專利名稱：：一種交直流電力系統的混合實時仿真方法
技術領域：
：本發明涉及一種交直流電力系統的混合實時仿真方法，特別是大規模實際交直流系統，屬于電力系統暫態仿真
技術領域：
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背景技術：
：現代工農業生產、社會和人民生活對電能的需求急劇增加，電力系統隨之飛速發展，系統規模越來越大，發電量、電網輸送的電能以及負荷消耗的電能也顯著增加。同時，電力系統中新型的響應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投運，使得電力系統中各類暫態過程緊密耦合。電力系統的暫態行為和過程所包含的電磁暫態過程和機電暫態過程，二者有機結合，是一個連續的過程，難以截然分離，在現代電力系統中這些暫態過程的耦合更加緊密。電力系統中電磁暫態過程和機電暫態過程是同時發生并相互影響的，如果能將二者結合起來統一考慮，則不但有助于了解大系統暫態穩定過程的動態特性，而且有助于了解大系統中某一特定部分的暫態變化過程。特別是當系統中存在電力電子設備或直流系統時，如果能將電力電子設備或直流系統用電磁暫態模型模擬，而將與其相連的網絡用機電暫態模型模擬，那么對于直流系統而言，直流多落點系統的穩定性、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、準確的分析；而關于電力電子設備對系統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用中誤差問題和應用局限性日益突出，最為突出的問題有如混合仿真對接口近端(電磁暫態側細致建模、仿真系統的附近)故障或擾動的模擬誤差嚴重等，影響了混合仿真的準確性和可信度。問題之一在于電磁暫態與機電暫態混合仿真接口模型，如下所述。(1)當電磁暫態側系統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側系統的特性。此外，功率計算式也不明晰，普遍采用電磁暫態側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確，以及接口對機電暫態側系統穩定性計算結果有何影響，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)當機電暫態側系統采用戴維南等值電壓源作為接口模型時，有研究認為在接口交互過程中涉及諧波過程時，接口電源模型內阻應當采用頻率相關等值。但是主要問題有頻率相關等值難以實現，面對實際大規模電網基本不可能實現；基波等值阻抗在此問題會導致混合仿真對接口諧波過程模擬的結果誤差嚴重，但其原因分析并不透徹；頻率相關等值阻抗和基波等值阻抗的適用性和必要性尚未明晰，缺乏面向實際工程應用的接口模型。問題之二在于電磁暫態與機電暫態混合仿真交互計算方法，如下所述。考慮到仿真的實時性，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，單側計算中對側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，應當治理。故障或大擾動發生時刻，系統變結構，諸多電氣量和輸4出量發生突變，特別是故障在接口母線附近發生時，接口電氣量發生大幅跳變，故障發生側的“突變信息”在對側不能得到準確的反映，故障時刻一個交互步長中兩側的接口邊界條件均不準確，很大程度上歪曲了故障對整個系統的“沖擊”，繼而導致混合仿真難以準確模擬故障擾動后續系統的暫態行為和暫態特性。交互誤差在這種情況下非常突出。故障過后系統恢復階段的暫態過程模擬，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系統正確的物理交互過程，且在每個交互步長交互誤差累積下，閉環混合仿真歪曲了兩側系統的暫態特性，特別是故障過后短時間內系統尚未恢復穩態，接口量波動頻率、幅度均較大，交互誤差比較突出。
發明內容本發明的目的是提出一種交直流電力系統的混合實時仿真方法，基于預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暫態過程的誤差，確保混合實時仿真對交直流電力系統模擬的準確性。本發明提出的交直流電力系統的混合實時仿真方法，包括以下步驟(1)將交直流電力系統分成電磁暫態側和機電暫態側，建立電磁暫態側直流系統大擾動時交直流電力系統分網接口處電壓輸入與功率輸出之間的響應模型如下權利要求一種交直流電力系統的混合實時仿真方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將交直流電力系統分成電磁暫態側和機電暫態側，建立電磁暫態側直流系統大擾動時交直流電力系統分網接口處電壓輸入與功率輸出之間的響應模型如下<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，為交直流電力系統分網接口處電磁暫態側直流系統響應輸出的視在功率增量構成的m維向量，m為交直流電力系統分網接口的總數，下標“if”表示交直流電力系統