了系统的小干扰稳定性，且考虑直流侧动态的系统临界短路比更大。

输电线路的雷电防护一直是困扰线路运行的难题。由于雷电的随机性、各种防护措施的技术经济性、以及运行维护问题等因素的制约，因雷电线路跳闸事故仍较多。本项目基于现场试验的方法，提出输电线路杆塔雷电冲击特性的理论模型分析方法，现场测试方法，获得了宝贵的现场测试数据，为线路雷电防护提供了重要参考。基于本项目的研究，获得实际输电线路在雷击时的过电压时空分布，一方面为线路避雷器的参数选择和合理布置、为线路过电压监测布点提供依据，从而解决工程实际问题。另一方面，指导建立杆塔、线路、接地装置等过电压电磁暂态仿真模型，从而为过电压分析理论提供依据，解决过电压研究中的科学问题。项目成果填补国内外的研究空白，为相关标准的制定和修订奠定了基础。提高输电线路的反击耐雷水平，对保障电网安全可靠运行，建设“坚强智能电网”具有重要的意义。项目授权专利7项，受理发明专利6项，申请软著5项；经中国电力企业联合会鉴定，认为“在输电线路雷电冲击现场试验方法和接地装置优化等方面处于国际领先水平”。