一種基于實時動態(tài)等值的電力系統(tǒng)快速暫態(tài)穩(wěn)定仿真方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化，特別涉及了一種適用于在線計算的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn) 定仿真方法。
【背景技術】
[0002] 電網(wǎng)的不斷擴大和電力市場的出現(xiàn)使得電力系統(tǒng)的運行環(huán)境更加復雜，對電網(wǎng)安 全穩(wěn)定運行的要求也越來越高。盡管我國在穩(wěn)定控制系統(tǒng)領域已經(jīng)有相當多的研究成果， 但是還存在諸多不足。穩(wěn)定控制中"離線計算、實時匹配"的方式計算量大，對運行方式和 網(wǎng)絡結構變化適應能力差，很容易出現(xiàn)失配情況；"在線預決策、實時匹配"測量誤差和傳送 丟失都有可能造成所確定的系統(tǒng)運行方式與實際運行方式失配，從而造成預決策失誤；"實 時決策、實時控制"則是最理想的穩(wěn)定控制手段，它要求根據(jù)檢測到的故障信息，按當時接 線方式和潮流方式，超實時計算并實施控制，完全避免運行工況和故障的失配問題。但相應 的技術難度最大，要求有能夠對受擾系統(tǒng)做出快速準確預測和控制的良好算法，如何開發(fā) 出超實時的算法解決這類系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問題值得研究。
[0003] 現(xiàn)代電力系統(tǒng)在線實時的安全穩(wěn)定控制越來越重要，而常規(guī)的穩(wěn)定分析方法花費 時間長，無法應用于在線實時應用場合。為解決電力系統(tǒng)計算中的簡化問題提出了動態(tài)等 值的方法，主要使用在以下三種場合：大規(guī)模電力系統(tǒng)的離線暫態(tài)穩(wěn)定分析、離線動態(tài)穩(wěn)定 分析及在線動態(tài)安全分析。與這三種狀態(tài)相適應，動態(tài)等值方法也可分為三大類：同調等值 法、模態(tài)等值法及估計等值法。前兩種均用于離線分析，而在線分析中常需要對系統(tǒng)作在線 的動態(tài)等值，而由于系統(tǒng)的結構、運行工況多變，一般不可能離線先做等值然后在線調用， 因此只有估計等值法適用于在線分析。
[0004] 傳統(tǒng)的估計等值法同樣存在一些不足：在選取外部系統(tǒng)的等值模型時具有經(jīng)驗 性，每次迭代修正參數(shù)時步長要確保參數(shù)快速收斂，并且很多情況下需要考慮噪聲影響并 作濾波及相關分析，數(shù)學處理較為復雜。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于實時動態(tài)等值的電力系統(tǒng)快 速暫態(tài)穩(wěn)定仿真方法，該方法可克服電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析計算中，現(xiàn)有的數(shù)值積分方法 計算量大，計算速度不能滿足電力系統(tǒng)在線計算要求的缺點。本發(fā)明的方法是一種以在線 計算為目標的超實時暫態(tài)穩(wěn)定仿真算法，采用一種等值系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣快速辨識方法， 求取等值系統(tǒng)網(wǎng)絡參數(shù)，顯著簡化了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡，減少了大規(guī)模電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真 的計算量。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種基于實時動態(tài)等值的電力系統(tǒng)快速暫態(tài) 穩(wěn)定仿真方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :對原始系統(tǒng)進行暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值積分計算，只仿真到等值時刻Tz;
