2.4 数模混合仿真技术
数模混合可分为控制型和功率型,主要区别在于数字与物理仿真系统之间交换的物理量[36]。
1)控制型数模混合仿真采用实时数字仿真系统模拟交直流主电路,通过通信接口与控制保护系统连接,优点是模型调整方便,可模拟多种极端工况下的控制保护策略。缺点是难以模拟真实换流阀的非线性特性,很难进行阀基控制器全规模试验。
2)功率型数模混合仿真可将数字仿真直接与动模连接,实现电气量的4象限传输,实现对阀控装备的全规模试验,具有更高的灵活性[37-38]。两者之间可以通过戴维南等值电路和诺顿等值电路进行相互表述。我国的数模混合仿真起步较早,在天广高压直流控制与保护系统测试中,已成功应用实时数字仿真与HVDC动模构成的混合仿真系统。功率型混合仿真的缺点是需要昂贵的功率接口设备,开发人员对接口理论要有充分了解。
如图15所示,换流站控制系统可由实时数字侧承担,阀基控制器由动模承担,从而满足不同层级控制保护系统的测试。
图15 基于直流电网数模混合仿真的控制试验
功率型数模混合仿真代表了未来的发展方向,需要进一步研究：1)具有低输入输出延时,可以捕捉μs级瞬态电压电流尖峰的4象限交换功率放大器装置;2)柔性直流电网多端口数模混合仿真的交互影响,研究合适的解耦方法和接口算法;3)含直流断路器、DC/DC变换器动模的直流电网数模混合仿真系统和测试技术;4)数字侧进一步结合大型交流电网的仿真。
3 结论
未来10年将是柔性直流/直流电网建设快速发展的阶段,直流电网含有数量庞大的电力电子开关,惯性常数比交流电网小2个数量级,从而在对未来仿真技术的需求方面体现出独特的一面。
1)机电暂态仿真的重要性日益加强。随着柔性直流对交流系统机电暂态过程的影响越来越大(如渝鄂柔性直流已参与系统的频率与电压调节),电磁暂态仿真在规模上已难以胜任,而主流机电暂态仿真的相关模型尚不完善,需进一步进行优化。
2)电磁暂态仿真仍是研究柔性直流/直流电网技术的主要手段,其需求范围大于交流系统对电磁暂态仿真的需求,兼顾速度与开关精度的变步长仿真技术是其主要发展方向。
3)实时数字仿真系统仍将是控保系统测试的主要手段,但需要提升对换流阀的精确仿真能力,并且随着快速行波保护等新型控制装置的不断投入,需要在极小步长下开发更精确的实时仿真算法。
4)动模和功率型数模混合仿真是大规模阀控系统试验的最佳手段,但其投入大,等效技术难度高,因此可调参数、可变拓扑、增加复用能力,是其发展的必然趋势。
本文作者：
1.全球能源互联网研究院有限公司 贺之渊
2.直流电网技术与仿真北京市重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司)刘栋
3.先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 庞辉
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