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電力仿真實驗室

     2003年的美國加州東北部電網大面積停電事故的發生給美國造成了巨大的經濟損失,給全球的電力行業敲響了警鐘。因此,在規劃和建設電力系統時,必須對各種預想情況進行模擬,以防止各種事故的發生。為了保證電力系統的安全運行,必須使用正確的電力系統仿真軟件對電力系統進行仿真。現在電力仿真計算軟件已成為電力科研工作者進行系統規劃、設計、確定運行方式,以及進行事故分析和開發自動裝置等的重要工具。

     運用數字仿真計算或模擬試驗的方法,對電力系統的穩態方式和受到擾動后的暫態行為進行考察的分析研究。對規劃、設計的電力系統,通過電力系統分析,可選擇正確的系統參數,制定合理的電力系統方案;對運行中的電力系統,借助電力系統分析,可確定合理的運行方式,進行系統事故分析和預想,提出防止和處理事故的技術措施。

     電磁暫態過程的分析。主要研究電力系統故障和操作過電壓及諧振過電壓,一次與二次系統相互作用的控制暫態過程,以及電力電子設備的快速暫態過程,為變壓器、斷路器等高壓電氣設備和輸電線路的絕緣配合和過電壓保護的選擇,降低或限制電力系統過電壓技術措施的制定,以及電力電子控制設備的設計提供依據。

     目前,由于大部分機構對電磁暫態仿真平臺沒有系統的規劃和設計,導至其科研人員對電磁暫態仿真仍局限在對系統的某一部分進行局部仿真,隨著電磁暫態仿真軟件的更新,其模型處理能力成倍提高,甚至可以對某一區域的整個電網所有元器件進行拼接仿真,而且可以通過分布式并行運算,有效提高仿真效率。本方案僅針對項目組級別搭建一個包含軟硬件的系統平臺,從而滿足項目組成員局部和全局等各種規模的電磁暫態仿真需求,從而有效提高項目開發進度。

整體架構

基于云端的硬件實驗平臺架構如下

本方案主要解決的問題

1、 搭建項目級電磁暫態仿真實驗平臺,項目組工程師可在此平臺搭建各自負責部分的仿真模型,項目組規模在十人左右;
2、 為大型電磁仿真模型搭建提供軟硬件平臺,模型節點不限,工作人員可根據項目工程師所處的科研階段,靈活配置仿真平臺的軟件硬件配置;
3、 為大型電磁仿真模型仿真運算提供分布式并行運算環境,提高仿真效率;
4、 可靠性高,數據安全,運維成本低。

本方案主要采用的電磁暫態仿真軟件

     本項目采用的電磁仿真軟件是由加拿大Manitoba HVDC Center研發的PSCAD/EMTDC電磁暫態仿真軟件,PSCAD/EMTDC采用時域分析求解完整的電力系統及微分方程(包括電磁和機電兩個系統),結果不僅非常精確。更值得一提的是它允許用戶在一個完備的圖形環境下靈活地建立電路模型,進行仿真分析,用戶在仿真的同時,可以改變控制參數,從而直觀地看到各種測量結果和參數曲線,極大地方便用戶提高仿真的樂趣和效率。PSCAD里面提供豐富的元件庫,從簡單的無源元件到復雜的控制模塊,以致電機、FACTS裝置、電纜線路等模型都有涵蓋。如果這些還不夠你用的話,PSCAD允許用戶自定義的方式全新定義一個模塊;新模塊可以由元件庫里提供的模塊組合形成,當然你干脆用FORTRAIN寫一個,也沒問題,但前提是可以正確運行。

PSCAD/EMTDC適用的研究領域包括
  • 包括 旋轉電機,汽機,變壓器等交流網絡的研究
    變壓器飽和研究
    含有HVDC的交直流混聯系統的次同步諧振研究
    控制參數優化
    陡前波分析

  • 線路、電纜、負荷模型研究
    絕緣配合
    濾波器、諧波研究
    新設計電路、控制回路的效果測試
    分布式發電研究

  • 繼電保護配合
    變壓器沖擊試驗
    高壓直流輸電和FACTS裝置控制系統的設計
    雷擊、故障以及開關切換仿真研究