[0008] 步驟2 :若未發(fā)現(xiàn)無界角度間隙則確認是穩(wěn)定的情況，若發(fā)現(xiàn)了無界角度間隙則 執(zhí)行以下的步驟；
[0009] 步驟3 :根據(jù)等值時刻前的發(fā)電機功角曲線對系統(tǒng)進行分群；
[0010] 步驟4 :根據(jù)步驟3的分群結果，對每一群的發(fā)電機進行模型聚合獲得該群的等值 發(fā)電機，并應用等值系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣快速辨識方法獲得等值系統(tǒng)的節(jié)點導納矩陣；
[0011] 步驟5 :在等值系統(tǒng)上完成暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值積分計算。
[0012] 上述技術方案中，步驟2中的通過判斷是否出現(xiàn)無界角度間隙以排除極安全情 況，所述的無界角度間隙是：在數(shù)值積分的每個積分步結束處將各發(fā)電機功角從大到小排 列一次，每兩個相鄰功角之間構成一個角度間隙，如果存在某角度間隙對于任意給定的正 值β，總可以找到一個時間te使得t>t e時該角度間隙必大于β，則稱該角度間隙為無界 角度間隙，在電力系統(tǒng)實際應用中，往往按經(jīng)驗取有限值為門限值β，而將大于β值的角 度間隙成為無界角度間隙。
[0013] 在原始系統(tǒng)中進行數(shù)值積分至等值時刻，等值時刻大于故障切除時刻。從開始時 刻至等值時刻觀察原始系統(tǒng)各發(fā)電機的功角軌跡，如果發(fā)現(xiàn)了無界角度間隙則進一步進行 暫態(tài)穩(wěn)定分析，反之，則確認為是極安全（極為穩(wěn)定）的情況。為了盡可能減少在原始系統(tǒng) 上的數(shù)值積分時間，本發(fā)明公開的仿真算法可選取較小的等值時刻，所以在選取角度間隙 門限值時也取相對較小的值。
[0014] 步驟3中的所述的對系統(tǒng)分群的方法如下：
[0015] 若在分析開始至等值時刻的時段內發(fā)現(xiàn)了無界角度間隙，則在等值時刻對發(fā)電機 進行分群。將某兩臺發(fā)電機劃為同群的標準為在等值時刻前它們的功角搖擺曲線具有相同 的運動趨勢。本發(fā)明的方法中計算兩臺發(fā)電機等值時刻前所有積分步的功角差值形成一組 數(shù)據(jù)，求取該組數(shù)據(jù)的方差值作為這兩臺發(fā)電機功角搖擺曲線同趨勢的評價指標。設定方 差判定閾值ε，滿足如下條件的兩臺發(fā)電機判斷為同群：
[0019] 式中Νζ是至等值時刻總的數(shù)值積分步數(shù)；δ ki、δ k]分別為第k時步第i臺機與第 j臺機的功角值；^:為t e [0, Tz]時間段內第i臺機與第j臺機功角差值平均值；#為 t e [0, τζ]時間段內第i臺機與第j臺機功角差值的方差；ε為給定的方差判定閾值。
[0020] 步驟4中的發(fā)電機模型聚合的方法如下：
[0021] 應用靜態(tài)EEAC的模型聚合方法進行模型聚合，經(jīng)典模型下第i群的等值發(fā)電機全 部參數(shù)計算公式見如下公式：
[0031] 其中111是系統(tǒng)的分群個數(shù)，1 = 1，2*"111;1111是第1群的發(fā)電機個數(shù)；1';1、01、乂 /,1、 E' p Ρηι、P& Ixl、Iyl、S j別表示模型聚合后第i群等值發(fā)電機的慣性時間常數(shù)、阻尼 系數(shù)、直軸暫態(tài)電抗、暫態(tài)電勢、機械功率、電磁功率、機端電流實部、機端電流虛部及功角； Γ4、Difc、；4fc、私、表示第i群第k臺發(fā)電機的慣性時間常數(shù)、阻尼系數(shù)、直軸 暫態(tài)電抗、暫態(tài)電勢及機械功率；、Li、·分別表示等值時刻第i群第k臺 發(fā)電機的電磁功率、機端電流實部、機端電流虛部及功角。
