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用于 HIL 控制器性能测试的快速实时 EMT 仿真

用于 HIL 控制器性能测试的快速实时 EMT 仿真
By:S. Li, J. Bélanger, M. Cervantes, M. Kazemtabrizi, J.N. Paquin, V. Lapointe, W. Li, J. Paez-Alvarez

基于逆变器的可再生能源(IBRs)、柔性交流输电系统(FACTS)和高压直流(HVDC)系统的增加,加上同步发电站的退役,大大降低了大型电力系统的惯性。IBR 的快速控制器应能稳定这些系统,但它们对快速瞬变、谐波和系统失衡非常敏感。

研究结果表明,仅仅依靠简化的正序模拟不足以评估配备大量 IBR 控制器的大范围电网的暂态稳定性。在这种情况下,详细的电磁暂态 (EMT) 模拟对于风能和太阳能等可再生能源的无缝集成变得至关重要。

软件在环 (SIL)模式下使用通用或真实代码控制器执行快速仿真的能力,确实有助于在最短时间内确定最坏的意外情况,以开发实时硬件在环(HIL)仿真 所需的等效电路,从而测试和优化控制性能。

当然,大规模电力系统的快速 EMT仿真 对于在线暂态稳定性评估也是必不可少的,以帮助系统运营商、规划和 IBR 集成分析。然而,对具有复杂电力电子系统的大规模电力系统进行 EMT仿真 需要大量计算。此外,它还涉及大量数据的管理,以及高压直流、FACTS 和 IBR 设备控制器模型与电网仿真 工具之间的接口。

本文介绍了实现实时或接近实时 EMT仿真 的解决方案,这些解决方案适用于 IBR 渗透率较高的大型电力系统。所提出的技术基于内部高性能计算机集群或云服务器实现了快速并行仿真 。

电磁瞬态 (EMT)仿真阶段比较图:使用通用控制模型的离线 EMT、使用 SIL 和真实代码的加速/并行 EMT、使用 CHIL 和系统副本的实时 EMT,以及使用数字孪生的准实时/快于实时 EMT。介绍了 DER 研究、控制测试和瞬态安全评估等应用,所有这些应用都由基于 HPC 的实时仿真 实现。
图 1.采用实时模拟器技术的研究-仿真矩阵

通过使用虚拟广域控制器或通常在控制室使用的实际硬件控制器设备进行近实时全数字软件在环 (SIL) 测试,拟议解决方案进一步简化了广域监测、保护和控制系统 (WAMPAC) 的设计和测试。最重要的是,它将帮助系统所有者和操作员以更高的速度并使用高保真模型(包括 OEM 控制模拟器)进行在线瞬态稳定性评估。

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