專利名稱：：一種交直流電力系統(tǒng)的混合實時仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種交直流電力系統(tǒng)的混合實時仿真方法，特別是大規(guī)模實際交直流系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會和人民生活對電能的需求急劇增加，電力系統(tǒng)隨之飛速發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模越來越大，發(fā)電量、電網(wǎng)輸送的電能以及負荷消耗的電能也顯著增加。同時，電力系統(tǒng)中新型的響應(yīng)快速的控制器和裝置廣泛采用，特別是諸多直流輸電工程投運和大量大容量電力電子裝置在電網(wǎng)投運，使得電力系統(tǒng)中各類暫態(tài)過程緊密耦合。電力系統(tǒng)的暫態(tài)行為和過程所包含的電磁暫態(tài)過程和機電暫態(tài)過程，二者有機結(jié)合，是一個連續(xù)的過程，難以截然分離，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中這些暫態(tài)過程的耦合更加緊密。電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)過程和機電暫態(tài)過程是同時發(fā)生并相互影響的，如果能將二者結(jié)合起來統(tǒng)一考慮，則不但有助于了解大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過程的動態(tài)特性，而且有助于了解大系統(tǒng)中某一特定部分的暫態(tài)變化過程。特別是當(dāng)系統(tǒng)中存在電力電子設(shè)備或直流系統(tǒng)時，如果能將電力電子設(shè)備或直流系統(tǒng)用電磁暫態(tài)模型模擬，而將與其相連的網(wǎng)絡(luò)用機電暫態(tài)模型模擬，那么對于直流系統(tǒng)而言，直流多落點系統(tǒng)的穩(wěn)定性、換相失敗、直流控制與保護以及交直流相互作用等問題都將得到詳細、準(zhǔn)確的分析；而關(guān)于電力電子設(shè)備對系統(tǒng)的影響和作用及其控制策略的研究也將登上一個新的臺階。目前混合實時仿真在實際應(yīng)用中誤差問題和應(yīng)用局限性日益突出，最為突出的問題有如混合仿真對接口近端(電磁暫態(tài)側(cè)細致建模、仿真系統(tǒng)的附近)故障或擾動的模擬誤差嚴(yán)重等，影響了混合仿真的準(zhǔn)確性和可信度。問題之一在于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)混合仿真接口模型，如下所述。(1)當(dāng)電磁暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)功率源作為接口模型時，大擾動情況下接口模型不能反映電磁暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)的特性。此外，功率計算式也不明晰，普遍采用電磁暫態(tài)側(cè)離散的瞬時功率計算點做平均的方法，這種計算方法是否準(zhǔn)確，以及接口對機電暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性計算結(jié)果有何影響，在已有研究中并未涉及，仍需要從原理上研究并闡述清楚。(2)當(dāng)機電暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)采用戴維南等值電壓源作為接口模型時，有研究認(rèn)為在接口交互過程中涉及諧波過程時，接口電源模型內(nèi)阻應(yīng)當(dāng)采用頻率相關(guān)等值。但是主要問題有頻率相關(guān)等值難以實現(xiàn)，面對實際大規(guī)模電網(wǎng)基本不可能實現(xiàn)；基波等值阻抗在此問題會導(dǎo)致混合仿真對接口諧波過程模擬的結(jié)果誤差嚴(yán)重，但其原因分析并不透徹；頻率相關(guān)等值阻抗和基波等值阻抗的適用性和必要性尚未明晰，缺乏面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的接口模型。問題之二在于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)混合仿真交互計算方法，如下所述?？紤]到仿真的實時性，混合仿真多采用非迭代的交互計算時序，在這種交互時序下，單側(cè)計算中對側(cè)所提供的接口邊界條件必然存在ι2個交互步長的延遲，這是混合仿真接口交互誤差的本質(zhì)，應(yīng)當(dāng)治理。故障或大擾動發(fā)生時刻，系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)，諸多電氣量和輸4出量發(fā)生突變，特別是故障在接口母線附近發(fā)生時，接口電氣量發(fā)生大幅跳變，故障發(fā)生側(cè)的“突變信息”在對側(cè)不能得到準(zhǔn)確的反映，故障時刻一個交互步長中兩側(cè)的接口邊界條件均不準(zhǔn)確，很大程度上歪曲了故障對整個系統(tǒng)的“沖擊”，繼而導(dǎo)致混合仿真難以準(zhǔn)確模擬故障擾動后續(xù)系統(tǒng)的暫態(tài)行為和暫態(tài)特性。交互誤差在這種情況下非常突出。