一種基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)潮流程序?qū)崿F(xiàn)方法，具體涉及一種基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明得到了高壓輸電線路、三相兩繞組變壓器、三相三繞組變壓器、考慮內(nèi)阻抗的發(fā)電機(jī)、直流輸電系統(tǒng)等元件在平衡和不平衡工況下的通用潮流模型，推導(dǎo)出各自的導(dǎo)納陣；提出了分塊實(shí)現(xiàn)不同繞組變壓器潮流模型的思路，大大提高了模型通用性；提出并實(shí)現(xiàn)了一種可以確定轉(zhuǎn)角初值的拓?fù)浞治鏊惴ㄒ蕴岣叱绦虻氖諗啃裕辉诖嘶A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了全新的三相潮流計(jì)算程序，并包含詳細(xì)的結(jié)果輸出功能。本發(fā)明基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置(ADPSS)，可對(duì)三相不平衡系統(tǒng)做潮流計(jì)算，為ADPSS的電磁暫態(tài)程序提供初值。
【專利說(shuō)明】一種基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)潮流程序?qū)崿F(xiàn)方法，具體涉及一種基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)潮流計(jì)算研究的是電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況。它根據(jù)電網(wǎng)接線情況、各元件參數(shù)以及系統(tǒng)運(yùn)行條件，計(jì)算系統(tǒng)中各母線的電壓、各支路流過(guò)的功率以及系統(tǒng)的損耗等運(yùn)行狀態(tài)量。潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)最廣泛、最基本、也最重要的計(jì)算，它是系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)行管理的基礎(chǔ)，同時(shí)又是進(jìn)行系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)、電磁暫態(tài)分析的基礎(chǔ)，為兩者提供程序啟動(dòng)時(shí)的初值。
[0003]一般意義上的潮流計(jì)算是針對(duì)三相平衡系統(tǒng)的。它假定系統(tǒng)三相參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)對(duì)稱，三相節(jié)點(diǎn)電壓和支路電流均為正序分量，通過(guò)相-序變換把系統(tǒng)三相之間的電量解耦以后，計(jì)算正序網(wǎng)的潮流分布情況，然后通過(guò)序-相變換可得到三相的潮流值。這種計(jì)算方法可以稱之為正序潮流或單相潮流。但隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部不對(duì)稱的情況。當(dāng)三相之間阻抗參數(shù)或者負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，系統(tǒng)中就會(huì)產(chǎn)生非正序的電壓電流量，這時(shí)只能用三相潮流方法來(lái)分析。三相潮流分析是根據(jù)系統(tǒng)中各元件的三相模型做計(jì)算，其計(jì)算規(guī)模和計(jì)算量要遠(yuǎn)大于單相情況；單相潮流不考慮三相變壓器的實(shí)際接法，而三相潮流則根據(jù)變壓器的實(shí)際接法來(lái)生成導(dǎo)納陣，因此，后者結(jié)果中可以體現(xiàn)變壓器轉(zhuǎn)角的影響；單相潮流中的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)維持機(jī)端量恒定，不考慮發(fā)電機(jī)內(nèi)阻抗，而三相潮流由于三相出力有差別，存在非正序量，因此維持機(jī)端正序電壓或者三相功率不變要采取一定措施進(jìn)行處理；另外，直流、柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)等在三相潮流中的模型也要比單相模型復(fù)雜的多，需要做更進(jìn)一步的研究和分析。
[0004]潮流計(jì)算的另一大作用是為暫態(tài)計(jì)算提供初值，精確的初值能使暫態(tài)程序啟動(dòng)時(shí)更快的進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，減小系統(tǒng)的震蕩，保證計(jì)算的成功率。電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真裝置(ADPSS)是由電力科學(xué)研究院研發(fā)的基于高性能服務(wù)器機(jī)群的全數(shù)字仿真系統(tǒng)，其核心電磁暫態(tài)仿真軟件采用的是電科院自己研發(fā)的ETSDAC電磁暫態(tài)程序。現(xiàn)階段該程序的初值來(lái)源是相應(yīng)的電力系統(tǒng)分析綜合程序(Power System Analysis Software Package,PSASP)的潮流結(jié)果。但PSASP程序的假設(shè)仍是系統(tǒng)三相平衡，屬于單相潮流方法，其準(zhǔn)確程度取決于系統(tǒng)的三相對(duì)稱程度。