[0032] 步驟4中所述的等值系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣快速辨識方法如下：
[0033] 若等值時刻將系統(tǒng)分成了 m群，則在原始系統(tǒng)上從等值時刻繼續(xù)做m-1步數(shù)值積 分計算，積分步長為Δ t，通過數(shù)值積分計算可以獲得在ΤΖ，ΤΖ+Δ t，…，Tz+(m_l) Δ t總共m 個時步內，每一臺原始發(fā)電機在每一時步的機端電流實部Ix、機端電流虛部、以及功角δ。
[0034] 發(fā)電機經(jīng)典模型下，應用如下公式計算獲得第i群等值發(fā)電機第s時步機端電流 實部Ixls及機端電流虛部I yls
[0037] 其中，Lp、/yi>·分別表示第i群第k臺發(fā)電機第s時步的機端電流實部、虛部。
[0038] 通過如下公式計算第i群等值發(fā)電機第s時步的機端電壓實部Vxls及機端電壓虛 部 Vyls
[0040] 再通過如下公式計算第i群等值發(fā)電機第S時步的虛擬注入電流實部r xls及虛 擬注入電流虛部"yls
[0042] 上述兩個公式中有：
[0045] 其中Ral、X' dl、δ pE'汾別表示該計算時步第i群等值發(fā)電機繞組阻抗、交軸暫 態(tài)電抗、功角以及暫態(tài)電勢。
[0046] 經(jīng)過上述步驟獲得了 m個時步的所有等值發(fā)電機機端電壓與虛擬注入電流，通過 如下公式計算得到等值系統(tǒng)的節(jié)點導納矩陣：
[0048] 其中//s、泛&分別為第i群等值發(fā)電機第s時步的機端虛擬注入電流及機端電壓 的復向量，即：
[0050] 其中，j為虛數(shù)單位。
[0051] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明針對暫態(tài)穩(wěn)定分析在線實時應用的目標，在時域仿真 法的基礎上利用動態(tài)等值的思想，不劃分研究系統(tǒng)與外部系統(tǒng)，避免了外部系統(tǒng)劃分的經(jīng) 驗性；在原始系統(tǒng)上進行短時間的數(shù)值積分計算，根據(jù)功角搖擺曲線將發(fā)電機分成若干群， 分群時保留功角曲線的多群特性；應用靜態(tài)EEAC的模型聚合方法對每一群發(fā)電機組進行 等值，節(jié)省了估計等值法中復雜的數(shù)學處理及噪聲濾波等步驟；應用提出的等值系統(tǒng)節(jié)點 導納矩陣快速辨識方法獲得等值系統(tǒng)網(wǎng)絡參數(shù)，最后在等值系統(tǒng)上完成數(shù)值積分計算。由 于通常分群數(shù)不會太大，辨識等值系統(tǒng)導納矩陣的耗時不長，使本發(fā)明提出的方法不僅具 備常規(guī)暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值積分法精度高、模型適應性強、收斂性好等優(yōu)點，而且大幅度簡化了計 算系統(tǒng)，減少了計算量。由于動態(tài)等值是針對具體系統(tǒng)的給定運行方式及給定擾動下完成 的，適用于在線的快速暫態(tài)穩(wěn)定分析。
【具體實施方式】
[0052] 以下結合具體算例對本發(fā)明作進一步說明。
[0053] 本發(fā)明提出的一種基于實時動態(tài)等值的快速暫態(tài)穩(wěn)定仿真方法，包括以下步驟
[0054] 步驟1 :對原始系統(tǒng)進行暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值積分計算，只仿真到等值時刻Tz;
[0055] 步驟2 :若未發(fā)現(xiàn)無界角度間隙則確認是穩(wěn)定的情況，若發(fā)現(xiàn)了無界角度間隙則 執(zhí)行以下的步驟；
[0056] 步驟3 :根據(jù)等值時刻前的發(fā)電機功角曲線對系統(tǒng)進行分群。
[0057] 步驟4 :根據(jù)步驟3的分群結果，對每一群的發(fā)電機進行模型聚合獲得該群的等值 發(fā)電機，并應用等值系統(tǒng)節(jié)點