故障過后系統(tǒng)恢復(fù)階段的暫態(tài)過程模擬，接口量有較明顯的波動，交互誤差的存在影響了仿真對象兩側(cè)系統(tǒng)正確的物理交互過程，且在每個交互步長交互誤差累積下，閉環(huán)混合仿真歪曲了兩側(cè)系統(tǒng)的暫態(tài)特性，特別是故障過后短時間內(nèi)系統(tǒng)尚未恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，接口量波動頻率、幅度均較大，交互誤差比較突出。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種交直流電力系統(tǒng)的混合實時仿真方法，基于預(yù)估校正機制的并行混合實時仿真進行交互計算，有效減少混合仿真模擬交直流電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的誤差，確保混合實時仿真對交直流電力系統(tǒng)模擬的準(zhǔn)確性。本發(fā)明提出的交直流電力系統(tǒng)的混合實時仿真方法，包括以下步驟(1)將交直流電力系統(tǒng)分成電磁暫態(tài)側(cè)和機電暫態(tài)側(cè)，建立電磁暫態(tài)側(cè)直流系統(tǒng)大擾動時交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處電壓輸入與功率輸出之間的響應(yīng)模型如下權(quán)利要求一種交直流電力系統(tǒng)的混合實時仿真方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將交直流電力系統(tǒng)分成電磁暫態(tài)側(cè)和機電暫態(tài)側(cè)，建立電磁暫態(tài)側(cè)直流系統(tǒng)大擾動時交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處電壓輸入與功率輸出之間的響應(yīng)模型如下<mrow><mi>Δ</mi><msub><mover><mi>S</mi><mo>·</mo></mover><mi>if</mi></msub><mo>=</mo><msub><mover><mi>f</mi><mo>·</mo></mover><mi>if</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mi>if</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><msub><mi>f</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo></mtd><mtd><msub><mi>f</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mi>T</mi></msup></mrow>上式中，為交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處電磁暫態(tài)側(cè)直流系統(tǒng)響應(yīng)輸出的視在功率增量構(gòu)成的m維向量，m為交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口的總數(shù)，下標(biāo)“if”表示交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口，ΔVif為交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處母線基波電壓幅值增量構(gòu)成的m維向量，為描述交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處響應(yīng)視在功率增量與交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處母線基波電壓幅值增量關(guān)系的m維向量函數(shù)；fif，m(ΔVif，m)為函數(shù)向量的第m個元素，表示第m個交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處響應(yīng)視在功率增量與相應(yīng)的交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口母線基波電壓幅值增量關(guān)系的一元函數(shù)；(2)建立電磁暫態(tài)側(cè)直流系統(tǒng)暫態(tài)過程等價計算功率模型<mrow><msub><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mi>N</mi></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mfrac><msub><mi>P</mi><mi>i</mi></msub><mi>n</mi></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>P</mi><mi>n</mi></msub><mi>n</mi></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub><mi>n</mi></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub></mrow>其中為電磁暫態(tài)側(cè)直流系統(tǒng)暫態(tài)過程等價計算功率，n為每個混合實時仿真交互步長中功率離散點的個數(shù)，P0為每個混合實時仿真交互步長起始時刻電磁暫態(tài)側(cè)的交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處基波正序功率離散點，Pn為混合實時仿真每個交互步長內(nèi)第n個電磁步長電磁暫態(tài)側(cè)