這種單相潮流程序在給電磁暫態(tài)程序提供初值方面有其局限性，一是它沒有辦法提供不平衡系統(tǒng)的潮流數(shù)據(jù)，二是由于其模型本身與電磁暫態(tài)模型之間的差異，使得潮流提供的初值不夠準(zhǔn)確。為了解決這一問題，有必要開發(fā)出一種能反映三相不對(duì)稱情況的潮流程序，即三相潮流。然后在這一基礎(chǔ)上，研究各元件更準(zhǔn)確的穩(wěn)態(tài)模型，以更好的滿足電磁暫態(tài)程序?qū)Τ踔档囊蟆?br> [0005]三相潮流計(jì)算方法目前主要有兩種方法:一類是基于序變量的方法，另一類是基于相變量的方法。序量法即用對(duì)稱分量法分析系統(tǒng)，把網(wǎng)絡(luò)分解為正負(fù)零序網(wǎng)絡(luò)分別求解，最后合起來(lái)得到系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)參數(shù)。而相量法則是在相域空間里建模，直接進(jìn)行三相整體的潮流計(jì)算，它更加直觀簡(jiǎn)潔，算法上也無(wú)需做過(guò)多特殊處理，具有很好的潛力和可擴(kuò)展性，這也是目前實(shí)際應(yīng)用較多的一種方法。序量法主要優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小，內(nèi)存要求少，計(jì)算速度快；缺點(diǎn)則是物理意義不明確，部分模型包括未來(lái)的新模型可能要做特殊處理才能應(yīng)用，負(fù)序零序量遠(yuǎn)小于正序量時(shí)，負(fù)序零序網(wǎng)的計(jì)算可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)值問題；相量法主要優(yōu)點(diǎn)是物理意義明確，建立了相域模型后幾乎不需要做額外處理，另外發(fā)展下去可以實(shí)現(xiàn)一些序量法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的計(jì)算，如對(duì)多相系統(tǒng)的研究，具有更好的發(fā)展?jié)摿涂蓴U(kuò)展性；缺點(diǎn)則是導(dǎo)納陣稀疏度低，計(jì)算量大，要求內(nèi)存多，迭代時(shí)間長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，該方法可以根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)以及運(yùn)行條件，計(jì)算三相不平衡系統(tǒng)中各母線的電壓、各支路流過(guò)的功率以及系統(tǒng)的損耗等運(yùn)行狀態(tài)量，對(duì)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)行管理起到重要的指導(dǎo)作用。同時(shí)，可以為ADPSS的電磁暫態(tài)程序提供更精確的初值，減小程序啟動(dòng)初期的震蕩，避免手動(dòng)輸入潮流初值的繁瑣。
[0007]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的: [0008]本發(fā)明提供一種基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟:
[0009]a、確定電力系統(tǒng)元件潮流模型；
[0010]b、采用分塊方式確定任意接法變壓器的潮流模型；
[0011]C、確定等效四節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)潮流模型；
[0012]d、確定應(yīng)用于三相潮流的直流穩(wěn)態(tài)模型；
[0013]e、通過(guò)轉(zhuǎn)角初值的拓?fù)浞治鲂拚绷鲉?dòng)初值；
[0014]f、在全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置ADPSS中實(shí)現(xiàn)多種潮流算法，包含結(jié)果輸出功能。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟a中，基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置ADPSS，得到平衡和不平衡運(yùn)行工況下的電力系統(tǒng)元件潮流模型，電力系統(tǒng)元件潮流模型包括高壓輸電線路模型，所述高壓輸電線路模型包括中間導(dǎo)納部分以及分別連接在導(dǎo)納部分兩端的容納部分；中間導(dǎo)納
部分的導(dǎo)納陣(Yybi 表不為:

Zab Zac Yaa Yab Yac
[0016]Yf= Zba Zbh Zbc = Yba Yhb Yhc(O;
入 Zi Z」Li F, F _
[0017]其中:Y的下標(biāo)i和j表示線路的兩側(cè)為i側(cè)和j側(cè)，a、b、c表示交流三相的相另|J，若以X、y分別代指三相a、b、c中的任意兩相，則Zxx表示X相的自阻抗，Zxy表示y相對(duì)X相的互阻抗，Yxx表示X相的自導(dǎo)納，Yxy表示?相對(duì)X相的互導(dǎo)納；
[0018]側(cè)容納部分的導(dǎo)納陣()表示為:

~ JBaJl -JBabH -JBac 12
[0019]Yt = = -JBba! 2 JBbbH -JBbJl(2);
見/2 -JBcbH JBccH _[0020]其中:ft表示線路i側(cè)對(duì)地容納陣，Yjt表示線路i側(cè)對(duì)地容納陣；，a、b、c表示
