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电力仿真实验室

     2003年的美国加州东北部电网大面积停电事故的发生给美国造成了巨大的经济损失,给全球的电力行业敲响了警钟。因此,在规划和建设电力系统时,必须对各种预想情况进行模拟,以防止各种事故的发生。为了保证电力系统的安全运行,必须使用正确的电力系统仿真软件对电力系统进行仿真。现在电力仿真计算软件已成为电力科研工作者进行系统规划、设计、确定运行方式,以及进行事故分析和开发自动装置等的重要工具。

     运用数字仿真计算或模拟试验的方法,对电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察的分析研究。对规划、设计的电力系统,通过电力系统分析,可选择正确的系统参数,制定合理的电力系统方案;对运行中的电力系统,借助电力系统分析,可确定合理的运行方式,进行系统事故分析和预想,提出防止和处理事故的技术措施。

     电磁暂态过程的分析。主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压,一次与二次系统相互作用的控制暂态过程,以及电力电子设备的快速暂态过程,为变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配合和过电压保护的选择,降低或限制电力系统过电压技术措施的制定,以及电力电子控制设备的设计提供依据。

     目前,由于大部分机构对电磁暂态仿真平台没有系统的规划和设计,导至其科研人员对电磁暂态仿真仍局限在对系统的某一部分进行局部仿真,随着电磁暂态仿真软件的更新,其模型处理能力成倍提高,甚至可以对某一区域的整个电网所有元器件进行拼接仿真,而且可以通过分布式并行运算,有效提高仿真效率。本方案仅针对项目组级别搭建一个包含软硬件的系统平台,从而满足项目组成员局部和全局等各种规模的电磁暂态仿真需求,从而有效提高项目开发进度。

整体架构

基于云端的硬件实验平台架构如下

本方案主要解决的问题

1、 搭建项目级电磁暂态仿真实验平台,项目组工程师可在此平台搭建各自负责部分的仿真模型,项目组规模在十人左右;
2、 为大型电磁仿真模型搭建提供软硬件平台,模型节点不限,工作人员可根据项目工程师所处的科研阶段,灵活配置仿真平台的软件硬件配置;
3、 为大型电磁仿真模型仿真运算提供分布式并行运算环境,提高仿真效率;
4、 可靠性高,数据安全,运维成本低。

本方案主要采用的电磁暂态仿真软件

     本项目采用的电磁仿真软件是由加拿大Manitoba HVDC Center研发的PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,PSCAD/EMTDC采用时域分析求解完整的电力系统及微分方程(包括电磁和机电两个系统),结果不仅非常精确。更值得一提的是它允许用户在一个完备的图形环境下灵活地建立电路模型,进行仿真分析,用户在仿真的同时,可以改变控制参数,从而直观地看到各种测量结果和参数曲线,极大地方便用户提高仿真的乐趣和效率。PSCAD里面提供丰富的元件库,从简单的无源元件到复杂的控制模块,以致电机、FACTS装置、电缆线路等模型都有涵盖。如果这些还不够你用的话,PSCAD允许用户自定义的方式全新定义一个模块;新模块可以由元件库里提供的模块组合形成,当然你干脆用FORTRAIN写一个,也没问题,但前提是可以正确运行。

PSCAD/EMTDC适用的研究领域包括
  • 包括 旋转电机,汽机,变压器等交流网络的研究
    变压器饱和研究
    含有HVDC的交直流混联系统的次同步谐振研究
    控制参数优化
    陡前波分析

  • 线路、电缆、负荷模型研究
    绝缘配合
    滤波器、谐波研究
    新设计电路、控制回路的效果测试
    分布式发电研究

  • 继电保护配合
    变压器冲击试验
    高压直流输电和FACTS装置控制系统的设计
    雷击、故障以及开关切换仿真研究