的交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處基波正序功率離散點；(3)建立機電暫態(tài)側(cè)交流系統(tǒng)的與基波電流相關(guān)的理想電壓源模型<mrow><msub><mover><mi>U</mi><mo>·</mo></mover><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>120</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mover><mi>U</mi><mo>·</mo></mover><mrow><mi>eq</mi><mo>,</mo><mn>120</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>Z</mi><mrow><mi>eq</mi><mo>,</mo><mn>120</mn></mrow></msub><msub><mover><mi>I</mi><mo>·</mo></mover><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>120</mn></mrow></msub></mrow>其中，為交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處電壓基波三序分量，為機電暫態(tài)側(cè)交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處母線基波戴維南等值三序電壓，Zeq，120為機電暫態(tài)側(cè)交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處母線基波戴維南等值三序網(wǎng)端口阻抗，為交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處機電暫態(tài)側(cè)交流系統(tǒng)向電磁暫態(tài)側(cè)直流系統(tǒng)注入的基波電流；對上述模型求解，得到對進行相量—瞬時量變換，得到電磁暫態(tài)側(cè)交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處母線瞬時電壓；(4)當(dāng)被仿真的交直流電力系統(tǒng)發(fā)生故障或大擾動時，求解交直流電力系統(tǒng)包含故障信息的網(wǎng)絡(luò)電壓方程得到故障或大擾動發(fā)生0+時刻的接口邊界條件，其中k為交直流電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中總節(jié)點數(shù)，為交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處母線基波電壓，為一個m維向量，為交直流電力系統(tǒng)非分網(wǎng)接口處母線基波電壓，為一個km維向量，Y′為機電暫態(tài)側(cè)交流系統(tǒng)的故障網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣，為交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處0時刻注入機電暫態(tài)側(cè)交流系統(tǒng)的基波電流，為一個m維向量，為混合實時仿真非分網(wǎng)接口處注入機電暫態(tài)側(cè)交流系統(tǒng)的基波電流，為一個km維向量，為0+時刻交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處注入機電暫態(tài)側(cè)交流系統(tǒng)的基波電流變化量，為一個m維向量，根據(jù)步驟(1)的模型，由下式確定<mrow><mi>Δ</mi><msub><mover><mi>I</mi><mo>·</mo></mover><mi>if</mi></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mover><mi>S</mi><mo>·</mo></mover><mi>if</mi></msub></mrow><msub><mi>V</mi><mi>if</mi></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>*</mo></msup></mrow>其中為向量與向量Vif對應(yīng)元素的商的共軛；(5)在被混合實時仿真的交直流電力系統(tǒng)中，故障或大擾動發(fā)生期間以及故障或大擾動發(fā)生以后的系統(tǒng)恢復(fù)過程中，若交直流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)側(cè)每個混合實時仿真交互步長的仿真計算耗時小于混合實時仿真原交互步長的1/2或1/4，則將混合實時仿真新交互步長改變?yōu)樵换ゲ介L的1/2或1/4；(6)在被混合實時仿真的交直流電力系統(tǒng)中，故障或大擾動發(fā)生以后的系統(tǒng)恢復(fù)過程中，采用上述步驟(5)的新交互步長，在每個混合實時仿真交互步長起始時，對上述步驟(2)的電磁暫態(tài)側(cè)直流系統(tǒng)暫態(tài)過程等價計算功率和步驟(3)的交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處電壓基波三序分量進行擬合預(yù)測，分別得到機電暫態(tài)側(cè)和電磁暫態(tài)側(cè)當(dāng)前交互步長仿真所需的邊界參數(shù)和(7)在被混合實時仿真的交直流電力系統(tǒng)中，故障