【摘 要】
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2020年,我国首次明确提出“碳达峰”和“碳中和”目标,提倡绿色、低碳的生产生活方式。在这一目标下,我国的风能、光伏等新能源产业迅速发展壮大,截至2021年,新能源发电量已超1万亿千瓦时。同时,全球各国采取了多种能源结构转型的举措,新能源和储能技术受到行业关注。随着新能源在电力系统中的渗透率逐年加大,电力系统呈现泛电力电子化趋势。这导致在对区域电力系统进行实时仿真时,系统中存在短时间尺度电力电子系
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2020年,我国首次明确提出“碳达峰”和“碳中和”目标,提倡绿色、低碳的生产生活方式。在这一目标下,我国的风能、光伏等新能源产业迅速发展壮大,截至2021年,新能源发电量已超1万亿千瓦时。同时,全球各国采取了多种能源结构转型的举措,新能源和储能技术受到行业关注。随着新能源在电力系统中的渗透率逐年加大,电力系统呈现泛电力电子化趋势。这导致在对区域电力系统进行实时仿真时,系统中存在短时间尺度电力电子系统和长响应机电过程,所以传统的电力系统仿真技术已经不能很好满足电力系统实时仿真的需求。本研究设计了一种基于多时间尺度混合仿真平台,设计了以中央处理器（CPU）、现场可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理（DSP）实施协同计算的混合实时仿真架构。其中,SpaceR平台实现电网实时仿真;Typhoon HIL基于FPGA的接口和计算特性,拥有低达0.5μs的仿真步长,用于实现电力电子部分的快速响应动态过程仿真;dSPACE可扩展性强,数字信号采样率可达0.5MSPS,用来实现快速原型的控制。针对混合实时仿真平台中子系统之间通信时延问题开展评估。分别通过在传统单一实时仿真平台和本文设计的多时间尺度混合实时仿真平台上搭建了两种不同并网控制方式的电力系统模型来分析时延对模型带来的影响。理论分析和仿真结果均表明,引入通信延迟后,电流源并网模式控制环的虚拟等效阻抗Zeqtd的正电阻范围扩大,在弱电网条件下的谐振阻尼特性得到改善;而对于电压源模式并网逆变器,有通信延迟时系统的极点阻尼比小于无通信延迟时系统的极点阻尼比,使得功率环在较强电网情况下发生欠阻尼振荡。研究表明,多时间尺度混合仿真平台子系统之间的时延会给新能源发电系统的并网实施仿真验证造成一种假象,即电流源并网模式更适用于弱电网条件,而电压源并网模式适用的电网范围缩小。本课题的研究过程为开展多时间尺度大规模仿真及实施电网为负载情景下PCS的仿真验证提供理论支撑。
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