電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗室:物理動態(tài)模擬(圖解)
作為電力系統(tǒng)模擬研究領(lǐng)域成熟和重要的技術(shù)手段，物理動模試驗具有實證性強(qiáng)、技術(shù)成熟、仿真結(jié)果準(zhǔn)確可靠等技術(shù)特點(diǎn)，在系統(tǒng)運(yùn)行特性研究、事故分析、繼電保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器、系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式、調(diào)度自動化等的試驗研究方面發(fā)揮了重要作用。
物理動態(tài)模擬是根據(jù)相似原理保證在模型上所反應(yīng)的過程和實際系統(tǒng)中的過程相似，并且模型上的過程和原型的過程具有相同的物理實質(zhì)，為了真實地反應(yīng)原型中的過程，在電力系統(tǒng)原型和模型之間，首先須保證2 個系統(tǒng)用標(biāo)幺值寫成的過渡方程相同，若2 個系統(tǒng)間的每個元件均相似，而且連接處的邊界條件和起始條件也相似，則整個系統(tǒng)也是相似的，這個相似條件不僅在線性系統(tǒng)適用，同樣可推廣到非線性系統(tǒng)，只要保證對應(yīng)的非線性參數(shù)及特性曲線一致即可。
動模實驗室總體設(shè)計須考慮的問題包括：
1）模型機(jī)組容量的選擇問題；
2）模型機(jī)組數(shù)量的選擇問題；
3）線路模型的長度、參數(shù)的選擇問題；
4）模型線路電壓的選擇問題；
5）模擬系統(tǒng)的故障模擬方式；
6）模擬系統(tǒng)的測量和數(shù)據(jù)系統(tǒng)的選擇。
動態(tài)模擬實驗室的應(yīng)用已有了近百年的歷史，在電力系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)發(fā)展的不同階段，發(fā)揮了不同的作用，包括研究大型電力系統(tǒng)的并列運(yùn)行問題、勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響、遠(yuǎn)距離輸電的串聯(lián)補(bǔ)償問題、同步發(fā)電機(jī)的特殊運(yùn)行狀態(tài)/振蕩/自勵磁問題、負(fù)荷特性、同步電機(jī)的頻率特性、非同步運(yùn)行和再同步等過程，隨著數(shù)字仿真和離線計算軟件的日益成熟，動模實驗室的作用也在發(fā)生著變化，近年來，動模實驗室的作用主要包括以下幾個方面：
1）繼電保護(hù)及安全自動裝置、配網(wǎng)自動化及微網(wǎng)系統(tǒng)試驗研究。
對包含特高壓在內(nèi)的各電壓等級的繼電保護(hù)和安全自動裝置的試驗研究，包括線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、電抗器保護(hù)、母線保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、電動機(jī)保護(hù)、功角測量裝置、安全穩(wěn)定控制裝置、發(fā)電機(jī)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動減載裝置、重合閘裝置、故障錄波器等。將這些裝置直接接入動模系統(tǒng)，通過模擬各種系統(tǒng)運(yùn)行工況和故障對裝置性能進(jìn)行試驗和分析。
2）電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及參數(shù)的研究與驗證。
隨著特高壓輸電系統(tǒng)的建設(shè)和電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的擴(kuò)大，在數(shù)字仿真分析中對系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及參數(shù)的準(zhǔn)確度提出了更高的要求。通過物理模擬試驗可對數(shù)學(xué)模型和參數(shù)，如負(fù)荷模型、發(fā)電機(jī)及其勵磁系統(tǒng)參數(shù)等進(jìn)行試驗研究，為數(shù)字仿真分析模型的改進(jìn)提供技術(shù)依據(jù)。
3）對電力系統(tǒng)新型設(shè)備進(jìn)行試驗驗證。