或大擾動發(fā)生以后的系統(tǒng)恢復(fù)過程中，在每個混合實時仿真交互步長起始時，計算混合實時仿真交互步長機電暫態(tài)側(cè)計算所采用的邊界條件的偏差e，如下式<mrow><mi>e</mi><mo>=</mo><msub><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>ΔT</mi></mrow></msub><mo>-</mo><msubsup><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>t</mi></mrow><mrow><mo>′</mo><mo>′</mo></mrow></msubsup></mrow>其中為當(dāng)前混合實時仿真交互步長中電磁暫態(tài)側(cè)向機電暫態(tài)側(cè)交互的暫態(tài)過程等價計算功率，為上一個混合實時仿真交互步長中經(jīng)過步驟(6)擬合預(yù)測和步驟(7)校正后的暫態(tài)過程等價計算功率；根據(jù)比例系數(shù)k′對偏差e進行疊加補償，如下式<mrow><msubsup><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>ΔT</mi></mrow><mrow><mo>′</mo><mo>′</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>ΔT</mi></mrow><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msup><mi>k</mi><mo>′</mo></msup><mo>·</mo><mi>e</mi></mrow>其中k′的取值范圍為0.5～1.5，其中為當(dāng)前混合實時仿真交互步長中經(jīng)過步驟(6)擬合預(yù)測的暫態(tài)過程等價計算功率；經(jīng)過修正的則為當(dāng)前混合實時仿真交互步長機電暫態(tài)側(cè)交流系統(tǒng)計算所采用的交直流系統(tǒng)分網(wǎng)接口處邊界條件。FSA00000193717500012.tif,FSA00000193717500013.tif,FSA00000193717500014.tif,FSA00000193717500016.tif,FSA00000193717500018.tif,FSA00000193717500019.tif,FSA000001937175000110.tif,FSA00000193717500021.tif,FSA00000193717500022.tif,FSA00000193717500023.tif,FSA00000193717500024.tif,FSA00000193717500025.tif,FSA00000193717500026.tif,FSA00000193717500027.tif,FSA00000193717500028.tif,FSA00000193717500029.tif,FSA000001937175000210.tif,FSA000001937175000211.tif,FSA000001937175000212.tif,FSA000001937175000213.tif,FSA000001937175000214.tif,FSA000001937175000216.tif,FSA000001937175000217.tif,FSA000001937175000218.tif,FSA000001937175000219.tif,FSA000001937175000220.tif,FSA000001937175000221.tif,FSA000001937175000222.tif,FSA00000193717500032.tif,FSA00000193717500033.tif,FSA00000193717500035.tif,FSA00000193717500036.tif全文摘要本發(fā)明涉及一種交直流電力系統(tǒng)的混合實時仿真方法，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真
技術(shù)領(lǐng)域：
。將電力系統(tǒng)分成電磁暫態(tài)側(cè)和機電暫態(tài)側(cè)，建立兩側(cè)之間電壓輸入與功率輸出的響應(yīng)模型、電磁暫態(tài)側(cè)等價計算功率模型以及機電暫態(tài)側(cè)的理想電壓源模型；當(dāng)被仿真的電力系統(tǒng)發(fā)生故障或大擾動時，求解電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)電壓方程，得到故障或大擾動發(fā)生的接口邊界條件，在故障或大擾動發(fā)生期間和系統(tǒng)恢復(fù)過程中，調(diào)整仿真交互步長用于預(yù)測仿真所需的邊界參數(shù)，再經(jīng)過修正，得到計算交直流系統(tǒng)分網(wǎng)接口處邊界條件。本發(fā)明有效、準(zhǔn)確地對交直流電力系統(tǒng)進行仿真和模擬，使交直流系統(tǒng)分網(wǎng)接口近端的故障或大擾動下暫態(tài)過程的模擬結(jié)果與精細的全電磁暫態(tài)仿真結(jié)果高度一致。文檔編號G06F17/50GK101957872SQ201010228519公開日2011年1月26日申請日期2010年7月9日優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日發(fā)明者張樹卿,洪潮申請人:南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心;清華大學(xué)