一種基于bpa數(shù)據(jù)的交流系統(tǒng)諧波阻抗掃描方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于一種基于ΒΡΑ數(shù)據(jù)的交流系統(tǒng)諧波阻抗掃描方法，屬于電力系統(tǒng)諧 波阻抗計算技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 特高壓直流輸電工程換流站接入系統(tǒng)的邊界條件復(fù)雜，運行方式多樣，合理確定 用于交流濾波器設(shè)計的諧波阻抗等值參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)交流濾波器方案的合理配置，同時也 是研究高壓直流(HVDC)系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的關(guān)鍵。現(xiàn)代電力系統(tǒng)節(jié)點數(shù)成千上萬，節(jié)點方程 規(guī)模龐大，因而研究一種既能高效處理大型矩陣，并能兼顧考慮電力網(wǎng)絡(luò)中運行方式變化 所引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的諧波阻抗計算方法顯得尤為重要。
[0003] 加拿大太西蒙公司開發(fā)的NMSCAN程序是目前世界上使用最廣泛的諧波阻抗等值 程序，該程序通過掃描BPA(Bonneville Power Administration)數(shù)據(jù)對系統(tǒng)阻抗進(jìn)行計 算，但是掃描過程過于繁瑣，且沒有核心源代碼，特別隨著電網(wǎng)電壓等級的增加、新元件的 出現(xiàn)，現(xiàn)有計算平臺無法有效應(yīng)對后續(xù)的模型升級，已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代系統(tǒng)的計算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠為直流輸電工程濾波器的參數(shù)設(shè)計 提供依據(jù)的基于BPA數(shù)據(jù)的交流系統(tǒng)諧波阻抗掃描方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種基于BPA數(shù)據(jù)的交流系統(tǒng)諧波阻 抗掃描方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：1)建立電力系統(tǒng)中各元件諧波阻抗模型；2)讀取 BPA數(shù)據(jù)，輸入指定頻率范圍及觀察節(jié)點；3)基于改進(jìn)連線矩陣，采用半動態(tài)法進(jìn)行節(jié)點編 號優(yōu)化;4)按照優(yōu)化后的編號順序，逐行形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣;5)求解節(jié)點電壓方程;6)根據(jù) 頻率掃描范圍，在指定頻率范圍內(nèi)改變頻率，重新形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣，返回步驟5)求解節(jié)點 電壓方程，即可得到在不同頻率下的諧波阻抗。
[0006] 進(jìn)一步，改進(jìn)的連線矩陣Μ共有三列，第一列表示兩個節(jié)點所連支路的類型，后兩 列表示兩個節(jié)點編號，形成Μ的具體思路是:按照*.DAT文件中Β卡出現(xiàn)順序?qū)⑺心妇€從1 開始進(jìn)行編號，按照L卡、E卡和T卡的首末節(jié)點在文件中出現(xiàn)順序，根據(jù)支路類型形成Μ的第 一列，首末節(jié)點編號形成矩陣Μ的后兩列。
[0007] 進(jìn)一步，節(jié)點導(dǎo)納矩陣按照優(yōu)化編號后的節(jié)點順序逐行形成，根據(jù)優(yōu)化編號后的 節(jié)點順序依次選擇節(jié)點，首先掃描矩陣Μ，得到與該節(jié)點相連的節(jié)點，再根據(jù)矩陣Μ第一列定 位到其連接著的元件參數(shù)，讀取并計算導(dǎo)納值，對相應(yīng)的導(dǎo)納矩陣中的非對角元素賦值，同 時累加到該節(jié)點對應(yīng)的對角元素上；掃描完成后得到了該節(jié)點的互導(dǎo)納和部分自導(dǎo)納，再 掃描該節(jié)點連接的接地元件，得到剩余部分自導(dǎo)納值，結(jié)合兩次掃描結(jié)果即可得到該節(jié)點 完整的自導(dǎo)、互導(dǎo)。
[0008] 進(jìn)一步，求解節(jié)點電壓方程的具體過程為：1)將求得的導(dǎo)納矩陣Υ逐行進(jìn)行LU分 解;2)選擇觀察節(jié)點，觀察節(jié)點處注入電流設(shè)置為1，其余節(jié)點注入電流設(shè)置為0,采用前代 回代，求解母線電壓V，提取出觀察節(jié)點母線的電壓值，即該處的諧波阻抗值。
[0009] 進(jìn)一步，LU分解后的矩陣采用三角檢索格式進(jìn)行存儲。
