﻿ 基于RTDS的电力系统动态等值研究 Dynamic Equivalence of Electric Power System Based on RTDS

Smart Grid
Vol.07 No.06(2017), Article ID:23185,9 pages
10.12677/SG.2017.76055

Dynamic Equivalence of Electric Power System Based on RTDS

Shoutao Tian1,2, Xiufang Gu1, Yunmin Wang3, Xu Zhang1

1School of Electrical Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot Inner Mongolia 2Economic Research Institute, State Grid Xinjiang Electric Power Company, Urumqi Xinjiang

3Inner Mongolia Electric Power Research Institute, Hohhot Inner Mongolia

Received: Dec. 5th, 2017; accepted: Dec. 19th, 2017; published: Dec. 27th, 2017

ABSTRACT

A scheme and implementation are supplied in order to establish a large scale simulation model in RTDS. This paper proposes the solutions and realization method for the dynamic equivalence. The basic thought is as follows: ranking generators based on the electrical distance and closeness of generators in the external system with the internal system; determining the power grid scope to realize wide-band equivalence in the external system according to the RTDS hardware processing capacity; and simplifying the external system including other remained power generators with the coherency-based dynamic equivalence approach based on electrical distance. Effectiveness of the proposed equivalence plan has been verified by comparison of static power flow and dynamic response before and after equivalence.

Keywords:Dynamic Equivalence, Electrical Distance, Broadband Equivalence

1内蒙古工业大学电力学院，内蒙古 呼和浩特

2国网新疆电力公司经济技术研究院，新疆 乌鲁木齐

3内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特

1. 引言

2. 等值思路

RTDS中的FDNE模块能对外部系统进行有效地简化，并对其能进行很好地模拟，且具有非常高的仿真精度，因此是实现电力系统动态等值的优选方法。但是也应注意到：FDNE生成宽频等值模块前，必须在RTDS中建立详细的系统模型，而这无疑会占用硬件资源。若系统的规模太大，RTDS将受到硬件资源RACK的限制，不可能实现对外部系统的等值。

1) 首先对RTDS仿真能力进行评估。计算其能承受的外部系统规模。

2) 运用电气距离按与内部系统联系紧密程度对外部系统中的发电机进行排序，并运用聚类法对发电机进行分类。将外部系统划分为与内部系统关系较近的系统部分(称为Ⅰ系统)和较远的系统部分(称为Ⅱ系统)。

3) 运用同调等值法对Ⅱ系统进行化简。并将等值后Ⅱ系统、内部系统、Ⅰ系统详细模型，在RTDS建模并完成编译。

4) Ⅰ系统生成宽频等值模块，将整个系统转化为内部系统、宽频等值模块和同调等值系统三部分。借助于FDNE的简化，使外部系统的规模得到缩减，且RTDS的硬件资源占用更少。

5) 形成FDNE后，RTDS可以释放出更多的硬件资源。而由于同调等值发电机需要占用RTDS硬件资源，同时它的等值精度有限，因此为进一步提高等值精度和减少RTDS硬件资源的使用，可以按上述(2)~(5)步骤对同调前外部剩余系统继续形成FDNE模块和同调等值机。依此循环分析化简，最终可在RTDS实现大规模系统的等值分析。

3. 等值原理

3.1. 基于RTDS的宽频等值

RTDS采用宽频等值技术FDNE提高仿真技术，如图1所示为FDNE示意图。

Figure 1. Structure of wide-band equivalent in RTDS

FDNE由四部分组成：即内部系统(电磁暂态部分)、接口模块、TSA模块(机电暂态部分)、FDNE模块。各部分内容及功能为：

RTDS中使用的机电暂态仿真程序，采用简单的线性算法来对系统方程进行求解，达到与实时仿真的步长相匹配。

FDNE通过拟合原始系统频率响应特性来表征外部系统的高频动态特征。

3.2. 基于电气距离的同调等值

${D}_{e}\left(i,j\right)=\frac{1}{\frac{\text{d}P}{\text{d}\delta }\left(i,j\right)}$ (1)

4. 算例分析

1) 选取内部系统为图2中虚线以上的部分，虚线部分以下为外部系统。

2) 根据RTDS中2个RACK，4块GPC板卡的处理能力可知：除内部系统外，外部系统至多能保留网络的元件为4台发电机，6台变压器，19条线路以及7个负荷。

3) 运用电气距离将对外部系统中的发电机与内部系统联系紧密程度进行排序，并运用聚类法对发电机进行分类，聚类结果如图3所示。

4) 根据RTDS硬件资源对外部系统元件的容纳能力，再结合系统的聚类树可得：将外部系统与内部系统较近电气距离的2#、3#和10#发电机放在Ⅰ系统内，而其它发电机4#、5#、6#和7#相对于内部系统电气距离较远，因而可以将它们放到Ⅱ系统中。在Ⅱ系统中发电机间电气距离较近，并结合RTDS硬件资源处理外部系统的能力，这些发电机可以用一台等值机替代。这一步骤完成后，就可以将系统放入到RTDS中进行编译。

5) 等值结果

Figure 2. IEEE39 node system

Figure 3. System clustering tree

5. 等值前后系统变化情况比较

Figure 4. Demonstration of system equivalent

Table 1. Comparison of voltage of buses before and after equivalence

Table 2. Comparison of power flow of transmission line before and after equivalence

(a) L1的有功功率比较 (b) L21的有功功率比较
(c) L1的无功功率比较 (d) L21的无功功率比较

Figure 5. Comparison of ABC fault

6. 结论

1) 针对RTDS中仿真受其硬件资源限制的问题，提出了等值的思路和方法。

2) 根据外部系统与内部系统联系紧密的关系以及RTDS的硬件资源的处理能力，提出了基于RTDS宽频等值和基于电气距离的同调等值相结合的方法对外部系统进行有效的简化处理。

3) 通过等值前后系统的稳态潮流和动态响应的比较，表明了所提方法的可行性和有效性。

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