隨著電力系統(tǒng)各項技術(shù)的進(jìn)步，系統(tǒng)中將采用很多新技術(shù)，如可控電抗器、串補(bǔ)及可控串補(bǔ)、靜止無功補(bǔ)償、故障限流器、靜止無功補(bǔ)償器(staticsynchronous compensator，STATCOM)等。在動模實驗室可對這些設(shè)備的性能，及投入后對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行試驗研究，既可驗證設(shè)備本身原理，又可對設(shè)備投入后的系統(tǒng)性能進(jìn)行分析，為數(shù)字仿真建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
4）對運(yùn)行人員進(jìn)行培訓(xùn)。
充分利用動模實驗室優(yōu)越的試驗條件，使現(xiàn)場運(yùn)行人員深入、準(zhǔn)確地了解和掌握新型一次設(shè)備及新型繼電保護(hù)及安全自動裝置的性能。
動模實驗室建設(shè)是按照規(guī)模適當(dāng)、設(shè)備先進(jìn)、種類齊全的設(shè)計原則，充分利用現(xiàn)有條件，將可行性、實用性、先進(jìn)性相結(jié)合，進(jìn)行合理、精細(xì)的設(shè)計，并對試驗室建設(shè)中使用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的研究開發(fā)，力爭建成國際的動態(tài)模擬實驗室。
隨著電力技術(shù)的發(fā)展，對動模實驗室的要求逐漸提高，要求實驗室能跟蹤現(xiàn)代電力技術(shù)和設(shè)備發(fā)展的要求，滿足新型設(shè)備和現(xiàn)代電力系統(tǒng)試驗的條件，充分發(fā)揮物理動模的實證性強(qiáng)的特點(diǎn)，對電力系統(tǒng)控制保護(hù)裝置和新型電氣設(shè)備的基本原理和性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗研究，為數(shù)�；旌鲜椒抡婧腿珨�(shù)字實時仿真提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件。
隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，對動態(tài)模擬試驗也提出了新的要求：
1) 要具有靈活可變的一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，滿足各種不同結(jié)構(gòu)的原型系統(tǒng)的試驗需要，能夠進(jìn)行各種故障試驗，其技術(shù)水平要能夠跟的上新技術(shù)發(fā)展的需要；
2) 能夠模擬現(xiàn)代電力系統(tǒng)的檢測、控制、監(jiān)視、保護(hù)和調(diào)度的自動化；其控制系統(tǒng)要能夠體現(xiàn)出先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。
3) 大型發(fā)電機(jī)組模型、大型變壓器模型、1000kV特高壓輸電線路模型及其他新型動態(tài)物理模擬試驗設(shè)備；
4) 微電網(wǎng)、可再生能源、儲能等模擬系統(tǒng)；
5) 基于物理仿真模型及數(shù)字仿真模型的混合式仿真系統(tǒng)。
動模實驗室的水平主要體現(xiàn)在設(shè)備的規(guī)模、模擬元件的參數(shù)、模擬元件多樣性、控制水平、組模水平等方面，這些方面須進(jìn)行大量的系統(tǒng)、元件和總體設(shè)計。動模設(shè)備幾乎沒有定型的產(chǎn)品，需要根據(jù)實驗室的參數(shù)和需求進(jìn)行設(shè)計和研制，模擬設(shè)備的加工和制造都有特殊工藝要求，因此，系統(tǒng)設(shè)計工作量較大。在設(shè)備制造完成后，還需要根據(jù)實驗室的需求，進(jìn)行模擬元件的組合和組模的系統(tǒng)集成工作。
電力系統(tǒng)動態(tài)模擬仿真平臺適用于高校教學(xué)、科研機(jī)構(gòu)、國防、工礦企業(yè)等電力系統(tǒng)實驗室，可以完成繼電保護(hù)及安全自動裝置（滿足智能變電站）、配網(wǎng)自動化及微網(wǎng)系統(tǒng)試驗研究；電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及參數(shù)的研究與驗證；對電力系統(tǒng)新型設(shè)備進(jìn)行試驗驗證；對運(yùn)行人員進(jìn)行培訓(xùn)等項目。
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