交流三相的相別，若以X、y分別代指三相a、b、c中的任意兩相,則Bxx表示x相的自容納，Bxy表示y相對(duì)X相的互容納；
[0021]整條輸電線路的節(jié)點(diǎn)電壓方程表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: a、確定電力系統(tǒng)元件潮流模型； b、采用分塊方式確定任意接法變壓器的潮流模型； C、確定等效四節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)潮流模型； d、確定應(yīng)用于三相潮流的直流穩(wěn)態(tài)模型； e、通過(guò)轉(zhuǎn)角初值的拓?fù)浞治鲂拚绷鲉?dòng)初值； f、在全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置ADPSS中實(shí)現(xiàn)多種潮流算法，包含結(jié)果輸出功能。
2.如權(quán)利要求1所述的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟a中，基于全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置ADPSS，得到平衡和不平衡運(yùn)行工況下的電力系統(tǒng)元件潮流模型，電力系統(tǒng)元件潮流模型包括高壓輸電線路模型，所述高壓輸電線路模型包括中間導(dǎo)納部分以及分別連接在導(dǎo)納部分兩端的容納部分；中間導(dǎo)納部分的導(dǎo)納陣()表示為:
3.如權(quán)利要求1所述的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟b中，對(duì)任意聯(lián)結(jié)組別的三相兩繞組變壓器，阻抗歸算至二次側(cè)，把三相兩繞組變壓器分塊，其中一塊包括二次側(cè)聯(lián)結(jié)信息和三相阻抗的導(dǎo)納回路，根據(jù)電路知識(shí)推得其節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣YO ;另一塊則是一個(gè)包含一次側(cè)聯(lián)結(jié)信息和三相變比的理想變壓器，相當(dāng)于對(duì)三相阻抗的導(dǎo)納陣做變換，根據(jù)電流電壓關(guān)系，得到電流變換矩陣Li和電壓變換矩陣Ru;總的變壓器模型的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣表示為:
4.如權(quán)利要求1所述的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟c中，等效四節(jié)點(diǎn)的發(fā)電機(jī)電壓方程:
5.如權(quán)利要求1所述的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟d中，應(yīng)用于三相潮流的直流穩(wěn)態(tài)模型遵循下述假設(shè): ①換流站母線電壓三相不平衡，但仍為純正弦波； ②換流器本身是對(duì)稱的，各個(gè)閥之間是等間隔觸發(fā)的，未考慮系統(tǒng)不平衡時(shí)觸發(fā)間隔的調(diào)整情況； ③直流電壓和直流電流平直連續(xù)無(wú)波紋，均取平均值； ④換流變壓器三相參數(shù)平衡，不計(jì)損耗和激磁電抗，只計(jì)漏抗。
6.如權(quán)利要求1所述的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟e中，根據(jù)圖論將節(jié)點(diǎn)和支路存儲(chǔ)成鄰接表的形式，然后從系統(tǒng)中的平衡節(jié)點(diǎn)開始，應(yīng)用廣度優(yōu)先搜索方式依次根據(jù)支路類型確定節(jié)點(diǎn)初始角度；當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)時(shí)，記錄各節(jié)點(diǎn)到每個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度，通過(guò)離該節(jié)點(diǎn)路徑最短的平衡節(jié)點(diǎn)確定最終值。
7.如權(quán)利要求1所述的三相潮流實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟f中，在全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置ADPSS中采用稀疏技術(shù)；增加通過(guò)拓?fù)浞治鰯喽ǜ髂妇€初值的模塊；選用標(biāo)幺值計(jì)算，以額定相電壓為基準(zhǔn)電壓，以額定相功率為基準(zhǔn)功率；多種潮流算法包含功率型牛頓法、高斯轉(zhuǎn)牛頓法、非線性快速潮流算和帶最優(yōu)乘子的牛頓法；結(jié)果輸出功能由結(jié)果輸出模塊實(shí)現(xiàn)，通過(guò)文本或者EXCEL表格輸出所有元件的輸出結(jié)果，結(jié)果值選擇有名值或標(biāo)幺值形式。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103984822SQ201410208946
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】徐樹文, 李亞樓, 高凱, 陳興雷, 徐得超, 趙鵬, 張星, 朱旭凱, 那廣宇, 田芳, 鄭偉杰, 安寧, 張艷軍 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院