分網接口，ΔVif為交直流電力系統分網接口處母線基波電壓幅值增量構成的m維向量，為描述交直流電力系統分網接口處響應視在功率增量與交直流電力系統分網接口處母線基波電壓幅值增量關系的m維向量函數；fif，m(ΔVif，m)為函數向量的第m個元素，表示第m個交直流電力系統分網接口處響應視在功率增量與相應的交直流電力系統分網接口母線基波電壓幅值增量關系的一元函數；(2)建立電磁暫態側直流系統暫態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>其中為電磁暫態側直流系統暫態過程等價計算功率，n為每個混合實時仿真交互步長中功率離散點的個數，P0為每個混合實時仿真交互步長起始時刻電磁暫態側的交直流電力系統分網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第n個電磁步長電磁暫態側的交直流電力系統分網接口處基波正序功率離散點；(3)建立機電暫態側交流系統的與基波電流相關的理想電壓源模型<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，為交直流電力系統分網接口處電壓基波三序分量，為機電暫態側交直流電力系統分網接口處母線基波戴維南等值三序電壓，Zeq，120為機電暫態側交直流電力系統分網接口處母線基波戴維南等值三序網端口阻抗，為交直流電力系統分網接口處機電暫態側交流系統向電磁暫態側直流系統注入的基波電流；對上述模型求解，得到對進行相量—瞬時量變換，得到電磁暫態側交直流電力系統分網接口處母線瞬時電壓；(4)當被仿真的交直流電力系統發生故障或大擾動時，求解交直流電力系統包含故障信息的網絡電壓方程得到故障或大擾動發生0+時刻的接口邊界條件，其中k為交直流電力系統網絡中總節點數，為交直流電力系統分網接口處母線基波電壓，為一個m維向量，為交直流電力系統非分網接口處母線基波電壓，為一個km維向量，Y′為機電暫態側交流系統的故障網絡導納矩陣，為交直流電力系統分網接口處0時刻注入機電暫態側交流系統的基波電流，為一個m維向量，為混合實時仿真非分網接口處注入機電暫態側交流系統的基波電流，為一個km維向量，為0+時刻交直流電力系統分網接口處注入機電暫態側交流系統的基波電流變化量，為一個m維向量，根據步驟(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對應元素的商的共軛；(5)在被混合實時仿真的交直流電力系統中，故障或大擾動發生期間以及故障或大擾動發生以后的系統恢復過程中，若交直流電力系統機電暫態側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為原交互步長的1/2或1/4；(6)在被混合實時仿真的交直流電力系統中，故障或大擾動發生以后的系統恢復過程中，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)的電磁暫態側直流系統暫態過程等價計算功率和步驟(3)的交直流電力系統分網接口處電壓基波三序分量進行擬合預測，分別得到機電暫態側和電磁暫態側當前交互步長仿真所需的邊界參數和(7)在被混合實時仿真的交直流電力系統中，故障或大擾動發生以后的系統恢復過程中，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側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>其中為當前混合實時仿真交互步長中電磁暫態側向機電暫態側交互的暫態過程等價計算功率，為上一個混合實時仿真交互步長中經過步驟(6)擬合預測和步驟(7)校正后的暫態過程等價計算功率；根據比例系數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，其中為當前混合實時仿真交互步長中經過步驟(6)擬合預測的暫態過程等價計算功率；經過修正的則為當前混合實時仿真交互步長機電暫態側交流系統計算所采用的交直流系統分網接口處邊界條件。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全文摘要本發明涉及一種交直流電力系統的混合實時仿真方法，屬于電力系統暫態仿真
技術領域：
。將電力系統分成電磁暫態側和機電暫態側，建立兩側之間電壓輸入與功率輸出的響應模型、電磁暫態側等價計算功率模型以及機電暫態側的理想電壓源模型；當被仿真的電力系統發生故障或大擾動時，求解電力系統的網絡電壓方程，得到故障或大擾動發生的接口邊界條件，在故障或大擾動發生期間和系統恢復過程中，調整仿真交互步長用于預測仿真所需的邊界參數，再經過修正，得到計算交直流系統分網接口處邊界條件。本發明有效、準確地對交直流電力系統進行仿真和模擬，使交直流系統分網接口近端的故障或大擾動下暫態過程的模擬結果與精細的全電磁暫態仿真結果高度一致。文檔編號G06F17/50GK101957872SQ201010228519公開日2011年1月26日申請日期2010年7月9日優先權日2010年7月9日發明者張樹卿,洪潮申請人:南方電網技術研究中心;清華大學