[0010] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、由于本發(fā)明正是根據(jù)我國直 流輸電工程自主化設(shè)計的要求，基于BPA數(shù)據(jù)采用電力系統(tǒng)各元件典型諧波模型，由改進(jìn)的 節(jié)點法得到導(dǎo)納矩陣Y，根據(jù)節(jié)點電壓方程YV=I，由單位電流注入法，計算得到V，即所需節(jié) 點的等值諧波阻抗，因此，本發(fā)明充分利用節(jié)點導(dǎo)納矩陣的稀疏特性，減少不必要的計算以 提高求解效率。2、本發(fā)明對連線矩陣進(jìn)行改進(jìn)，將其運用于半動態(tài)法的節(jié)點優(yōu)化過程中，基 于改進(jìn)的連線矩陣對傳統(tǒng)節(jié)點法進(jìn)行改進(jìn)，提出了改進(jìn)的節(jié)點法，并用于導(dǎo)納矩陣的形成 過程，減少數(shù)據(jù)的掃描量，提高了數(shù)據(jù)檢索效率。3、本發(fā)明選取了適合于諧波阻抗計算的發(fā) 電機(jī)、變壓器、輸電線路、負(fù)荷、無功補償裝置等電氣元件的數(shù)學(xué)模型，能夠有效應(yīng)對后續(xù)模 型的升級，所需參數(shù)可以從BPA數(shù)據(jù)直接讀取。4、本發(fā)明采用半動態(tài)節(jié)點編號優(yōu)化方法，且 采用LU分解算法及前代回代方法求解大型節(jié)點電壓方程，同時運用節(jié)點優(yōu)化編號、排零存 儲與排零計算技術(shù)提高計算速度;本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，計算速度有顯著提高，不受節(jié)點 數(shù)量和節(jié)點電壓等級的限制，廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)諧波阻抗計算中。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明基于BPA數(shù)據(jù)的交流系統(tǒng)諧波阻抗掃描流程圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明采用的發(fā)電機(jī)等值電路示意圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明采用的變壓器等值電路示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明采用的輸電線路等值電路示意圖；
[0015] 圖5為本發(fā)明采用的負(fù)荷模型示意圖；
[0016] 圖6為本發(fā)明形成一行節(jié)點導(dǎo)納矩陣的流程示意圖；
[0017]圖7為本發(fā)明實施例中的IEEE 9節(jié)點系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0018] 以下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更 好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對本發(fā)明的限制。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明的基于BPA數(shù)據(jù)的交流系統(tǒng)諧波阻抗掃描方法，包括以下內(nèi)容：
[0020] 1、建立電力系統(tǒng)中各元件諧波阻抗模型
[0021] 進(jìn)行諧波分析時，準(zhǔn)確的元件模型是保證獲得精確可靠結(jié)果的關(guān)鍵因素。在研究 BPA中元件模型的基礎(chǔ)上，參考各種典型元件諧波阻抗模型，本發(fā)明建立的各元件模型如 下：
[0022] 1)建立發(fā)電機(jī)諧波阻抗模型
[0023]如圖2所示，實際工程中，發(fā)電機(jī)采用同步電機(jī)，故在阻抗掃描時，采用同步發(fā)電機(jī) 模型，讀取BPA數(shù)據(jù)中發(fā)電機(jī)的定子電阻及次暫態(tài)電抗，h次諧波時的阻抗表達(dá)式為：
[0024] Zc(h)=Ra+jhX//d
[0025] 式中，Ra為發(fā)電機(jī)電樞電阻;X〃d為發(fā)電機(jī)直軸次暫態(tài)電抗。
[0026] 由于實際系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，容易出現(xiàn)人為輸入誤差，當(dāng)讀取的發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)不含 電阻參數(shù)時，根據(jù)經(jīng)驗公式定子電阻賦值： X" jio T," = 0 or Τ" > 1
[0027] d, d 4 ^:/^0.003185/7:, 0 < T" < 1
[0028] 式中，Td 〃為直軸次暫態(tài)時間常數(shù)。
[0029] 2)建立發(fā)電機(jī)諧波阻抗模型
[0030] 如圖3所示，變壓器采用"pi"型等值電路，h次諧波時變壓器的阻抗為：
[0031] ZT(h)=RT+jhXT
[0032] 式中，RT為變壓器短路電阻;Χτ為變壓器短路電抗。
[0033] 在變壓器處理中，若讀取的短路電阻參數(shù)為0,根據(jù)經(jīng)驗公式電阻賦值：
[0034] RT=Xx/25〇
[0035] 3)建立輸電線路的阻抗模型
[0036] 如圖4所示，諧波阻抗掃描涉及高頻下的阻抗特性，因此輸電線路考慮集膚效應(yīng)和 長線效應(yīng)的影響，采用"pi"型等值電路進(jìn)行模擬。
[0037] ①集膚效應(yīng)的計算表達(dá)式如下：
[0038]
[0039] 式中，ber，bei為復(fù)Bessel函數(shù)的買部和虛部；beV AeV為其相應(yīng)的導(dǎo)數(shù);mr的計 算公式如下：
[0040]
[0041 ]式中，為導(dǎo)線的相對磁導(dǎo)率，一般近似地取1; f為頻率;R〇為直流電阻。
[0042]②考慮長線影響
[0043]考慮長線路的分布特性，采用雙曲函數(shù)修正，h次諧波時的計算公式如下：
[0044]
[0045]
[0046] 式中，R為考慮集膚效應(yīng)后的線路電阻;X為線路電抗;B為線路電納;Zm為雙曲函數(shù) 修正后的線路阻抗;Yeq為雙曲函數(shù)修正后的線路電納。
[0047] 4)建立負(fù)荷的阻抗模型
[0048] 如圖5所示，電網(wǎng)中絕大部分負(fù)荷都是集中型，并聯(lián)負(fù)荷模型適合于表示集中負(fù) 荷，因此基于BPA數(shù)據(jù)的負(fù)荷采用并聯(lián)模型，將其